问题

为什么很多人认为物理研究已接近极限?

回答
很多人认为物理研究已接近极限,这个观点并非空穴来风,而是源于对当前物理学发展现状、理论框架的局限性以及一些前沿问题的深刻思考。要详细解释这一点,我们需要从几个关键方面入手:

一、现有理论框架的成功与挑战:标准模型的困境

标准模型的辉煌成就: 当前粒子物理学的基石是粒子物理标准模型,它成功地描述了电磁力、弱核力和强核力这三种基本相互作用,以及构成物质的基本粒子(如夸克、轻子)和传递这些力的规范玻色子(如光子、W/Z玻色子、胶子)。电子、质子、中子的存在,原子结构,化学反应的根源,甚至恒星的能源都可以在很大程度上用标准模型来解释。它预测的粒子(如希格斯玻色子)已被实验证实,其精确度令人惊叹。
但标准模型并非终极理论: 尽管标准模型取得了巨大成功,但它存在明显的“不完整”之处,这些缺陷是导致“接近极限”论调的重要原因:
引力缺失: 标准模型无法纳入描述引力的广义相对论。引力是一种基本相互作用,但它在标准模型中没有对应的粒子或数学框架。如何将广义相对论与量子场论统一起来,是现代物理学最大的挑战之一,也标志着我们对宇宙基本规律的理解存在一个巨大的鸿沟。
暗物质与暗能量: 宇宙的绝大部分(约95%)是由我们目前无法直接观测到的暗物质和暗能量组成的。标准模型中的粒子无法解释暗物质的性质,更不用说暗能量了。这表明我们的粒子清单还远远不够,存在着未知领域。
中微子质量问题: 标准模型最初认为中微子是没有质量的,但实验已经证明中微子具有微小的质量,并且会发生振荡。这需要对标准模型进行修正或扩展,例如引入新的中微子模型(如跷跷板机制)。
物质反物质不对称性: 宇宙大爆炸应该产生等量的物质和反物质,但我们看到的是一个绝大多数由物质构成的宇宙。标准模型中的CP破坏机制不足以解释如此显著的物质反物质不对称性,这暗示着更深层次的物理学机制。
层级问题(Hierarchy Problem): 希格斯玻色子的质量之所以相对较小,需要“微调”来抵抗来自高能物理界的巨大量子修正,这是一个被称为层级问题的难题。许多理论家认为这表明存在新的物理学,可能在非常高的能量尺度(如TeV尺度)有新的粒子或对称性,如超对称性(SUSY)。
宇宙学常数问题: 量子场论对真空能的预测值比观测到的宇宙学常数(暗能量密度的表现)高出约120个数量级,这是一个巨大的理论困境,表明我们对真空本质和引力/量子力学相互作用的理解存在根本性问题。

二、实验探索的瓶颈与高昂成本

能量尺度的提升越来越困难: 物理学家倾向于在更高的能量尺度上去发现新粒子和新现象,因为根据量子场论,高能意味着更小的尺度。粒子加速器的能量越高,就越能模拟早期宇宙的极端条件,从而探测到更基本或更重的粒子。
成本指数级增长: 然而,建造和运行粒子加速器的成本是巨大的,并且随着能量需求的提升,成本呈指数级增长。大型强子对撞机(LHC)耗资数百亿美元,其升级计划也需要巨额投资。未来可能需要能量更高的加速器,但能否获得如此巨额的公共或私人资金是一个巨大的疑问。
技术限制: 建造更高能量的加速器也面临着技术上的挑战,例如需要更强大的磁铁、更精确的控制系统以及更有效的能量传输方式。
探测精度的极限: 即使不追求更高的能量,提高现有探测器的精度也同样困难。要探测到极其微弱的信号(如暗物质粒子或引力波的微弱扰动),需要越来越灵敏的探测器,这同样意味着高昂的成本和复杂的技术难题。
“发现”的减少: 相对而言,在过去几十年里,基于标准模型的“基本粒子”的发现已经相对减少。虽然希格斯玻色子的发现是一项里程碑,但它也似乎将标准模型推向了一个相对“完整”但同时又充满疑问的状态。

