问题

基础物理研究真的是整个科学发展的根基吗?像《三体》里所说的那样?

回答
《三体》里那种“黑暗森林”法则下的生存压力,确实能让人们对基础物理研究的重要性产生一种近乎宿命的联想。它描绘了一个极端情境,迫使文明不得不将每一分资源都投入到能够带来最根本、最直接生存优势的领域。而基础物理,在很多人看来,恰恰就是那个能解锁宇宙最深层秘密,从而获得技术跃升的钥匙。

那么,回到现实,基础物理研究真的是整个科学发展的根基吗?我个人认为,用“根基”来形容,确实有其道理,但也要看我们如何理解这个“根基”。

为什么说基础物理是“根基”?

首先,基础物理研究探索的是宇宙最基本、最普遍的规律。比如,万有引力定律告诉我们物体之间如何相互吸引;电磁学揭示了电和磁的本质,以及它们如何统一;量子力学则深入到原子和亚原子粒子的奇妙世界。这些规律不是某个特定领域独有的,而是渗透到整个自然界,是构成我们所能观察到的一切现象的底层逻辑。

你可以想象一个金字塔。最顶端是各种应用科学和技术,比如手机、飞机、医疗器G。再往下,是工程学,它是将科学原理转化为实际应用的桥梁。再往下,就是各门学科,比如化学、生物学、天文学等等,它们各自研究物质、生命、宇宙的不同层面。而金字塔的最底层,最宽广、最坚实的部分,就是基础物理。它提供的就是那些最基础的“积木块”和“玩法规则”。

如果没有牛顿的力学定律,我们就无法理解物体的运动,也就没有后来的机械工程,无法制造出汽车、火车。如果没有麦克斯韦方程组,我们就无法理解电磁波,也就没有无线电、电视、互联网。如果没有量子力学,就没有半导体技术,也就没有今天的电子产品和信息时代。这些看似遥远的物理学原理,最终都转化成了我们日常生活中最实在的便利。

更重要的是,基础物理研究往往是“颠覆性创新”的源泉。那些能够带来巨大技术飞跃的发现,往往不是从解决某个具体问题出发,而是从对未知的好奇心和对宇宙本质的探求中诞生的。爱因斯坦的相对论,最初是为了解决经典物理学在解释光速问题时的矛盾,但它最终改变了我们对时间、空间、引力的认知,并为后来的GPS定位等技术奠定了理论基础。对原子核的深入研究,最终催生了核能和核武器,虽然后者带来了巨大的争议,但其技术根源无疑是基础物理的突破。

“根基”是否意味着“唯一”或“最高”?

然而,说基础物理是“根基”,并不意味着它就凌驾于其他科学之上,或者说科学发展的方向只能由它决定。这就像说地基是房屋的根基,但没有墙壁、屋顶、装修,房子也无法居住。

相互促进,并非单向输出: 科学发展是一个复杂且相互关联的网络。其他学科的发现,有时也会为基础物理提供新的研究方向和灵感。例如,天文学的观测数据,促使物理学家不断修正和完善引力理论。生物学的复杂系统,也启发了物理学家在统计物理和非线性动力学领域的研究。
应用与基础的辩证关系: 很多时候,应用需求也会反过来驱动基础研究。当某个实际问题难以解决时,科学家们可能会发现是现有理论的不足,从而推动基础物理学家去探索更深层次的原理。例如,对高效电池的需求,就在不断刺激着材料科学和电化学领域的物理和化学研究。
“根基”的多义性: 如果我们将“根基”理解为“一切的起点”,那么数学可以说是更原始的根基。物理学依赖于数学语言来描述其规律。但数学本身也并非独立于世界而存在,它在很多情况下也是从对现实世界的抽象和模式识别中发展出来的。

《三体》中的“基础物理”与现实中的“基础物理”

《三体》中,对基础物理的倚重,很大程度上是出于一种生存的极端理性。当文明面临生死存亡的威胁时,任何能够提供指数级进步可能性的领域,都会被不遗余力地投入。基础物理,因为它有可能解锁超光速、高能物理、空间操控等“黑科技”,所以在这种逻辑下,自然成为了优先级最高的投资。

