前有經典力學,後有相對論,下一個偉大的物理學家將帶來什麼?

前有經典力學,後有相對論,下一個偉大的物理學家將帶來什麼?

牛頓的萬有引力定律以及在牛頓基礎上建立的經典力學為整個物理學的發展奠定了堅實的基礎。後來,隨著科學觀測手段的不斷髮展,人們逐漸發現萬有引力公式並不能解決一切關於引力的問題。

前有經典力學,後有相對論,下一個偉大的物理學家將帶來什麼?

運用萬有引力公式來計算蘋果下落所得到的資料與實際測定資料完全相同,其幾乎可以解決我們生活中一起關於引力的問題,但當我們將其應用於宇宙天體之間的引力作用時,問題就出現了。透過萬有引力公式所計算的水星近日點的實際進動值與實際測定資料相差甚巨。

這個時候,人們開始意識到引力可能並不是像牛頓所說的那樣。

後來,另一位偉大的科學家出現了,他引領我們從牛頓的時代進入了愛因斯坦的世界,他就是愛因斯坦。愛因斯坦透過廣義相對論將引力的本質從一種力描述為了一種幾何效應,此時,我們知道了引力的本質就是時空的彎曲。

前有經典力學,後有相對論,下一個偉大的物理學家將帶來什麼?

根據愛因斯坦的公式所計算的水星近日點的實際進動值與實際測定資料完全一樣,迄今為止,廣義相對論所描述的一切關於引力的問題都十分精確,根據廣義相對論所預言的所有結論都被一一證實,引力透鏡、引力波都在其中。

當然,牛頓並沒有錯,牛頓的理論可以說是引力在弱引力場環境下的近似理論,其雖然未能看透引力的本質,但在弱引力場環境下已經足夠精確了。

前有經典力學,後有相對論,下一個偉大的物理學家將帶來什麼?

現代物理學已經形成了一個完整而龐大的體系,在這樣的理論體系之下,想要再創造一種理論能夠觸動甚至顛覆現有的理論體系是一件非常困難的事情,但並非沒有可能。因為還有很多問題目前無法解決,比如正反物質總量為什麼不對稱?暗物質和暗能量到底在哪裡?而相對於這些未解之謎,最大的謎團還在於四種基本力無法融合在一起。這四種基本力就是引力、電磁力、強核力和弱核力。

在量子力學的框架體系之下,電磁力、強核力和弱核力已經實現了統一,唯有引力與其格格不入。

為什麼一定要將四種基本力相統一呢?我們處於一個宇宙之中,而一個宇宙只能有一套真正的理論,宇宙間所有的事物,無論大小,都應該遵循同一套規則。

前有經典力學,後有相對論,下一個偉大的物理學家將帶來什麼?

而現在的情況是,廣義相對論完美闡釋了宏觀環境下的引力問題,而量子力學則解決微觀問題,兩者格格不入。這說明了什麼?說明了量子力學和廣義相對論可能都不是物理學的本質理論,它們和牛頓的萬有引力一樣,是一種在特定環境下的近似理論。

所以,未來如果再次出現能夠比肩牛頓和愛因斯坦的偉大物理學家,那麼他的成就一定與大一統理論密不可分,大一統理論就是能夠將四種基本力相統一的終極理論,也可稱之為統一場理論。

其實,對於統一場理論,現代物理學也並非毫無進展,一時間大火的“弦理論”就能夠解決這一問題,將引力與其餘三種基本力統一在一起。“弦理論”認為物質的最基本單位並不是現在所知的基本粒子,每一個基本粒子是由很多條“弦”所組成的,這些“弦”才是宇宙的基本單位。在“弦理論”的體系之下,四種基本力的確可以實現完美的統一,而唯一的問題在於“弦”只是猜測,我們無法證明它真的存在。