自從進入21世紀之後,許多人就期待着科學能夠迎來新的革命性的進步。畢竟在我們普通人眼中,耳熟能詳的科學家都來自於上世紀甚至更早以前,這讓大家不經擔憂地認為人類的科學發展是否面臨著「氣數已盡」的情況。
現代科學已經走到了盡頭?
那麼,科學發展真的停滯不前了嗎?為啥很久沒有出現能比肩牛頓、愛因斯坦的人了呢?這種情況出現的原因是什麼呢?接下來,就讓我們一起來看看吧!
偉大傑出的科學家們
牛頓與愛因斯坦
每當提到牛頓的時候,大多數人率先想到的都是萬有引力的提出,卻不知道其實牛頓的貢獻遠不止於此。作為一個出生於1643年的人,牛頓在我們的眼中確實算得上是老古董了。
不過這個「老古董」確實很厲害,不僅身兼數職,還對物理學體系的建立做出了相當大的貢獻,甚至算得上是科學的奠基人之一。
艾薩克·牛頓被譽為「近代物理學之父」
在牛頓之前伽利略的從比薩斜塔上丟下的鐵球標誌着實驗物理學的誕生,以及哥白尼的日心說和開普勒提出的行星運動三定律,都為牛頓後來的成就奠定了基礎。
站在前人肩上的牛頓,將伽利略所做的力學實驗和開普勒三定律相結合,總結出了牛頓運動方程,奠定了經典物理學的基礎。在這種情況下,不少人都說是牛頓將天上和人間統一了起來。
後來,在麥克斯韋建立了麥克斯韋方程,找到了傳播速度為光速的電磁波,然後將電磁學和光學統一之後,經典物理學的發展就更進一步,依靠着牛頓力學和麥克斯韋電磁理論成為了屹立不倒的存在。
麥克斯韋與麥克斯韋方程
本以為科學的發展走到這兒就已經是盡頭了,畢竟當時不少人都認為現有的研究已經登峰造極了,沒什麼再深入探索的必要了。
當時英國的物理學家開爾文就說:「大廈已經建成,剩下的只是一些修飾工作。」
「熱力學之父」開爾文
可是愛因斯坦出現了,他並不覺得物理學走到了盡頭,科學就止步於此了。針對物理學,他有自己的看法。所以愛因斯坦的相對論橫空出世,直接否定了以太和牛頓的絕對時空,並且將物理學的研究帶入了更微觀的領域,也就是「量子物理學」。
就這樣,在十九世紀末還被人們認為已經完美的經典物理學大廈受到了前所未有的挑戰,而愛因斯坦確實算得上挑戰的主要發起人。當相對論在科學家掀起一場全新的革命後,愛因斯坦也名正言順地成為了「現代物理學之父」。
所有人都非常熟悉的科學家愛因斯坦
綜上所述,牛頓和愛因斯坦確實是能夠比肩的科學巨匠。雖然牛頓可能不太接受與愛因斯坦出現在同一個榜單之上,畢竟愛因斯坦找出了他的不少錯誤之處,但是二者對物理學和科學的貢獻都是有目共睹的。而且若是沒有經典物理學研究留下的「烏雲」,二十世紀現代物理學的誕生也不會這麼順利。
此外,根據物理學的發展歷程來看,它曾經過多次的統一,而這個統一絕不是在短短几十年之間就能輕鬆達成的。
物理學是一門歷史非常悠久的學科
物理學的多次統一
首先以經典物理學來說,咱們在介紹牛頓的時候就指出,他將前輩的經驗和成果結合,才得出了經典物理學的基礎。並且到此為止,經典物理學的發展也並未結束,後來電學和磁學的統一,電磁學和光學的統一等等,都證明了科學的發展必須「循序漸進」。
其次咱們再以現代物理學為例,在絕大多數人眼中,愛因斯坦這個「曠世奇才」就是直接提出那些驚人理論的,並且三下五除二就將現代物理學建立起來了。但事實,真的有那麼簡單嗎?