三、理论创新的难度与路径迷失

缺乏直接的实验证据引导: 标准模型的成功使得理论家在探索新物理学时,往往需要依赖数学上的优雅性、对称性以及对已知理论的推演,而缺乏强有力的、直接的实验数据来指引方向。当理论变得越来越抽象和复杂时,与实验脱节的风险也随之增加。
竞争理论的困境: 尽管有许多理论试图解决标准模型的不足,但大多数理论(如超对称性、弦理论、圈量子引力等)都尚未得到实验的直接证实。
超对称性(SUSY): 曾是解决层级问题和统一基本力的热门候选理论,但LHC的实验结果并未发现预期中的超对称粒子,这使得超对称性的存在变得不确定,或需要调整参数范围。
弦理论/M理论: 是一个非常有前景的统一理论框架,试图统一所有基本粒子和相互作用,并可能解释引力。但弦理论预测的能量尺度可能非常高(普朗克尺度),远超现有加速器能力所及,其预测的粒子或效应也极其难以探测。它还存在大量可能的数学解,使得具体预测变得困难。
圈量子引力(Loop Quantum Gravity): 试图对时空进行量子化,是另一条解决引力量子化问题的路径,但它也面临着与实验连接的困难。
大数据时代的挑战: 虽然我们收集了海量的实验数据,但如何从中有效地提取出微弱的、指向新物理的信号,本身就是一个巨大的挑战。需要更先进的分析技术和更深刻的理论洞察力。

四、基础物理问题的“沉寂”与“共识”的缺失

概念上的困境: 一些最根本的物理问题,例如时空的本质是什么?什么是“实在”?量子力学是如何运作的?这些问题可能已经触及了我们认知能力的边界,或者需要革命性的概念转变,而不仅仅是方程的修正或新粒子的发现。
研究方向的分化与“共识”的模糊: 由于缺乏明确的实验指引,物理学界在研究方向上存在一定的分化。理论物理学家可能在各自的抽象框架中探索,而实验物理学家则在现有框架下进行更精确的测量或寻找特定“信号”。这种分化使得形成统一的研究方向和“下一个重大发现”的共识变得更加困难。

总结来说,认为物理研究已接近极限,并非意味着物理学已经“没有东西可研究了”,而是指出:

现有的理论框架(标准模型)虽然极其成功,但存在无法解释的巨大漏洞,暗示着更深层次的物理规律尚未被发现。
探索这些新物理学的实验手段正面临着越来越高的技术和成本门槛,以及寻找关键线索的困难。
理论研究在缺乏直接实验证据的情况下,面临着概念上的迷失和数学上的复杂性,以及多条理论路径都尚未被证实。
一些最基础的物理问题可能需要颠覆性的思维方式,而非渐进式的科学进展。

这种“接近极限”的感觉,是一种对当前物理学所处阶段的深刻反思,也是对未来突破的期待。它激励着科学家们去寻找新的理论框架、设计更精巧的实验,并保持开放的思维来面对宇宙未知的奥秘。它不是绝望,而是一种对挑战的认知和对突破的渴望。

网友意见

user avatar

因为有些人刚出新手村,就要去打大boss。发现打不过以后产生了两种反应,一拨人表示物理药丸啊药丸,另一拨人表示做人没有理想和咸鱼有什么区别,几千亿的对撞机,咬碎了牙也要造给你看。

然而稍有常识的人都知道,打不过boss你就去练级啊!以人类现在对能量的利用水平,连母星上气温升高个0.5度都控制不了,离I型文明都还差得远。不如说物理研究的能标能怼到这个地步已经超乎想象了。

