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物理已死嗎?

網(wǎng)友解答: 說物理已死是有點(diǎn)情緒化的。但通過回答這個問題,我們可以討論下物理學(xué)這個學(xué)科的歷史及最新發(fā)展。物理學(xué)是自然科學(xué)的典范,物理學(xué)研究的主要對象是物質(zhì)存在的形式及其運(yùn)動規(guī)律,科學(xué)的特

網(wǎng)友解答:

說物理已死是有點(diǎn)情緒化的。

但通過回答這個問題,我們可以討論下物理學(xué)這個學(xué)科的歷史及最新發(fā)展。

物理學(xué)是自然科學(xué)的典范,物理學(xué)研究的主要對象是物質(zhì)存在的形式及其運(yùn)動規(guī)律,科學(xué)的特點(diǎn)是基于實(shí)驗(yàn)的定量化研究。

天體的運(yùn)行及音韻學(xué)是最早的物理學(xué)。因?yàn)樵谶@兩個領(lǐng)域,人類是最容易觀察到定量規(guī)律的,人眼和人耳本身是研究天體運(yùn)行和音韻學(xué)的儀器。

阿特拉斯托舉天球,托勒密和哥白尼的理論是天球論發(fā)展的頂峰。天球論描述的是一種典型的靜態(tài)機(jī)械世界。

但在古代人類很少有運(yùn)動變化的概念,所以早期的物理學(xué)理論都具有明顯的靜態(tài)特征和幾何學(xué)的特征,強(qiáng)調(diào)比例,但無法描述變化。

從伽利略的時代開始,物理學(xué)經(jīng)歷了一次近代化的革命,在這場革命中,物理學(xué)家從哲學(xué)家群體中分離出來,他們更強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn),使用望遠(yuǎn)鏡,玻璃真空等科學(xué)儀器研究“人造可控”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并努力使用方程來描述物理現(xiàn)象。

與古典靜態(tài)的物理模型不同,這些方程更復(fù)雜,并能夠描述運(yùn)動變化,比如牛頓第二定律就是一個二階常微分方程,比如麥克斯韋方程組是一組包含時間t的偏微分方程組,比如薛定諤方程是個一階偏微分方程等等。

廣義相對論的方程:這可能是最后一個偉大的方程了。

我們今天熟知的最偉大的物理學(xué)理論都是由方程來描述的,比如愛因斯坦的廣義相對論,比如狄拉克方程,比如麥克斯韋方程組等等。如果要研究這樣的物理學(xué),需要你是一位嫻熟的應(yīng)用數(shù)學(xué)家,但可惜的是能嚴(yán)格求解的方程太少了。

理論上所有的化學(xué)問題可歸結(jié)為對薛定諤方程的求解,但實(shí)際上沒有幾個薛定諤方程是數(shù)學(xué)上可以解析求解的。這就逼迫我們使用計(jì)算的方法,使用模擬的方法來解決這類問題。

所以我們能看到的物理學(xué)的一個重要的發(fā)展方向是“計(jì)算”越來越重要,反正解析也沒法做了,干脆編個程序來做,不同程序可比性差,就搞個標(biāo)準(zhǔn)的軟件,進(jìn)而是各種數(shù)據(jù)庫(比如材料基因的數(shù)據(jù)庫)。

再有一個趨勢是大量使用數(shù)學(xué)語言去研究更加抽象的問題,比如惠頓(多譯為威騰)等物理學(xué)家做的工作已經(jīng)與數(shù)學(xué)家無異了。

更數(shù)學(xué)或更計(jì)算,是目前理論物理的兩個方向,圖為惠頓(Edward Witten)。

這兩個趨勢使得當(dāng)代物理學(xué)研究的面貌已經(jīng)距離伽利略,麥克斯韋和愛因斯坦的風(fēng)格越來越遠(yuǎn)了,簡單說就是方程的重要性降低,計(jì)算的重要性上升,我們越來越依賴計(jì)算而非物理圖像來理解物理。

甚至有的科學(xué)家已經(jīng)在研究用大數(shù)據(jù)和人工智能的方法來研究物理,這些新的動向?qū)⑹沟媒窈蟮奈锢韺W(xué)研究在方法上越來越遠(yuǎn)離我們在課堂上所學(xué)到的物理學(xué)。

從這個角度我不能說物理學(xué)已死,但物理學(xué)的課程體系及培養(yǎng)方案在未來一定會被調(diào)整以適應(yīng)這些趨勢。

傳統(tǒng)的用一支筆和一張紙就能進(jìn)行的物理學(xué)研究也許正在死去,就好比今天的實(shí)驗(yàn)室也不再是棉線和蜂蠟(*)了一樣。


注*:棉線和蜂蠟指的是傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)室,今天的實(shí)驗(yàn)室是昂貴,復(fù)雜,標(biāo)準(zhǔn)化且高度自動化的,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作這些定義傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的標(biāo)準(zhǔn)在今天也是大大被削弱了的。

網(wǎng)友解答:

這可能是無稽之談。物理學(xué)當(dāng)然還沒有死。

物理學(xué)確實(shí)遇見了很大的困難,當(dāng)然這些困難的出現(xiàn)不能表示物理學(xué)已經(jīng)死了。

物理學(xué)最大的4個困難:

1。暗能量與暗物質(zhì)到底是什么?至今不知道。

2。如何統(tǒng)一四種基本的相互作用力,尤其是如何把引力量子化?至今沒有頭緒。

3。高溫超導(dǎo)的原理是什么?至今幾乎一無所知。

4。中微子有質(zhì)量,粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型怎么修正?三種中微子的質(zhì)量順序如何?

其他有很多技術(shù)上的困難,比如:

1。人工核聚變怎么實(shí)現(xiàn)?

2。鋰電池如何實(shí)現(xiàn)快速充電?

等等等等。

所以,我們不能說物理學(xué)已經(jīng)死了,只能說物理學(xué)的革命在1900上半業(yè)已經(jīng)有了一次大革命,現(xiàn)在我們再等待下一次大革命?,F(xiàn)在是黎明之前的黑暗。

物理學(xué)依然還是我們這個時代的基礎(chǔ)性推動力量,互聯(lián)網(wǎng)誕生于高能物理領(lǐng)域,激光與半導(dǎo)體誕生于凝聚態(tài)物理學(xué)……最近發(fā)現(xiàn)的引力波,給我們打開了多信使天文學(xué)的大門,一切都值得期待,怎么可以說物理學(xué)已經(jīng)死亡?

物理學(xué)里潛藏了太多的產(chǎn)業(yè)革命的前景,在未來社會,人類最大的需求是操作個體的時間,這可以通過廣義相對論效應(yīng)在星際旅行中實(shí)現(xiàn),而這肯定會在不久的將來到來。目前因?yàn)樾请H旅行的技術(shù)不成熟,人類開始做虛擬現(xiàn)實(shí)向內(nèi)求索的道路。一旦星際航行成為常態(tài),人類的腳步邁出太陽系,宇宙那么大,我們一定有美好的未來——物理學(xué)也將再次迎來春天。

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