原标题:100多年过去了,为什么比肩爱因斯坦的科学家,还没有出现?
人类的物理学停滞不前了吗?
有人认为是,因为从1905年爱因斯坦的狭义相对论算起,再也没有另一个可以与爱因斯坦相媲美的物理学家出现。
然而有人却认为,理论科学的发展是需要时间的,100年的时间太短了。
人类最伟大的科学家爱因斯坦
那么我们应该怎样看待当今物理学“青黄不接”的情况呢?想要解答这个疑问,我们就必须弄明白以下问题:
物理学诞生至今有多少年了?如何划分物理时代?爱因斯坦对物理学来说意味着什么?未来的物理学又将往何处发展?
看完之后,也许就能明白,为什么都过了100多年,还没有出现比肩爱因斯坦的科学家?
物理学巨人的正确思想推动人类科学技术的发展
物理学诞生至今有多少年了?说出来你可能不信,物理是一个历史久远的学科,它的诞生要追溯到古希腊时期。
大家耳熟能详的亚里士多德、阿基米德等人,就是那个时代最伟大的物理学家。
然而我们翻开史书又会发现,亚里士多德和阿基米德等人还身兼数职,他们还有哲学家、思想家的身份。
“给我一个支点,我就能撬起整个地球”
这就不得不提到物理学的前身,古希腊时期的哲学。
那个年代物理还没有被正式划分出来,因此这个时期的一些理论有很大的局限性。
比如亚里士多德认为物体的运动必须有力来维持,力消失运动也会停止。
此外他还有“质量越大,下落速度就越快”这种理论,并且亚里士多德也没办法进行实验验证,那个时候的物理带有很浓重的唯心主义。
亚里士多德:古希腊著名思想家
让物理学脱胎于古希腊哲学的,是伽利略的比萨斜塔实验。
伽利略用一颗钉子和一根羽毛证明了物体下落的速度与质量没有任何关系,从而挑战了亚里士多德长达2000年的权威。
之后牛顿更是发现了力学中的奥秘,更系统性地建立了属于物理的框架结构。
至此真正的物理学才开始出现于人类的历史中,并将在随后的300多年里发扬光大。
伽利略的比萨斜塔小球实验
1905年,被称为物理年,这一年爱因斯坦发表了狭义相对论,标志着物理正式进入一个新的时代,他的相对论和普朗克的量子力学,共同构建起了现代物理的框架。
至此,人类的物理历史被分为了三段。
狭义相对论:平直时空理论
物理学的历史阶段如何划分?第一段时期被称为经验物理,指古希腊到伽利略、牛顿之前这段时间,跨度足足有2000年。
这一阶段的物理,没有理论依据,完全凭借人的观察和生活的经验而发。代表人物:亚里士多德、阿基米德。
阿基米德:古希腊哲学家、数学家、物理学家
第二段时期被称为经典物理,时间是伽利略、牛顿时代到20世纪初期。
这一阶段,物理开始系统化,可以说宏观世界的各种现象几乎都被物理学家们总结了出来,声、光、热、力、电这五个大板块占据了物理学的大部分江山。
代表物理学家:伽利略、牛顿。
牛顿第二运动定律非线性拟合图
第三段时期被称为现代物理,由量子物理和相对论构成,以19世纪末20世纪初的量子物理为开端,一直到我们今天。
从这一阶段开始,物理从宏观到了微观,量子物理的理论也颠覆了一部分经典物理。
代表人物:普朗克、爱因斯坦。
量子物理包括两个部分:量子力学与量子场论
从这段历史中我们可以看出,物理每个阶段的发展都需要很长的时间,尤其是从经验物理到经典物理阶段,物理学家们花了2000多年的时间去打破之前禁锢的枷锁。
物理学巨匠也不是每年都有,从亚里士多德到伽利略,从牛顿到爱因斯坦,这中间的间隔也非常长。
这个时候再回过头来看看爱因斯坦之后的100年,是不是觉得这似乎也没有过多久。
并非每一代人都会如此幸运,见证一个物理大师的诞生,见证一个新物理理论。
