久久99国产精品尤物-国产高清色播视频免费看-男生肌肌往女人桶爽视频-精品国产-91PORNY九色|www.jqdstudio.net

物理學到達終點了么？

點擊：3303  作者：Dijkgraaf    來源：中國科學院理論物理研究所  發(fā)布時間:2020-12-31 11:02:13

 

我們的探索已經(jīng)窮盡物理學的極限了嗎？還是說，物理學的可能性是“小荷才露尖尖角”？

 

 

01 物理學研究結束了么

 

物理學的研究結束了嗎？人們常把21世紀叫做“生物學的時代”，或“人工智能的時代”，或者任何其他新興領域的時代。于是，物理學只能屈居于上世紀——在那個黃金時代，相對論和量子力學的革命震撼了整個世界，基本粒子的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了一系列諾貝爾獎。如今，人們擔心物理學已經(jīng)變成一片寸草不生的沙漠，即在未來幾十年內(nèi)，不會再有新的粒子被發(fā)現(xiàn)了。

 

我認為這種觀點至少從三個方面來說是錯誤的。首先，對于一門被認為“已過巔峰”的學科來說，本世紀前二十年對物理學來說是相當成功的。我們在2012年發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，在2015年探測到了引力波（2016年宣布），以及在2019年看到了黑洞視界的第一張圖像。這三件事都是罕見的科學大事件，它們刊登在新聞報紙頭條，抓住了全世界的想象力。

 

 

人類歷史上看到黑洞視界的第一張影像

 

但是，有人會說，這些發(fā)現(xiàn)的種子都是在過去的美好時光里播種的。黑洞和引力波是愛因斯坦在1915年提出的方程的直接結果。也許物理學的原創(chuàng)想法已經(jīng)用完了？

 

 

圖片來源：pixabay

 

這就引出了第二個論點。宇宙學的最新進展使我們可以相當肯定地說，95%的宇宙缺失了。這些缺失的部分由暗物質(zhì)和暗能量組成，它們都是新的物理學中的神秘現(xiàn)象。只要這些（以及其他的）謎團存在，物理學的工作就不會完成。（我還要補充一點，理解一門學科的 5% 本身就是一項了不起的成就。）

 

“物理學已死”這種說法是極度夸張的。第三個原因來自一個更根本、更明確的錯誤：用發(fā)現(xiàn)新粒子或力來定義物理學進展是一種目光短淺的觀點。它忽視了大部分學科知識，并且大大低估了我們?nèi)匀豢梢匀〉玫某删?。事實上我相信，我們目前所知只是物理學十分微小的一部分，還有太多等待被探索。

 

物理學的目的是用精確的數(shù)學方法來理解宇宙中物質(zhì)和能量的所有表現(xiàn)形式，而我們還沒有開始探索這種無限的可能性。宣稱物理學已經(jīng)終結，這就好比認為數(shù)學在引入自然數(shù)和基本算術之后就已經(jīng)結束，或者化學自從周期表出現(xiàn)后就不再發(fā)展。學習國際象棋規(guī)則并不能使你成為大師。

 

事實是，最小粒子的領域并不是唯一一個你能找到物理學基本定律的地方。它們也可以從許多集體行為中“演生出來”。一個簡單的例子就是聲波，即物質(zhì)分子的同步振蕩。利用量子理論的規(guī)則，這些波本身可以用粒子來描述。這些“聲子”是聲音的基本單元，或稱為“量子”，它們的行為類似于光子，即光的量子。因此，就像小說中能拉著自己的辮子從沼澤中爬出來的“吹牛大王”蒙喬森男爵一樣，物理學是能夠自我維持的——它可以利用自身產(chǎn)生新的能夠用嚴謹?shù)臄?shù)學刻畫的基本現(xiàn)象。

 

02 冒險才剛剛開始

 

基于目前已知的宇宙基本組成部分，我們可以制造出無數(shù)的物理系統(tǒng)。比如我可以想象一個顛倒的物理觀。不同于先研究自然現(xiàn)象后發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的過程，我們可以先設計一個新的規(guī)律，然后逆向構建一個系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)表現(xiàn)出的現(xiàn)象可以用設計的規(guī)律描述。比如說，物理已經(jīng)遠遠超出了高中課本里物質(zhì)的簡單相——固相、液相、氣相。量子力學的古怪結果，讓許多潛在的“奇異”相成為可能。它們已經(jīng)被編入理論探索的目錄，現(xiàn)在我們能夠在實驗室中利用特殊設計的材料逐漸了解這些可能的物相。

 

科學正在發(fā)生更大轉變，其中的一部分就是從研究“這是什么”到“什么是可能的”。在二十世紀，科學家們找到了構成現(xiàn)實的基本模塊：組成所有物質(zhì)的分子、原子和基本粒子；讓所有生命成為可能的細胞、蛋白質(zhì)和基因；構成人類信息和人工智能基礎的比特、算法和網(wǎng)絡。而在本世紀，我們將反過來探索用這些基本模塊能夠制造什么。

 

 

圖片來源：pixabay

 

即使宇宙膨脹了140億年，地球存在了大約40億年，大自然也只探索了所有可能的設計中最微小的一部分。正如生物學家理查德·道金斯（Richard Dawkins）所喜歡說的那樣，我們?nèi)祟?span lang="EN-US">——以及其他所有曾經(jīng)存在過的有機體——都是宇宙彩票的幸運中獎者。從數(shù)量驚人的可能的基因藍圖中，我們的代碼被偶然地選出來，成為了一個真實存在的模型。我們周圍所有形式的物質(zhì)也是如此。在所有的分子和物質(zhì)形式的選單中，地球上和宇宙中的自然過程只制造出了一個小樣本。因此分子和生命形式所必須遵守的所有物理定律，也同樣只有一小部分被演繹了出來。

 

但現(xiàn)在所有這些都在改變。在數(shù)百萬年和數(shù)十億年的時間尺度上，受宇宙和生物進化所驅(qū)動的，大自然令人苦惱的緩慢的發(fā)現(xiàn)過程，在實驗室加速到了驚人的速度。這樣的工作一開始可能感覺像是“人造”科學。但是，相比于野外發(fā)現(xiàn)的細菌，基因設計的細菌絕不是不真實的、沒有研究價值的。展示了量子理論奇特之處的新奇一維和二維材料也同樣如此。準確得說，這些新技術有效地將量子力學從原子和分子的限制中“解放”，并將其帶到日常生活的宏觀尺度。在某個時刻，我們將能實現(xiàn)包含了所有可能性的選單表上的每一項。

 

科學與所有現(xiàn)象有關，包括我們實驗室和頭腦中產(chǎn)生的現(xiàn)象。一旦我們充分理解了這個更加宏大的圖景，一幅不同于以往科學研究的圖景也就徐徐呈現(xiàn)。現(xiàn)在，科學之船終于開始離開自然雕刻出的安全的內(nèi)河航道，駛向廣闊海洋，探索一個擁有“人工”材料、生物、大腦甚至可能是更好的人類本身的美麗新世界。

 

 

冒險才剛剛開始 圖片來源：pixabay

 

因此，我對物理學的樂觀看法同樣適用于所有其他科學分支：

 

冒險才剛剛開始。

 

原文鏈接：

https://www.quantamagazine.org/the-end-of-physics-20201124/

 

文章來源于中科院物理所 ，作者Dijkgraaf