为何不再有相对论等重大理论涌现?基础研究停滞了吗?

作者: 李侠

来源: 中国科学报

发布日期: 2021-01-23 08:14:41

文章探讨了为何现代没有像相对论、量子力学那样的重大理论涌现,分析了基础研究是否陷入停滞的问题,并提出了基础研究的发展现状和未来方向。

前几日接受一个记者采访,问题是:为什么现在没有像上个世纪初那种如相对论、量子力学类的重大理论涌现呢?基础研究是发展完备了,还是陷入了一种发展瓶颈?如果不是发展完备了,那么这种放缓是什么原因导致的?这确实是一个好问题,也是笔者最近五年一直在思考的问题,借此契机,不妨谈点个人的看法。

基础理论的发展是否已经陷入停滞状态了?这是一个经常被人们提起但又常被误解的话题,其实这个问题很复杂。

基于科学哲学的基本理论,笔者认为:以物理学为代表的基础研究仍然处在发展与进步中,只不过这些进步不是颠覆性的进步,而是延续性的进步。物理学的整体发展阶段仍处于常规科学时期,换言之,现有的物理学范式仍处于生命的壮年期,并没有遇到太多的反常与危机,这一阶段它的使命就是利用现有的范式去解决更多的难题,而不是颠覆旧范式,那个时代还没有到来。

梳理科学史的线索,可以清晰发现从牛顿范式的建立到爱因斯坦范式的建立人类足足等了218年,这期间有无数科学家在牛顿范式下工作,也取得了很多杰出的成就,但是没有哪个人的声望可以超越牛顿,牛顿范式只是到了19世纪末才真正遇到挑战。

现代的物理学范式从创立到现在也不过100多年的时间,远没有到理论生命的枯萎期,利用这个范式人类在过去的一个世纪里取得了无数伟大的成就,到目前为止该范式还没有遇到有分量的反常与危机。因此,现代物理学的进步仍有很大的发展空间,并没有达到所谓的瓶颈阶段。

那么是什么原因导致物理理论发展看起来放慢了脚步呢?笔者认为,造成这种认知错觉的原因有两个:其一,每一次科学革命过后,新范式带来的科学研究空间都以指数级别扩大,如同天文学从太阳系扩展到银河系后面临的情况。研究领域扩大的两个证据是:成果的指数级增长和计算能力的指数级增长。其二,科学家人数增长的优势被巨大的研究空间分流了,导致重大成果出现的可能性并没有显著提高。

关于基础研究与人才集聚的问题,人们经常拿一幅著名照片来说事,即1927年10月第五次索尔维会议的合影,照片里包括爱因斯坦、居里夫人、普朗克、玻尔、玻恩、薛定谔等几十位物理学大咖齐聚。为什么那个时期能够产生如此多的科学大咖,而今天却很少见了呢?这是一个典型的时态错置问题。

这几年全社会形成的一个共识就是加强基础研究,那么基础研究到底有什么用?抛开美国政策专家布什关于基础研究的线性模型不谈,即基础研究促进技术发展然后带来产业振兴的线性知识转化链条,仅从研究本身而言,基础研究为所有科技活动提供了基础规范与认知基准线。我们还是以物理学为例。物理学一直是科学版图中发展最充分也最成熟的学科,它也是人类智力得到最为彰显的领域。

最后,聊几句中国基础研究的现状与改革路径问题。

客观地说,近代科学(尤其是基础研究)是西方的舶来品,我们与西方在起点处就存在很大差距。

从科学史角度来看,如果说哥白尼1543年发表《天体运行论》标志着近代科学革命的号角已经吹响,到1642年伽利略去世,可以看做是第一次科学革命的大幕已经拉开,到1687年牛顿发表《自然哲学之数学原理》标志着第一次科学革命的真正完成,那么同期的中国正经历从明末到清初的社会剧烈变革时期,整个社会的认知基准线急剧下降,即便从牛顿时代算起,我们在基础研究理念上整体落后西方300年,这个判断应该没有多大出入。

当下最需要做的就是营造良好的科研环境,让科学家们静下心来,心无旁骛地去思考万物背后的道理,假以时日,这份安静自然会获得惊喜的回报。基础研究就是一个国家进行科研活动的知识银行,也是推进科技事业必须修炼的基本内功,全世界概莫能外,在这个领域我们仍在路上。

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