21世纪的物理学,迷失方向了吗?

作者: Dan Falk

来源: https://www.nbcnews.com/mach/science/why-some-scientists-say-physics-has-gone-rails-ncna879346

发布日期: 2018-06-07

21世纪的物理学似乎举步维艰,尽管有一些重大发现,但许多新理论如弦理论和超对称理论尚未得到验证。物理学家们仍在努力寻找新的突破,但面临的挑战巨大,尤其是在解释暗物质和统一量子理论与广义相对论方面。

20世纪,是物理学多产的一个世纪。首先,爱因斯坦的广义相对论颠覆了牛顿的引力理论,他将引力视作为时空的扭曲、而不是某种力。接着,普朗克、薛定谔和海森堡等人发展了理解亚原子世界的量子力学。在20世纪中期时,物理学家深刻的意识到在原子的内部还有两种基本力——强核力和弱核力。而到了下半个世纪,物理学家则建立了描述宇宙中已知所有粒子和基本力的标准模型。

但在这个新的世纪里,物理学家似乎举步维艰。的确,这些年我们有一些非常重大的发现。例如,2012年科学家在大型强子对撞机中找到了标准模型的最后一块拼图——希格斯玻色子;四年后,人类首次在引力波天文台中直接探测到了引力波。尽管这都是非常伟大的成就,但无论是希格斯玻色子还是引力波,都是基于上个世纪发展出的理论所预言的。而像弦理论那样的新思想却始终没有得到过任何验证。

一些最被寄予厚望的实验也没有找到任何发现。以位于瑞士地底下的巨大加速器——大型强子对撞机(LHC)为例。在它找到希格斯玻色子后,物理学家希望LHC也能够迅速找证据,来证明预言了一系列新的、更重的粒子的超对称理论。但却仍未取得任何进展。同样地,在寻找暗物质(一种占据了宇宙大部分质量却不可见的物质)的道路上,我们也毫无收获。

世界上一些著名的实验,比如LUX实验、XENON1T实验、以及中国的熊猫计划等等,都没有发现任何暗物质的踪迹。

物理学家Neil Turok说:“自1970年代后,所有的理论工作都还没有产生一个成功的预言,这是很令人震惊的现状。”但这并不意味着物理学家没有在埋头苦思,事实上现在发表于期刊上的研究论文比以往任何时候都要多。但Turok表示,目前所有的研究并没能真正的帮助我们更好地理解宇宙——至少不像上个世纪那些物理学家所做到的那样。

物理学家Sabine Hossenfelder表示,如果某些东西存在、而我们却无法观测到它,那这意味着什么?这一问题似乎属于哲学范畴的讨论。人们可以选择相信多重宇宙,但它并非科学。在Hossenfelder的最新著作中,她认为今天的许多物理学家都因数学而步入歧途,他们被“美丽”或“优雅”的方程所诱惑,与真实的世界断了联系。

因强核力工作而获得2004年度诺贝尔物理学奖的Franck Wilczek说:“我们希望我们找到的定律是优美的。我们希望他们会呈现出对称性,那样它们就可以基于几个简单的假设来解释清楚许多的事情,所以我们得到的会比投入的更多。”但Wilczek警告说,没有人能确保这些原则会得到回报。尽管它们有良好的记录,但“它们并一定都行得通。

”Wilczek承认,近年来物理学似乎并没有什么起色,但部分原因是由于我们在上个世纪获的成功太巨大了,在70年代和80年代,我们已经发展出非常好的模型来描述这个世界,因此想要在此基础上作进一步的发展将是非常非常困难的。

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