物理学的终极是神学

物理学的终极是神学,第1张

这个问题是对物理学的深刻误解。记住,终极理论不是物理学的唯一目标!

目前物理学主要有四个领域,分别是粒子物理、天体物理和宇宙学、凝聚态物理、原子分子和光物理。21世纪以来,诺贝尔物理学奖由这四个领域轮流获得。

1.粒子物理学,研究基本粒子及其相互作用。理论基础是量子场论(量子力学和狭义相对论的结合),具体模型是粒子物理的标准模型,可以描述除引力之外的其他三种相互作用。标准模型统一了电磁相互作用和弱相互作用。如果再把强相互作用统一起来,就可以称之为大统一理论(GUT)。目前有几种候选模型,但没有实验证据。如果引力能再次统一,那就可以称之为终极理论了。目前主要候选是超弦理论。所谓“终极”,就是统一所有的相互作用,即所有的力,但不是一切。想都不要想超弦理论的实验证据。我怀疑它已经超过了人类文明的极限,所以估计它的最终归宿可能是数学模型而不是物理理论。

2.天体物理学和宇宙学。这个领域没有所谓的终极理论。首先,天体物理不是基础物理,它是基于恒星核物理,黑洞是基于广义相对论。宇宙学试图回答我们的宇宙为什么会产生。大爆炸本身与终极理论无关。虽然为粒子物理提供了舞台,但提到终极理论也是指粒子物理。比如宇宙大爆炸前期,提供了三种力的统一能量等等。

3.凝聚态物理是物理学从业人员最多的领域,约占全球的一半,中国的比例会更高。该领域主要利用量子力学研究特定物质的状态以及其中电子的性质。它不关心什么深入原子核,自然也不关心终极理论。作为物理学的第一大助力,凝聚态物理的终极目标是控制物质改变世界。它在上个世纪最大的成就是发现了半导体,第一次发明了晶体管和集成电路,最终给我们带来了第三次科技革命(信息革命)。未来,高温超导、纳米技术、量子材料会给世界带来更多的改变。

4.原子、分子和光物理。量子力学用于研究原子、分子和光学。分子部分基本符合量子化学。这个领域和凝聚态物理一样,不关心终极理论,更关心物理的应用。它在上个世纪最大的成就是激光的发现和发明,激光在信息革命中的作用仅次于半导体。得益于量子信息的飞速发展,这个领域从上世纪核物理这样的小众起步,到本世纪已经逐渐发展成为可以与凝聚态物理相抗衡的力量。因为光子是最容易控制的量子,所以我们可以利用它的量子态进行量子通信(墨子量子卫星的功能)。利用激光冷却原子,可以用来模拟量子计算机,对物理量进行精确测量。这个领域是量子信息的主力,未来可能集成一小部分凝聚态物理后直接成为量子信息。量子信息学将带来第二次信息革命,再次改变世界。

综上所述,只有粒子物理领域关心终极理论,这个领域已经过了辉煌时期。不关心终极理论的凝聚态物理和量子信息是物理学的主流。

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