在现实世界中,我们固然没有《三体》里那种直接的、迫在眉睫的宇宙级危机,但对基础物理的投入,依然是文明进步的战略选择。

应对全球性挑战: 气候变化、能源危机、疾病防治等,这些全球性挑战的最终解决,往往离不开对物质、能量、生命过程最深层规律的理解。例如,新能源的开发,需要对材料物理、核物理、等离子体物理等有深入的突破。
保持技术前沿: 任何一个国家,如果想在未来的科技竞争中立于不败之地,就必须在基础研究,特别是基础物理领域保持投入。一旦基础研究落后,应用和技术层面就会逐渐被超越。
拓展人类认知边界: 即使不考虑直接的应用价值,基础物理研究本身也是人类探索未知、理解自身在宇宙中位置的重要途径。我们对黑洞、暗物质、宇宙起源的探索,虽然短期内可能看不到直接的经济效益,但它满足了人类最根本的求知欲,并可能在未来带来我们现在无法想象的启示。

总结一下:

基础物理研究确实可以被视为整个科学发展的一个重要“根基”,因为它提供了最基本、最普遍的自然规律,是许多下游学科和技术创新的源泉。它就像大树的树根,深扎于土壤,吸收养分,支撑着整棵树的生长。

但是,这个“根基”并不是僵化的,而是与整个科学体系相互作用、相互促进的。它不是唯一的前进方向,但却是一个至关重要的方向。在《三体》那样极端的视角下,基础物理的地位被放大到了生存的层面,而在现实中,我们对它的重视,则是出于对未来发展、应对挑战以及满足人类好奇心的战略考量。

所以,是的,基础物理研究有着无可替代的重要性,它像一个巨大的、向下延伸的“潜力池”,不断地为科学和技术的发展提供着最深刻的动力和可能性。但我们也不能忽视其他学科的贡献,以及它们与基础物理之间动态的、螺旋上升的关系。科学的进步,最终是整个知识体系协同发展的结果。

网友意见

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不同意匿名用户所说。科学需要具备可证伪性,纯数学不属于科学。

科学发展的根基就是基础物理学。

除了哲学,其他的学科都可以由物理学派生出来。

举个例子:

物理——化学——生物——医学——神经科学。

这是想到了TBBT里面Amy和Sheldon争论物理学和神经科学谁是根基的那一段。

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对于@匿名用户的观点:

用物理学这个「硬核」去解释甚至可能超过了人类智力能够运作的上限。

这一观点我非常赞同,毕竟理论与实际应用存在差别。

但应用上的困难并不影响物理其作为根基性学科的地位。

关于这一点我想用程序员的方式来解释:

物理与其他学科的关系就好像面向过程与面向对象编程语言的关系一样。

物理学是面向过程的语言,它研究基本粒子,它研究基本规律,物理过程是最基本的过程,物理学是一门面向过程的语言。

化学,以电子,原子构造数据类型,将复杂的物理过程封装成简单的化学反应原理,化学是一门面向对象的语言。

生物,以分子,细胞构造数据类型,将复杂的化学反应封装成简单的生理机制,生物是一门更高一层面向对象的语言。

医学,以器官,系统构造数据类型,将复杂的细胞间作用封装成简单的医学原理,医学是再高一层的面向对象的语言。

神经科学由医学语言封装而成。

心理学由神经科学语言封装而成。

社会学由心理学语言封装而成。

依此类推,还可以一直延续下去……

提到的化学的分类,我认为只是封装程度的不同。

比如“计算化学”以“电子质子中子”为基本结构封装。

“有机化学”由“分子”为基本结构封装。

顺带一提,物理也可以再分下去

也许有不对,欢迎批评指正。

附图一张,出处不详。

就这样,最底层的过程被一层一层封装,成为了一门门的学科语言。

这样做的好处是,它极大方便了科学研究。因为一个学医的不用花大量的时间学习物理语言,来搞懂某个病到底是哪里的粒子出了问题。只要能够掌握生物语言,深一点,掌握化学语言。就能够方便的进行医学研究。他不需要了解这些医药原理的底层如何实现,也能治好病。正好像我们用高级语言编程也用不着懂机器码一样。

