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近一百年来基础物理学没有突破,下一次革命或许和宇宙维度有关

近一百年来,科学技术取得了飞速发展,物理学的各个分支,也获得了瞩目的成就;但是我们仔细思考会发现,自从上世纪初的物理学革命以来,我们的基础物理学并没有取得重大突破。

在上世纪,量子力学和相对论的出现,对经典物理学进行了一次革命,但是这次革命是不彻底的,直到一百年后的今年,还留下很多问题有待解决。

在微观领域,量子力学能解释部分超导现象,标准模型基本完成了粒子物理的统一,杨-米尔斯理论统一了强力、弱力和电磁力。

在宏观方面,广义相对论预言了黑洞、中子星等等极端天体,宇宙大爆炸理论建立起了宇宙演化的模型,恒星形成与演化的理论能很好地描述恒星的起源和演化过程。

如此辉煌的成就确实让人感到欣慰,但是我们来看这些理论的基础,都是建立在相对论和量子力学之上的,比如标准模型属于量子场论的范畴,而量子场论本身就是量子力学的延伸。

从本质上说,近一百年来,我们的基础物理学没有取得任何实质性的突破,科技的发展都是建立在一百年前的基础理论之上,而物理学各领域的进步,全是对之前基础物理学的完善和补充。

又比如在科学技术中,现在的航天推进器,本质上还是二战时期,德国科学家冯 · 布劳恩发明的V2火箭的改进;计算机的本质,还是上世纪三十年代数学家图灵设计的图灵机;能量的获取,还主要靠化石燃料。

如果相对论和量子力学是完备,我们有理由相信物理学的终极基础理论已经建成,但是科学家很早就发现,相对论和量子力学的不可能全是完备的,基础物理学肯定还存在更深刻的理论未被发现。

其实科学上已经发现一些现象与现有理论不相符,比如现代科学的两朵乌云——暗能量和暗物质,就无法得到合理的解释;而第二类超导体的存在,也没有理论能够进行解释;黑洞奇点问题,让相对论和量子力学的冲突无法调和。

这一切都暗示着,现有物理学的基础还不完备,虽然也有一些理论试图解决这一问题,比如超弦理论、圈量子引力论等等,但是还没有达到对现有基础物理学进行革命的层面,或许下一次基础物理学革命,就发生在这个世纪之内。

从一些比较前沿的理论来看,下一次基础物理学革命,有可能颠覆我们对宇宙维度的认知;因为有些理论预见,我们的宇宙维度,可能不止“三维空间+一维时间”。

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