我们这一代无法见到一个超越爱因斯坦的物理学家,再正常不过了,所以没有必要伤感物理到达了尽头。
毕竟,历史上的物理学家也有过这样的想法,20世纪的时候,他们认为物理学的发展已经到了极限。
爱因斯坦开创了现代科学技术新纪元
物理学曾经陷入过什么误区?1900年,著名物理学家威廉·汤姆森,也就是热学之父开尔文公爵,在发表跨年演讲的时候说到物理学系统已经非常完善,这就像是盖楼,物理的大厦已经完工,之后的物理学家们只需要入住装修。
就连当时的普朗克想要学习物理,他的老师都劝他三思,因为在老师看来,学物理已经没有“前途”了。
其实这并不是开尔文等人目光短浅,而是他所指的物理,是经典物理,在他们那个时候看来,宏观物理能够研究的,都研究得差不多了,已经没有什么新的领域再可以拓展。
威廉·汤姆森:英国的数学物理学家、工程师
而且物理学家们也发现,在宏观物理的上空盘踞着两朵乌云,用现有的物理知识无法解释。
这便是历史上著名的物理界乌云:以太学说的矛盾与紫外灾难。
开尔文以及当时的物理学家们不会知道,这两朵乌云正在酝酿一场巨大的“暴风雨”。
这场“暴风雨”催生了现代物理,它对经典物理的很多地方发出了挑战。
经典物理又称宏观物理,在它的体系里面,时间是时间,空间是空间,但在相对论里面,诞生了时空这一理论,从此时间与运动之间有了关联,时间与空间是两个可以相互影响的范畴。
相对论的概念示意图
再比如,在经典物理中,物体的状态是既定的,不可能存在模棱两可的形态。
可是在量子物理中,就会存在两种甚至多种不确定状态。
现代物理的诞生,将人类的观察范围从宏观世界,拓展到了微观世界,物质的运动被精确到了粒子,让人们明白了,小小的原子核也是有大大的能量。
可以说人类进入了粒子时代。
更巧妙的是,量子物理的奠基人普朗克,就是当年被老师劝着不要学物理的学生,他没有完全听从老师的建议,还是选择了物理。
普朗克和爱因斯坦并称为二十世纪最重要的两大物理学家
由此可见,连物理学家们都有可能对物理产生一定的误会,更别提我们普通人了。那么,为何我们会产生物理停滞不前的错觉呢?
为何我们会认为物理没有发展了?我们通过回顾物理学的历史得知,想要诞生新的物理体系,是一件漫长的事情,并非每一代人都能赶上物理理论井喷的时期。
物理学是当今最精密的一门自然科学学科
物理是一个很庞大的学科分类,量子物理也只是它的一个分支,属于专门的研究方向。
没有谁一上来就会学习现代物理,都是先从经典物理开始学起,除了物理专业的专家学者,很少有人专门钻研它。
也就是说,如果不是物理领域的人,一般人的物理知识还是更多在经典物理上。
因此我们可能就像20世纪之前的人们一样,认为物理已经发展到极限了。
还有就是,现在有些人比较浮躁,看着100多年的时间没有新的物理大发现,没有诞生爱因斯坦这样的天才物理学家,就认为物理学已经到了顶点。
我们不应该因为有爱因斯坦和相对论,就去否认现在物理学家们的成就,无法比肩爱因斯坦不能成为衡量的唯一标准。
如果这100多年的时间没有发展,我们的世界就不会是现在这个模样。
“十年磨一剑,霜刃未曾试”,时间会给我们答案
物理学的发展需要薪火代代相传,从古希腊的经验物理,到伽利略和牛顿的经典物理,跨度2000年的时间,这中间有无数的物理学家在架桥。
没有他们的地基,物理学大厦不会有今天的高度。我们有理由相信,未来的物理也会前往一个新的方向。
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