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从牛顿力学到超弦理论

2020-05-09 eNet&Ciweek/弘毅

当牛顿在科学界和莱布尼茨和胡克相互争论微积分和牛顿力学的时候,这个物理学史上的天才不知不觉已经完成了所有动力学理论的构建。那是个属于牛顿的时代。

然而两百年后,爱因斯坦却用光速不变的思想实验打破了牛顿定律的基石,经典物理学的大厦轰然倒塌。静止不变的三维世界的破碎,又孕育出了时间不断变化的世界观。就在爱因斯坦完成光电效应的研究成果,狭义相对论和广义相对论基本奠定他在物理学史上的贡献之时,一个令所有人感到疑惑的疑问随即浮出水面:光到底是一种粒子还是一种光?光如果是波,如何会有光电效应和非连续的能级?光如果是粒子,如何会有泊松干涉?亦或者既是波,也是粒子?

爱因斯坦曾说过:“上帝是不会掷骰子的”。可是他的广义相对论,也无法解释粒子与波的矛盾。要么是A,要么是B,在科学所构建的世界里,怎么可以有“概率”的存在!然而受限于人类的观察极限,很难了解到极其微小的量子世界中所发生的事情。于是普朗克常数的提出,开启了光的粒子化的新世界。

此时一个叫德布罗意的一代怪才,提出了天才般的设想,既然光有波粒二象性,那电子也应该有波粒二象性。爱因斯坦没有看明白,但是这个叫玻尔的年轻人却运用概率的工具重新定义了原子内部电子的运动方式,在量子力学的基础上乘胜追击,开创了有名的“哥本哈根学派”,用量子力学的工具重新为我们打开了原子的内部结构。玻尔和他的后继者们,借助了概率和统计学的力量,成功完成了一座令世人惊叹的科学史丰碑。

然而物理学家们的坚持还没有停止,他们希望真正搞清楚原子核的内部结构,他们希望搞清楚质子和中子的内部结构,还希望搞清楚这个世界上力和场的本质究竟是些什么。什么是力?什么是粒子?

量子力学的世界之中,展现在我们面前的,是一片绝望的荒漠,越是狭小的地方,就越是难以描述其中的性质。广阔的宏观世界之中,爱因斯坦的广义相对论的三大预言还未逐个证实,物理学似乎又陷入了瓶颈,无数的物理学家终其一生希望将宏观的物理学和微观的物理学用同一个公式统一。爱因斯坦曾经说过,“如果上帝错过了”统一场“理论,那么我将会为他感到惋惜。”统一所有的力和场,成为了众多物理学家心头的执念。

在无数的失败过后,超弦理论出现了。这个神奇的理论从数学上将物理学中众多令人绝望的“无限大”消弭于无形,它甚至帮我们找到了宇宙万物之中基本粒子的最终解,它们都是一种不断震荡的波,类似于上帝演奏的琴弦一般。科学家像是一群发现了巨大秘密的小孩子,兴奋地将这一切告诉世人,然后又马不停蹄的开始了新的探索。

纵观历史,科学家们追求真理的过程就是一个不断推翻、建立、推翻、建立的循环,也许真正永恒不变的不是什么科学定理,而是学者们不断追求真相的那份探索之心。

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