现代物理学发展放缓了吗
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第五届索尔维会议上物理“大神”们的合影。资料图片
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这段历史要从其最闪耀的一刻说起。
1927年10月,第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开,29名物理学家以“电子与光子”为主题展开讨论。爱因斯坦、普朗克、薛定鄂等大师云集。会议举行期间,他们留下一张合影,留给世人“神仙聚会”般的豪华记忆。
当然,成为经典的,还有这次会议上玻尔与爱因斯坦关于量子的著名争辩。持续了数十年的“玻尔-爱因斯坦论战”成为量子理论发展史上的重要转折点。此后,量子理论逐渐成长为现代物理学的两大基石之一。
另一基石,正是人们耳熟能详的相对论。尤其是在1919年英国天文学家爱丁顿完成日全食实验后,爱因斯坦提出的广义相对论“一战成名”。
与那个辉煌的时代相比,今天的理论物理多少显得有点乏味——大师凤毛麟角,缺乏颠覆性理论创新。人们不禁要问:物理理论的发展已经完备了吗?现代物理学发展放缓了吗?
远去的大师时代
20世纪被称为物理学的世纪。“相对论和量子论,是20世纪的两大物理学成就,现在几乎所有的科学技术,都是基于这两大理论发展起来的。”中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所研究员蔡荣根说,量子论的出现彻底改变了人类的世界观,大大丰富了我们对于客观世界的认识,半导体、激光,以及现在的量子计算等前沿技术,都是在这个基础上发展起来的。“相对论就更不用说了,改变了我们对时间、空间,乃至整个宇宙的认识,像现在发射卫星,未来的星际旅行等,都离不开相对论的指导”。
20世纪初期诞生的相对论和量子论,为我们带来了极大的震撼,也让物理和物理学家成为备受关注的对象。
“那幅合影反映的那个时代就很典型。”蔡荣根说,那时,因为相对论、量子论刚刚诞生,有许多重要问题大家还没有弄明白,空白比较多,“夸张点说,你只要解出一个量子力学的题目,就可以成为著名科学家。”
随着科学家对理论认识的逐渐深入,学科发展也向纵深发展,相继提出了量子场论、杨-米尔斯规范场论、弦理论和超弦理论,以及被霍金评价为“可能是解释宇宙本原的终极理论”的M理论。这些理论的主要研究者也被学术界公认为旗帜性人物。
“如果说20世纪五六十年代是杨振宁先生和李政道先生的时代,那70年代就是荷兰物理学家特·豪夫特的时代,到了80年代,则是美国物理学家爱德华·威滕的时代。”蔡荣根回忆,自己年轻求学时,和很多从事理论物理研究的同学一样,都将威滕——这位公认的“全世界最聪明的头脑”视为偶像,“威滕是提出M理论的大师。他当时做什么研究,我们就会跟着做什么研究。”
然而,在威滕之后,40多年的时间里,能够被全民普遍知晓的名字好像就没有了。大师的缺席在不少人看来,似乎意味着理论物理学的发展无法找到新的突破方向,趋于停滞。
物理研究向纵深发展
——任何科学本身有其发展客观规律
近些年,大众越来越关注这一问题,有人发出“物理学没有突破”的感慨。事实果真如此吗?
“现在理论物理研究正在既有成果基础上,不断向前推进,只是类似量子力学、相对论这样彻底改变人们世界观的突破,确实是没有的。”蔡荣根解释,尽管从人类历史的发展演进角度看,科技在过去100到200年间呈加速度持续发展,但并不能因此要求理论物理的发展也与之同步。“任何科学本身有其发展客观规律”。
“最近二三十年,从诺贝尔奖的颁发就可以看出,物理学取得了一些长足的进步。比如,百年前爱因斯坦在广义相对论中的某些预言,要到2016年引力波的发现才得以印证。类似的例子都体现出物理学仍然阔步向前。”在中国人民大学科技哲学专业副教授马建波看来,“物理学根本性的理论变革往往涉及人类对宇宙的认识方式,本来就是比较困难的事情,不可能一直快速发展。”
对于基础科学来说,理论上的突破如何取得呢?积累是必须的。“当旧的理论无法解释新的实验结果,新的理论就会提出来。”蔡荣根说。