百年再无爱因斯坦,难道现代物理学真的停滞不前了吗?

从近地轨道的北斗导航卫星到我们每个人把玩的智能手机,现代科技将人类的生活水平提高到了一个新的层次

△人造卫星

在仅需90分钟就能环绕地球一周的导航卫星上,它的原子钟会受到时间膨胀效应的影响而比地面上的原子钟稍微慢一点,因此需要爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀公式来消除和地面存在的误差,进而保证导航精度。

虽然人类目前还只在卫星上产生了微弱的时间膨胀效应,但在众多科幻小说畅想的未来中“近光速飞船”产生的时间膨胀效应已经可以强大到让飞船内的人在一年或者更短时间内跨越千万光年的距离。

黑洞碰撞与引力波

今年4月10号全球同时公布了由“事件视界望远镜”拍摄的第一张黑洞照片,但爱因斯坦早在1916年正式发表的广义相对论中就预言了黑洞的存在(感谢史瓦西),同时预言的引力波也在2015年9月14日被探测到。

从引力波到黑洞再到卫星导航,从物理学最前沿到人们的日常生活,不论怎样我们都绕不开爱因斯坦这个名字,然而现在距广义相对论发表已经103年了,距爱因斯坦离开这个世界也有64年了,人类中却再也没有出现过爱因斯坦级别的科学大师,以至于很多人感觉物理学似乎已经停滞不前了,更有甚者认为是“智子”锁死了现代物理学。

但事实真的是这样吗?

纵观整个物理学史我们不难发现,从一个物理学时代跨越到另一个物理学时代是需要一个过程的,而在历史上这个过程长达数个世纪。牛顿

17到18世纪的牛顿在总结前人成果后着手搭建出了古典物理学大厦。在当时以及后来的几百年间古典物理学一直所向披靡,从预测星球运行到指导工业革命没有它做不到的事情,以至于当时有物理学家都觉得物理学已经发展到尽头了,他们以后的工作只剩下为古典物理学大厦修修补补。

但当时间流转到19世纪末20世纪初之时,古典物理学已经晴朗了数百年的天空上飘来了两朵乌云,它们分别是“迈克尔—逊莫雷实验”与“以太”的矛盾以及“黑体辐射”或者说“紫外灾难”

物理学家们很快发现古典物理学中并没有解决这两朵乌云的办法,这意味着自牛顿以来蓬勃发展的古典物理“碰到天花板了”,以往所谓的“物理学大厦已经完成,我们只需要修修补补”在此刻成了天大的笑话。

爱因斯坦

此时身处瑞士专利局的“无名”小职员爱因斯坦在得知“迈克尔—逊莫雷实验”所揭示的光速不变和以太不存在的消息后,以光速不变为基础创立了狭义相对论,之后又创立了堪称“万有引力定律Plus版”的广义相对论。

爱因斯坦的相对论和同时期玻尔等人的“新量子论”一同成为了现代物理学的两大支柱,可以说这两根支柱完全是立在古典物理学天花板上的。

从牛顿时代的古典物理到以爱因斯坦和玻尔为代表的现代物理,人类用了近两个世纪才完成了物理学时代的更迭。第五次索尔维会议

如今现代物理发展时间不过百年,我们还远远没有触及到它的天花板,相对论和量子力学在目前的宏观和微观世界中依然所向披靡,就像它们出现之前的古典物理那样“好用”

爱因斯坦这种承上启下的“踹门者”只会在当前物理学发展到瓶颈或者碰到天花板时才会出现,而在碰见天花板前所有物理学家的任务就是不断将现有理论逼到极限,直至看见它的局限性。

实际上爱因斯坦式物理学家的出现是有很大偶然性的,百年再无爱因斯坦的原因是因为现代物理学还“所向披靡”,而并不是说近百年来的新物理学家在各方面都不如爱因斯坦。

“时空老祖”爱因斯坦

爱因斯坦是出现在了古典物理学天花板时期才成了“踹门者”爱因斯坦,所以下一个爱因斯坦也必将在现代物理学天花板时期出现,最终将物理学以及人类文明带到一个新的时代。