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下一个比肩牛顿、爱因斯坦的物理学大师需要解决什么样的问题？

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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

下一个比肩牛顿、爱因斯坦的物理学大师需要解决什么样的问题？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

首先要说一下，要出现一位能够比肩牛顿、爱因斯坦的物理学家已经越来越困难。因为物理学已经发展成一个庞大的体系，要发展出一个适合这个庞大体系的理论，或者触动这个庞大体系的根基，可能性已经非常低。就像二十世纪初，量子力学没有在一个人的手下完成，而是依靠一大批杰出物理学家的共同努力才建立了起来。

如果真的能够出现一位牛顿、爱因斯坦那样的物理学大师，他有了什么发现真的难以预料。就像十九世纪末，谁也没有猜到二十世纪的物理学能够有翻天覆地的变化。不过当今物理学中依然存在很多重要的难题，一些难题如果得到了解决，相应的物理学家也有可能成为媲美牛顿、爱因斯坦的伟大科学家。


一个比较著名的难题就是广义相对论和量子力学的统一。广义相对论一般用来解决大质量天体的引力问题，量子力学往往用来处理微观世界的问题，如何把它们统一起来，一直困扰着物理学界。有人会问，干啥要把它们统一在一起？因为同一个宇宙的物理法则只能有一套，大小物体都会遵循同一套法则。

弦理论被认为能够实现广义相对论和量子力学的统一，不过仍然有很大的争议。很多物理学家认为弦理论只是一个数学框架，目前还看不到有什么有效的方法去检验这套理论是否正确。如果该理论得到了检验，爱德华·威腾就会是牛顿、爱因斯坦那样的伟大科学家。

还有一个比较有名的问题就是暗物质、暗能量。19世纪末的两朵乌云引发了物理学上翻天覆地的革命，相对论和量子力学由此诞生。有很多物理学家认为本世纪物理学的天空也有两朵乌云，这两朵乌云就是暗物质和暗能量。

为了寻找暗物质、暗能量，很多科学家设计了很多实验，可到目前为止仍未发现暗物质、暗能量存在的直接证据。这个问题若是得到了解决，必将是物理学上的重大事件。

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回答于 2019-09-11 08:43:50

为了回答这个问题，咱们先谈谈出现这样大师的先决条件，以便知道什么才是大师需要解决的问题。

这样的大师出现很难，但也不是不可能。

一，说它难是因为现代科学的发展状况。

1，现代科学理论的繁杂程度已经不是一个人能够全部掌握的，信息大爆发的时代，科学知识也爆发，科学理论越来越细化。任何科学理论的重大突破或任何科学目标的完成都需要团队协作，非一人之力所能完成。而资金投入也非一人之力所能完成。

2，大量科学理论转化出众多科技产品和科学成果，这些科技产品给人们带来极大的方便，同时人们也越来越离不开它们了，比如计算机、手机、互联网等等，都是现代科学的成果。它们如此的巨大成功似乎也证明着它们背后这些理论的正确。所以很难出现去改变突破如此成功的现代科学的科学大师，因为暂时不需要。恩格斯说“办十所大学也不如一个社会需要”，这是真理。

二，说它有可能是因为有问题需要解决

1，是因为这些理论的不调和和太过于繁复。比如说量子力学和相对论的极度不调和，四种相互作用还没有统一。现代科学理论的过于复杂令人望而生畏，理论陷入模型化，为了解释某一个实验现象，人们往往用一个模型去解释另一个模型。有时为了证明理论的“正确”，预先作一些理论上的“预言”，比如说存在一种什么粒子，然后让实验去满足理论，有时为了寻找所谓的“预言粒子”，还要花巨资去建造设施，科学成本越来越高，单凭个人根本没有能力负担。本来是大众科学、科学大众，但现在科学却成了贵族和国家的科学。因此人类社会同样需要大师尽快出现，去完成科学上的突破，让科学变得简单完美，让每个人都能掌握和使用科学。

2，是对宇宙和意识的本质还没搞清，宇宙航行之父俄国人齐奥尔科夫斯基说“地球是人类的摇篮，但人类不会永远躺在摇篮里。”人类想要了解宇宙，想要知人类和宇宙的关系，就得走向宇宙深处，宇宙如此之大，怎么突破宇宙航行技术就成为必须。这些都需要大师级人物在科学上的重大突破才行。现在的科学就象被窗户纸包着一样，迟早有人捅破。但现在大多数人对科学的感觉就象十八世纪末十九世纪初开尔文说的那样乐观：科学的大厦已经建成，剩下的只是添砖加瓦、修修补补。结果话音刚落，相对论和量子力学两大现代科学基石几乎同时诞生，那时的爱因斯坦应运而生。所以现在也一样，新的大师也要诞生了。

那么比肩牛顿和爱因斯坦的大师具体需要解决什么问题？

我认为还是对时空相对性原理更深的理解上。因为从伽利略到牛顿，从牛顿到麦克斯韦再到马赫，最后到爱因斯坦，每一次的科学上的突破都是对时空相对性问题的研究上。



伽利略

伽利略首先发现力学相对性原理，还提出了加速度的概念，开启了近代科学的序幕，这个原理只是空间的相对性原理，没有考虑时间的相对性。因此骨子里应该还是绝对运动观。



牛顿


牛顿接受了相对性原理和加速度概念，为了构建他的力学大厦，让空间本身与空间中的运动都具有物理实在意义，首先明确了绝对时空观，这也是经典力学的需要。应该说牛顿对相对性原理的理解――绝对时空观成就了牛顿，成就了人类。



麦克斯韦

麦克斯韦完美地构建了电磁理论大厦，完善了牛顿力学，达到了经典物理学的顶峰。但人们发现相对性原理并不适用于电磁相互作用，他的联立方程组推导出光速是常数的结论。于是大多数人放弃了相对性原理，结果所有人都没有取得科学上的重大突破。这期间只有马赫和庞加莱偶尔接触到解决问题的契机，但都没有把握住。



马赫

马赫认为没有绝对空间和绝对运动，时间和空间的几何不能先验的给定，时间和空间与物质及其运动有关，时空是相对的，加速度也是相对的。这些思想被爱因斯坦称为“马赫原理”，但他只是停留在思想上。


庞加莱


而庞加莱虽然多次发表关于时间和空间的相对性论文，并且也先于爱因斯坦发表《论电子动力学》，提出光速不变假设，但他最终并没有完成，因为他的时空观仍然是绝对的，爱因斯坦发表狭义相对论后，他只字不提，可见由绝对时空观转变为相对时空观多难。1905年爱因斯坦发表狭义相对论，把伽利略相对性原理推广到电磁相互作用，他最先意识到相对性原理应该是一个普遍性原理，不应该只适用于普通力学，他把光速不变原理和相对性原理结合，成功地解决了力学相对性原理缺少时间相对性的局限，颠覆了传统的绝对时空观，取得了科学上的重大突破，他的理论结果迅速应用到各个方面。

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