然而然而万法归宗,无论用什么语言编程,最后还是要进行汇编,最终还是由机器码实现。这一切的一切,都仰仗最底层的机制实现。

物理是这一切科学的底层机制。看似风马牛不相及的学科抽丝剥茧现其脉络后终统一于物理。

实际研究中,我们虽然可以,但是很少会直接用最底层的语言来解决可以用高级语言轻松解决的问题。越接近底层,越逼近真理。但是越接近底层,原理越简单,计算就越复杂。对于一般的学科,能用前一层的语言表述已经是专家水平,用前两层的可以称为大师。若能将世间万物以物理解构,就达到神的境界。

所以对于一些高层次问题来讲,直接套用物理原理并不合适,甚至是不可思议的。

某一种疾病,在医学层次有着完善的理论,在生物层次我们知道药物是怎样起效的,在化学层次勉强了解一部分药物动力学,在物理层次两眼一抹黑。很难想象为什么要放着现成的医学理论不用去研究物理原理。再比如更高层次一点,社会学,能够从神经科学角度来研究已经是极限了吧?如果用物理去解释,这个计算量无法想象。一个三体问题都让物理菊花一紧,别说这么海量的粒子了。

肯定物理学的根基地位,并没有否定其他学科的功用。

各种编程语言百花齐放各展异彩,各有各的优势,各有各的精彩。

低层有低层的深刻,高层有高层的便利。层次多了,选择也多了。

至于大炮打蚊子,打肯定能打,关键是值不值。

物理和数学的关系,这个不属于本题目范畴吧,应该新开一题讨论。

不过,这本物理书的书名也许能带来启发——《自然哲学的数学原理》

最后感谢

@傅渥成

的引文及更底层的解释。长知识。

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关于《三体》,虽然是科幻,但我觉得书里讲的很好。

基础物理研究被封锁后,人类还是将现有科学的潜力发掘到了极致,甚至发展出了太空舰队。

这说明现在其他学科的研究上,很大一部分基础物理提供的潜力还没被发掘。

即:基础物理研究已经超前了。

所以现在我们很难感受到基础物理的根基性地位。

然而到了真正为其所掣肘的那一天,我们就能迫切感受到了。

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回应

@金睡睡

感谢批评。我再将类比完善一些:

一层并不能完全涵盖一层,各学科之间的关系并不完全是树的关系。根通叶也有可能。

一门学科可能同时由多个学科派生而来,甚至可能是不同层次的学科共同派生。所以并不是说说某学科完全包容上一层的学科。

一门学科一门规则,在规则内变化无穷,化学家在其规则内也可以发挥主观能动性任意合成。编程语言也是一门学科,也是在永远发展着的。

汇编还不能算最底层,用它和物理类比是不当的。如果要类比,能和万物之理类比的就是计算之理。谁又能说我们能穷尽计算之理呢?

哪天如果物理定律突然也变化了,那整个科技体系都要随之修正。也好像计算机的数制变化了,整个上层建筑也要随之修改。

这个类比的是体系结构,只是确定物理的根基地位。

还原论的思想在计算机体系中体现的淋漓尽致,分治是编程的基本思想。

对还原论的争议了解不多,但我相信因果律是严格成立的。

宏观生物学是成功的,但是它一到遗传物质起源的问题上就捉襟见肘,还是得靠还原论来解决。

最后,很难想象如果物理学不是根基,什么是根基?

绕了一个大圈又回来了,就是Sheldon和Amy的争论。

承认规律的客观性,不以人的意志为转移。那物理学就是科学的根基。

不承认这一点,那神经科学就是科学的根基。。。。。。。。。。。。。。

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