前言:楊振寧反對的世界最大的強子對撞機要不要建?耗費海量科研經費建造科學儀器能有什麼突破?
最開始的時候,物理學的研究都是憑直覺尋找自然界的規律。而啓發這種直覺和靈感的,就是要通過大量的實驗和觀察。
開普勒通過觀察行星的運動,發現了開普勒三定律。牛頓通過研究直線運動的物體總結出來了牛頓三定律,並且進一步推廣到天體運動。在物理學的開篇鉅著《自然哲學的數學原理》,牛頓把萬有引力定律放在了第1章。
在牛頓力學三大定律的牽引下,人類的技術開始加速。最開始突破的是紡織技術,英國工人發明了可以同時紡織多個紡錘的珍妮機。在經典力學的框架下,蒸汽機等熱機出現,徹底突破了人類的體力限制!由輕工業帶動的重工業發展,在19世紀末期就已經達到了極高的成就。人類建造的幾萬噸重的戰列艦,即使在現在看來也讓人驚歎。
當時幾乎所有的科學家、哲學家都歡呼雀躍,認為所有的物理學規律已經基本被發現完畢,只要能夠給起始的座標以及條件,就能夠推導出宇宙中所有物質的運動軌跡。
對黑體輻射的研究成了人類認識微觀世界的一個突破口。愛因斯坦發現光電效應,並且因此獲得諾貝爾獎,最終證明了微觀世界的物質是不連續的。
我們日常生活中觸摸到的所有物體,從本質上來説,都沒有直接接觸。接近到足夠的距離,原子核外的電子和電子之間就會發生作用。而電子與電子之間的作用並不是相互碰撞,而是相互之間通過發射和吸收虛光子進行的。
當科學越來越深入研究的時候,我們發現這個世界變得越來越虛無和飄渺。
弗里曼.戴森(就是那個提出戴森球的科學家),在20年前楊振寧榮休的學術宴會上,曾經發表過一篇著名的演講。戴森認為現代量子力學建立在由數學對稱性支配的規範場理論上,同時又發現了弱作用中宇稱不守恆的結構。這就如同在廣闊無邊的草原上突然出現了一道斷崖。
斷崖下面的世界也許有更精彩的內容,但是我們根本就無法抵達那裏。
科學家們做了很多的假設,量子力學試圖用su(5)統一4種作用力,現在實驗證明這個5階矩陣是錯誤的。
自從1954年楊米爾斯理論提出以來,重要的科學理論幾乎原地踏步。
特斯拉是一個偉大的科學家,也是一個偉大的發明家。他發明的交流電是現代工業能量傳輸的基礎,因為交流電的特點就是升壓和變壓容易,方便遠距離傳輸。
他還提出一個驚人的理論:太陽系被一個巨大的皮殼所包裹,人類在地面上觀察到的所有天體,都是通過一個巨大的透鏡投射進來。
雖然他這種腦洞大開的理論被後世所批駁,但是他提出這種理論,肯定是有一定的理由的。其中最重要的就是很多科學理論和觀察到的實際情況嚴重不符合。
廣義相對論通過了幾乎所有最嚴格的檢驗,包括星光彎曲檢驗、時空拖曳、引力紅移檢驗以及預言黑洞。
但是對於宇宙之間的物質密度分佈上,廣義相對論的計算成果和現有觀測成果相差了100萬倍。
科學家們不得不去修正廣義相對論關於宇宙大爆炸最初的設定,於是得到了一個近乎玄幻的結果:抹平宇宙間物質密度分佈的不均勻,必須假定在大爆炸時產生無數個平行宇宙。
但是很可惜的是,平行宇宙理論是沒有辦法進行實驗驗證的。所有的解釋都是人類對自己的心理暗示,比如説曼德拉效應。
物理學的發展一直伴隨着數學的發展,並且成為了數學發展有力的推手。隨着康托爾等人的集合論問世,數學首先找到了一個堅實的基礎。希爾伯特推出公理化原則以後,我們終於可以明白什麼是真正意義上的科學。
科學是人類對自然界的一種基於數學規律的符號描述方式。這種描述方式有以下這幾個部分組成:
第1部分,基礎理論。
第2部分,理論的推理與結論。
第3部分,用科學實驗對推論進行驗證。這一部分被稱為科學的可證偽性。
同時基礎理論的第1部分,必須滿足以下條件:
第1,至少有n條基本理論組成,且n>=2。
第2,這n條基本理論必須相互獨立且不矛盾。
第3,n必須滿足能夠推導出結論的數量。
從理論的基本結構我們就可以知道,在原有的理論基礎上增加一點理論來描述新發現的現象,幾乎是不可能的。
如果原有的理論已經達到了邏輯自洽,再增加一點都會破壞原來的結果。也就是處於按倒葫蘆又起來瓢的狀態。
這就好像人體器官已經達到了完美的平衡,再增加一個,而不改變原來的結構是不可能的。
上世紀,偉大的數學家和哲學家哥德爾,證明了哥德爾不完備性定律:人類目前的zfc公理體系不能構造出完美理論,任何存在的理論總有在理論之外不能被證明的問題。
所以我們能夠看到宇宙在超光速膨脹,也知道量子遂穿效應在以超光速進行,也知道量子糾纏的響應速度是無窮大。
但是,人類在實驗室裏用粒子加速器能夠製造出來的粒子的最高速度,由於質量壁壘的存在,只能接近於光速。
所以我們不得不説,物理學在邏輯上已被鎖死。