20世紀，是物理學多產的一個世紀。首先，愛因斯坦的廣義相對論顛覆了牛頓的引力理論，他將引力視作為時空的扭曲、而不是某種力。接著，普朗克、薛定諤和海森堡等人發展了理解亞原子世界的量子力學。在20世紀中期時，物理學家深刻的意識到在原子的內部還有兩種基本力——強核力和弱核力。而到了下半個世紀，物理學家則建立了描述宇宙中已知所有粒子和基本力的標準模型。

○?物理學的六個原理、六個大問題、及六個解決方案。

但在這個新的世紀里，物理學家似乎舉步維艱。的確，這些年我們有一些非常重大的發現。例如，2012年科學家在大型強子對撞機中找到了標準模型的最后一塊拼圖——希格斯玻色子；四年后，人類首次在引力波天文臺中直接探測到了引力波。盡管這都是非常偉大的成就，但值得注意——無論是希格斯玻色子還是引力波，都是基于上個世紀發展出的理論所預言的。而像弦理論那樣的新思想卻始終沒有得到過任何驗證。

○?萬物是由一維的弦構成的嗎？

物理學家Neil Turok說：“自1970年代后，所有的理論工作都還沒有產生一個成功的預言，這是很令人震驚的現狀。”

但這并不意味著物理學家沒有在埋頭苦思，事實上現在發表于期刊上的研究論文比以往任何時候都要多。但Turok表示，目前所有的研究并沒能真正的幫助我們更好地理解宇宙——至少不像上個世紀那些物理學家所做到的那樣。

他說：“現如今，物理學家撰寫許多的論文、建立許多的理論模型、舉辦許多的研討會議、相互引用彼此的研究成果——我們擁有了好的科學所需要的一切。但我認為，一個好的物理理論就是要能成功地作出預言，而這正是目前所缺乏的。”

一些最被寄予厚望的實驗也沒有找到任何發現。以位于瑞士地底下的巨大加速器——大型強子對撞機（LHC）為例。在它找到希格斯玻色子后，物理學家希望LHC也能夠迅速找證據，來證明預言了一系列新的、更重的粒子的超對稱理論。但卻仍未取得任何進展。

○?左邊為標準模型粒子，右邊為超對稱粒子。

同樣地，在尋找暗物質（一種占據了宇宙大部分質量卻不可見的物質）的道路上，我們也毫無收獲。世界上一些著名的實驗，比如LUX實驗、XENON1T實驗、以及中國的熊貓計劃等等，都沒有發現任何暗物質的蹤跡。

此外，一直是萬有理論最佳候選的弦理論如果一直拒絕實驗的驗證，那么像多重宇宙這樣的概念對于一些科學家而言就像是科幻小說，而不是對現實的描述。

○?我們的宇宙只是多重宇宙中的其中一個？

物理學家Sabine Hossenfelder表示，如果某些東西存在、而我們卻無法觀測到它，那這意味著什么？這一問題似乎屬于哲學范疇的討論。人們可以選擇相信多重宇宙，但它并非科學。

在Hossenfelder的最新著作中，她認為今天的許多物理學家都因數學而步入歧途，他們被“美麗”或“優雅”的方程所誘惑，與真實的世界斷了聯系。她寫道：“我無法相信這個曾經備受尊敬的職業現在成了什么樣，過去的理論物理學家能解釋觀察到的現象。而現在他們試圖解釋的卻變成了‘他們無法對某些未被觀察到的事物作出解釋的原因’。他們甚至都不擅長這一點。”

伽利略是第一個詳細地描述了數學與真實世界之間的聯系的科學家，的確，今天我們所看到的所有成功的物理理論都是由數學描述的。但是，也有一些偉大的思想家被數學帶跑偏的例子。

○?物理領域的重大突破有時需要數學的協助，反之亦然。

舉個例子，在17世紀，德國天文學家開普勒發展了一個詳盡的理論，利用歐幾里得幾何的“柏拉圖立體”（正多面體）來描述行星的軌道。他的假設簡直堪稱優美，但卻是錯誤的。

物理學家經常在他們的理論中尋求數學上的優雅；與其同時，他們被與之密切相關的簡單概念所吸引。一些人引用“奧卡姆剃刀”(Occam’s razor)來證明這種對美學的吸引力。奧卡姆剃刀認為，在兩個相互競爭的理論中做選擇時，更簡單的那個通常是正確的。

○?當愛因斯坦將數學作為指引后，就失去了方向。

因強核力工作而獲得2004年度諾貝爾物理學獎的Franck Wilczek說：“我們希望我們找到的定律是優美的。我們希望他們會呈現出對稱性，那樣它們就可以基于幾個簡單的假設來解釋清楚許多的事情，所以我們得到的會比投入的更多。”

但Wilczek警告說，沒有人能確保這些原則會得到回報。盡管它們有良好的記錄，但“它們并一定都行得通。”

Wilczek承認，近年來物理學似乎并沒有什么起色，但他說，部分原因是由于我們在上個世紀獲的成功太巨大了，在70年代和80年代，我們已經發展出非常好的模型來描述這個世界，因此想要在此基礎上作進一步的發展將是非常非常困難的。

他說，至于超對稱性和暗物質粒子，現在就放棄掉這兩種觀點還為時過早，“有時候，你必須要有耐心。”

Turok也樂觀地認為，物理學的新時代或許就要到來——我們需要一個能夠將量子理論和廣義相對論聯系在一起的大膽的新想法。“或許我們需要等待的是一些年輕人站出來說，‘啊哈！這就是把所有東西統一在一起的方式’。”

∑編輯?|?Gemini

來源?| 樹腦智能科技

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