物理學的發展趨勢示意圖
我們表面上只能看到這些科學家最終得到的成果,卻不知道他們為了得到這些成果經歷了怎樣的反覆研究和驗證。相較於經典物理學來說,現代物理學的統一之路走得更加坎坷,統一的方面也明顯更多。
比如在二十世紀初,從普朗克的黑體輻射理論奠定量子論基礎,再到海森堡和薛定諤分別提出了量子力學的基本方程,這算得上是微觀物理學的首次統一。
而愛因斯坦狹義相對論,讓時間和空間、質量和能量完成了統一。後來,愛因斯坦又創立了廣義相對論,將萬有引力歸結成了時空彎曲,這是將物理學和幾何學統一在了一起。
愛因斯坦認為引力是由時空彎曲引起的
還有多種統一就不多贅述了,但是縱觀物理學的發展史,就能看出每一次的統一實際上都是人類對自然世界的認知加深的結果。
並且這個過程並不是一蹴而就的,如果牛頓沒有得到哥白尼、伽利略等人理論的啟示,他能夠這麼快就奠定經典物理學的基礎嗎?如果愛因斯坦沒有普朗克等人的助力,能夠這麼快就建立起全新的現代物理學大廈嗎?
站在巨人肩膀上的巨人
顯然是不可能的,沒有人可以一口吃成胖子,在沒有前人積澱的基礎下,想獲得更大的科學成就甚至推動科學發展,其實是相當困難的事情。
值得一提的是,我們之所以會感覺科學發展停滯不前,還有一個原因就是二十世紀的「牛人」實在是太多了。這些科學家聚在一起,譜寫了二十世紀物理學的偉大樂章。
20世紀的科學界可謂是百花齊放
二十世紀是物理學世紀
著名物理學家楊振寧在本世紀初就專門寫了一篇文章,論述了二十世紀物理學的發展,指出在這個物理學發展突飛猛進的時代,其實是有着「主旋律」的,這個主旋律分別是量子化、對稱性和相位因子。
人們在這一時期的研究當中,將此前物理學領域出現的「兩朵烏雲」吹散,讓物理學正式進入了群星璀璨的時代。而不論是愛因斯坦或是其他成就頗高的科學家,其實在讓自己變為「科學之星」之前,都經歷了長期的研究和積澱。
科學家們都是通過不斷實驗才取得成功的
就拿愛因斯坦來說,他在世時雖然提出了許多驚人的理論,但是以當時的觀測手段和科學發展來看,是很難對其進行驗證的,所以當時不少愛因斯坦的理論都被稱為「預言」。
而在這位偉人亡故之後,並不意味着他提出的東西就擱淺了,因為仍有無數的科學家在其預言的基礎上不斷研究,試圖去證實這些「預言」。
理論的驗證同樣需要大量時間
如今,不少預言都已經被證實了,有的更是在二十一世紀到來後才被證實的,這難道不是科學進步的體現嗎?
再者,距離愛因斯坦逝世才過去不到百年,如果因為這麼短時間內沒出現類似的科學家,就判斷是科學發展「氣數已盡」了未免有失偏頗。其實當我們對比科學史上與牛頓與愛因斯坦有關的兩個重要年份就能看出,想等到下一個能與之比肩的科學家誕生,至少還要百年。
科學的發展是永遠不會停滯不前的
要知道牛頓奇蹟年和愛因斯坦奇蹟年之間可是相隔了239年之久,這個時間就能說明科學發展並非是一蹴而就的。
此外目前的科學研究還面臨著一個問題,那就是人們即使發現了「錯處」,也不敢去糾錯。比如要讓哪位科學家去否定愛因斯坦的某個支柱性理論是錯誤的,那他肯定是拒絕的。
愛因斯坦(左)與牛頓(右)
在這種情況下,偉大前輩的存在非但沒有起到良好的導向作用,反而成為了佇立在科學前進道路上的大山。這時就不得不提到一個,成就同樣巨大且如今仍舊在世的科學家了,他就是楊振寧。
楊振寧之所以可以在四十歲之前就獲得諾貝爾獎,其實就與他敢於指出錯誤,並且這個錯誤還是有關於物理學支柱「對稱性」有關。
提出宇稱守恆定律的科學家楊振寧
可以說,宇稱不守恆的提出也給物理學界也帶來了不小的「地震」,只不過許多人沒有這麼關注罷了。因此,科學當然有在進步,只不過我們並未察覺罷了!