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物理学停滞百年,只因这三大问题难以解决!人类或许被困住了?
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2023.05.07 北京

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你知道吗?物理学是人类文明的基石,它决定了我们的生产力、科技水平、甚至思维方式。没有物理学,就没有现代社会。但是,物理学似乎已经停滞了一个多世纪,没有出现新的突破性的理论和发现。而阻碍物理学前进的,就是三座大山:万有理论、标准模型、暗物质和暗能量。这三座大山如此之高,如此之难,以至于有人怀疑,或许物理学永远都无法进步了!

为什么物理学如此重要?

物理学是自然科学的核心,它研究自然界最基本的规律和现象。从牛顿的经典力学,到爱因斯坦的相对论,再到玻尔、海森堡等人的量子力学,物理学不断地揭示了宇宙的奥秘和美妙。物理学也是工程技术的源泉,它为人类提供了无数种改变世界的方法和工具。从蒸汽机、电灯、电话、电视、计算机、互联网,到火箭、卫星、核能、激光、纳米技术等等,都是物理学的产物。物理学还影响了人类的思想和文化,它让我们对自然和自身有了更深刻和更广阔的认识。从哲学、数学、逻辑、心理学、社会学等各种学科,到文学、艺术、音乐、电影等各种艺术形式,都受到了物理学的启发和创造。而物理学无法继续突破,或许就解释为什么发现不了外星文明了!因为都被困住了!

物理学为什么停滞了?

在20世纪初期出现了两个革命性的理论:相对论和量子力学之后,物理学就没有再出现过类似的大成就。相反,物理学陷入了一种困境和危机。这种困境和危机主要表现在以下三个方面:第一座大山:万有理论

万有理论是指能够统一描述自然界所有基本力和粒子之间相互作用的一个完美的数学模型。这个模型被认为是物理学的终极目标和梦想。但是,在实现这个梦想的道路上,有一个巨大的障碍,就是量子力学和广义相对论的不相容性。量子力学是描述微观世界的理论,它涉及到电磁力、强力和弱力等三种基本力,以及电子、夸克、中微子等各种基本粒子。广义相对论是描述宏观世界的理论,它涉及到引力这一种基本力,以及星球、黑洞、时空等各种天体和结构。

量子力学和广义相对论都是非常成功和精确的理论,它们在各自的领域都能够很好地解释实验观测的结果。但是,当我们试图把这两个理论结合起来,就会发现它们之间存在着严重的矛盾和冲突。例如,在量子力学中,引力是由一种假想的粒子——引力子来传递的,而在广义相对论中,引力是由时空的弯曲来产生的。在量子力学中,时空是一个固定的背景,而在广义相对论中,时空是一个动态的实体。在量子力学中,物理现象是随机和不确定的,而在广义相对论中,物理现象是确定和可预测的。这些矛盾和冲突使得我们无法用一个统一的框架来描述自然界所有的现象。

为了解决这个问题,物理学家们提出了许多尝试和假设,例如超弦理论、环面理论、M理论、量子引力理论、环形引力理论等等。这些理论都试图用更高维度、更小尺度或更复杂结构来解释自然界的基本组成和运行规律。但是,这些理论都面临着很多困难和挑战,例如缺乏实验证据、数学上过于复杂、物理上过于抽象等等。因此,目前还没有一个理论能够被普遍接受或证实为万有理论。

第二座大山:标准模型

标准模型是目前最完善和最成功的物理学理论之一,它能够描述除了引力以外的三种基本力和所有已知的基本粒子之间的相互作用。标准模型包括了量子电动力学(QED)、量子色动力学(QCD)和电弱统一理论(EW)三个部分,它们分别描述了电磁力、强力和弱力。标准模型还包括了希格斯机制(Higgsmechanism),它能够解释为什么基本粒子有质量。标准模型在过去几十年里经受了无数次的实验检验,它能够非常精确地预测各种物理现象和参数。

但是,标准模型并不完美,它也有很多缺陷和问题。例如:-标准模型不能解释为什么基本粒子有不同的质量和电荷,以及为什么存在三代粒子。

-标准模型不能解释为什么存在暗物质和暗能量,它们占据了宇宙的大部分,但是我们却无法直接观测到它们。

-标准模型不能解释为什么宇宙中的物质和反物质不对称,如果宇宙诞生时物质和反物质是平衡的,那么它们应该相互湮灭,留下一片空无。

-标准模型不能解释为什么中微子有质量,以及为什么中微子会在三种类型之间转变。

-标准模型不能解释为什么引力如此之弱,相比于其他三种基本力,引力几乎可以忽略不计。

-标准模型不能解释为什么存在引力子,这是一种假设的粒子,用来传递引力,但是我们还没有发现它的存在。

-标准模型不能解释为什么存在超对称性,这是一种假设的对称性,认为每一种基本粒子都有一个对应的超对称粒子,但是我们还没有发现任何一个超对称粒子。

这些问题表明,标准模型还不是一个完整和正确的理论,它可能需要被修正或者被更高层次的理论所取代。但是,目前还没有一个理论能够同时解决这些问题,并且与标准模型和实验数据相一致。

第三座大山:暗物质和暗能量

暗物质和暗能量是目前天文学和宇宙学中最大的谜团之一,它们指的是那些我们无法直接观测到,但是却能够通过其引力效应来推断其存在的物质和能量。根据最新的观测数据,暗物质占据了宇宙物质总量的约27%,而暗能量占据了宇宙总能量密度的约68%,而我们所熟悉的普通物质(原子、分子、星系等)只占据了宇宙的5%。这意味着我们对宇宙的认识只涉及到了其中很小的一部分,而大部分的宇宙内容我们还一无所知。

暗物质和暗能量的存在给物理学带来了巨大的挑战和困惑。例如:-我们不知道暗物质是由什么组成的,也不知道它与普通物质之间有没有其他形式的相互作用,除了引力以外。

-我们不知道暗能量是什么,也不知道它为什么会导致宇宙加速膨胀,以及这个加速膨胀会不会有一个极限或者一个终点。

-我们不知道暗物质和暗能量是否有关联或者统一性,也不知道它们是否与标准模型或者万有理论有兼容性或者包含性。

这些问题让我们感到无力和沮丧,因为我们没有足够的实验手段和理论工具来探索这些未知领域。我们只能依靠一些间接的证据和推测来猜测它们的性质和作用。

物理学还有希望吗?

面对这三座大山,我们是否应该感到绝望和失望呢?物理学是否真的走到了尽头,无法再有新的突破和发展呢?

没人可以回答。

但整个21世纪,人类物理学就是面临着如此巨大的困难和挑战。如果人类真想突破太阳系,银河系,那我们就必须要逾越这三座大山:万有理论、标准模型、暗物质和暗能量。

令人悲观的是,宇宙一点外星人信号都没有,这是极其不合理的。

难道,宇宙真的存在这种底层枷锁?

难道,宇宙在本质上,是无法完全被自我理解(某种意义上人就是宇宙自己)的么?

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