前有经典力学,后有相对论,下一个伟大的物理学家将带来什么?

牛顿和爱因斯坦是历史上最为著名、贡献最为卓著的物理学家。

牛顿的万有引力定律以及在牛顿基础上建立的经典力学为整个物理学的发展奠定了坚实的基础。后来,随着科学观测手段的不断发展,人们逐渐发现万有引力公式并不能解决一切关于引力的问题。

运用万有引力公式来计算苹果下落所得到的数据与实际测定数据完全相同,其几乎可以解决我们生活中一起关于引力的问题,但当我们将其应用于宇宙天体之间的引力作用时,问题就出现了。通过万有引力公式所计算的水星近日点的实际进动值与实际测定数据相差甚巨。

这个时候,人们开始意识到引力可能并不是像牛顿所说的那样。

后来,另一位伟大的科学家出现了,他引领我们从牛顿的时代进入了爱因斯坦的世界,他就是爱因斯坦。爱因斯坦通过广义相对论将引力的本质从一种力描述为了一种几何效应,此时,我们知道了引力的本质就是时空的弯曲。

根据爱因斯坦的公式所计算的水星近日点的实际进动值与实际测定数据完全一样,迄今为止,广义相对论所描述的一切关于引力的问题都十分精确,根据广义相对论所预言的所有结论都被一一证实,引力透镜、引力波都在其中。

当然,牛顿并没有错,牛顿的理论可以说是引力在弱引力场环境下的近似理论,其虽然未能看透引力的本质,但在弱引力场环境下已经足够精确了。

现代物理学已经形成了一个完整而庞大的体系,在这样的理论体系之下,想要再创造一种理论能够触动甚至颠覆现有的理论体系是一件非常困难的事情,但并非没有可能。因为还有很多问题目前无法解决,比如正反物质总量为什么不对称?暗物质和暗能量到底在哪里?而相对于这些未解之谜,最大的谜团还在于四种基本力无法融合在一起。这四种基本力就是引力、电磁力、强核力和弱核力。

在量子力学的框架体系之下,电磁力、强核力和弱核力已经实现了统一,唯有引力与其格格不入。

为什么一定要将四种基本力相统一呢?我们处于一个宇宙之中,而一个宇宙只能有一套真正的理论,宇宙间所有的事物,无论大小,都应该遵循同一套规则。

而现在的情况是,广义相对论完美阐释了宏观环境下的引力问题,而量子力学则解决微观问题,两者格格不入。这说明了什么?说明了量子力学和广义相对论可能都不是物理学的本质理论,它们和牛顿的万有引力一样,是一种在特定环境下的近似理论。

所以,未来如果再次出现能够比肩牛顿和爱因斯坦的伟大物理学家,那么他的成就一定与大一统理论密不可分,大一统理论就是能够将四种基本力相统一的终极理论,也可称之为统一场理论。

其实,对于统一场理论,现代物理学也并非毫无进展,一时间大火的“弦理论”就能够解决这一问题,将引力与其余三种基本力统一在一起。“弦理论”认为物质的最基本单位并不是现在所知的基本粒子,每一个基本粒子是由很多条“弦”所组成的,这些“弦”才是宇宙的基本单位。在“弦理论”的体系之下,四种基本力的确可以实现完美的统一,而唯一的问题在于“弦”只是猜测,我们无法证明它真的存在。

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