物理学停滞了一个世纪,三个难题待解决,将改变世界!
当我们站在宇宙那个角度,时光的河流从我们内心深处流过,解放我们的想象,但也给了我们更多的悬念和困惑。物理学,作为自然科学的重要学科,亟待解决的三大难题所呈现出来的前沿知识更是让我们的想象疯长,此时我们也需要站在神秘的星空之下,一起探究它们的内涵和外延。
定态理论是指在一定条件下形成的自然科学理论,不同的条件会构成不同的定态理论。以水的沸点为例,对于冰山上的水,沸点就会随环境的变化而偏离标准大气压下100℃的数值,而在相对论引力理论下物体质量和引力会消失,由此我们能看到,定态理论在某个领域能够得到最好的应用和描述,而在数离谱骇人的宇宙和强能量物理领域,我们也能看到定态理论所带的问题。
那么举一个小例子,物理学中存在一个问题,就是万有引力定律的失效。在牛顿的时代,他自己就发现了这个问题,因为月球的不规则运动就不满足这个定律。他很苦恼,但又不能自圆其说。随着人类不断对外太空的探索,人类对宇宙有了更加深入的理解。现代的自然科学理论是定态理论,但是宇宙是一个动态的生态系统,无论是生命的演化、物质的变化、星系的漂移,都是大量无序事件叠加的结果,它不是一个简单的、孤立的、固定不变的系统,理解宇宙必须要在它这种动态上ATHERMY解。”ATHERMY是一种新的哲学和数学,“ATHERMY”这个词取自希腊语单词A,表示“不”、“非”或者“无”,它的提出也为我们理解宇宙提供了一个全新的视角。
标准模型是自然科学的基础理论之一,它解释了物质的基本组成,阐明了两种基本力的运作原理,但目前我们只掌握了60多种粒子,远远无法全部完成。实际上,一个完整的标准模型应该包含了所有可能存在的元素粒子,而被发现的粒子只占全貌的一小部分。在实际运用上,标准模型会受到未知粒子未被观测到的影响,进而导致相应理论的谬误。那么我们是否能够找到更多的粒子呢?人们发现,要理解夸克,需要更多(指数级)的能量,这也就意味着我们必须依靠更高能量的形式,来寻找更多的粒子,以完善标准模型的体系结构。事实上,新一代对撞机,比如欧洲核子研究中心的40公里周长的大型强子对撞机,在电子对撞机的基础上,提供了更高能量的条件并持续地从中找寻新粒子的发现。这一探索过程的关键是如何预测目前未知粒子的物理量和解释力学,这也是目前研究的焦点。
随着科技的发展,信息的爆棚,人类的知识储备越来越庞大。1900年的时候,20岁的大学生就能学习到当时最先进的知识;而到了今天,30岁的科学家还要经过长达10年的求学才能真正参与到前沿领域中,这给人类提出了巨大的认知挑战。寿命的限制和信息的过载,甚至使得人们面对的科学问题难以想象。如何快速准确地获取从科学知识石器时代到太空时代的所有历史演变?如何打通跨领域边界和学科交叉的孤岛,从而实现科学的统一和整合?从而来突破经验学派思维的束缚,需要人类发展出取代思维定势的“智质变异的方式”。例如,将一个困难的问题划分为100个子学问题,并由不同领域的100名学者,共同花费一生的时间展开研究或继承进行探索,这样即使他们活到了100岁,也难以研究完整个问题。治理学有一个概念比较恰当,就是“断层式创新”,即在不同阶段、不同领域中不同人的思路“衔接”起来,形成一个完整的科学体系。
我们站在时空之间,发现了前所未有的境遇和困惑。毫不夸张地说,千百年来人类的文明发展呈楼梯状,然而这一次楼梯的高度似乎已经趋于顶端,需要再绕过这三座大山才能继续向前。这三个难题分别是:定态理论、标准模型、界面瓶颈。这是三个巨大的哲学难题和知识上的界面,这也是科学界的风向标。如果能够破解它们,人类将迎来新一轮的科学发展急转弯。在物理学的领域中,它关乎整个人类文明的未来发展。因而,我们需要寻求更多人类认知与科学的碰撞,尝试更深层次、更深入的思考宇宙的奥秘,新的思想和方法的出现,将开辟新的科学探索之旅。
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