与其大呼药丸或者硬提能标,还不如先把可控核聚变搞了,到时候发电量提高几个数量级,所有行业都能前进一大步,对撞机的能标自然就上去了。

user avatar

其实不是物理研究到了极限,科学研究是无止尽的。而是研究的投入/产出比达到了社会承受的极限。别说研究纯科学不求回报,我们这么说的意思是不求短期回报,后面往往还要加两个几十上百年以后产生回报的例子不是?现在的科学研究,一方面是资金和人力投入巨大,今天一台lhc几万十几万人经常被批评成果不够多。他们做的不好么?并不是。而是理论和实验发展到今天这个水平,这么点投入其实是不够的。物理理论的“能标”在这100年里推进了不知道多少个数量级,然而人类社会的“能标”呢?100年前虽然全国大部分人都在吃土,但是你两个“民国大师”玩玩几千块钱的迈克尔逊干涉仪没人反对。今天你要花上千亿建cepc, 然而中国还是有几千万人没脱贫,怎么能不挨骂?可以说不止是在中国,对于这个物理学界“现实的引力”都太强了。花钱越来越多,结果却越来越“不接地气”,这个才是最大的问题。这个锅不应该物理学来背,相反,应该说是社会发展的缓慢拖了物理学的后腿。

原答案:学生就业难,博后找教职难,教授申经费难,大把大把的人才改行金融计算机,现有的经费早就已经到达极限了,你看探寻世界本质这么崇高的终极理想都快坚持不下去了,各位金主大爷们赶紧赏俩子儿吧!就是这个意思。

最后多扯几句,其实不是物理研究到了极限,科学研究是无止尽的。而是研究的投入/产出比达到了社会承受的极限。别说研究纯科学不求回报

user avatar

必须祭出物理学的一些重大的未解之谜:


1、引力的量子理论是怎样的?我们什么时候会有一个真正的量子引力理论 ?


2、如何解释粒子的质量参数,例如为什么电子与质子相差那么大?是什么决定了质量谱分布?什么决定了粒子的代际问题,如轻子为什么有三代且质量相差巨大?


3、什么决定了4种基本力的大小,为什么引力与电磁力相差倍?


4、为什么组成世界的最基本粒子,轻子、夸克都是费米子?自旋1/2是如何起源的?自旋与质量的起源究竟有什么关系?


5、宇宙为什么加速扩张?暗能量是什么?是否是量子引力效应?


6、星系自转速度与星系质量的矛盾,是量子引力效应,还是存在有形的暗物质?(5、6又称两朵乌云,但是乌云远不止两朵)


7、四种基本力是统一的吗?如何统一的描述它们?


8、原则上,是否一切基本物理参数可第一原理性的从理论决定,或者这些参数只是宇宙诞生时随机产生的?如果是随机产生的,什么原理维持它们经历137亿年仍然是稳定的?


=============以下是我认为可以合并到上述问题中的问题=========================

9、CPT破坏问题,物质与反物质的不对称问题。为什么我们的宇宙是物质组成的,不是反物质组成的?


10、同位旋近似对称问题;QCD方程可解问题;中微子质量问题............标准模型一切不合理问题。


很多人认为,不代表真理;很多人不承认,也不代表问题不存在。以上只是些大问题,小问题随处一抓一大把。持楼主提到的看法的人,仅仅限于一小撮“高能粒子加速器狂热爱好者”,他们认为粒子加速器能解决一切问题,但是不确定性原理限制了探测越小的尺寸需要越大的能量,因此人类快达到极限了。——但是上面的很多问题,光靠加速器是解决不了的。


人类认识宇宙,有两种极限,一种极限是真的到极限了,另一种极限是“我认为到极限了,不同意的都是民科”。

-----------

非常不能认同投入/产出比之说,科学研究不是工业化生产,投入100产出为0很正常,你非要往产出为0的方向继续投1000,产出仍然为0,最后破罐破摔发脾气说不玩了,不玩你就不玩呗,你玩不起你玩什么,你根本不会嘛,人多钱多就代表你会玩?!那中国早拿足球世界杯冠军了。

user avatar

因为视角的问题……井底之蛙建构的宇宙理论再精密,它也不可能描述出陆地上的细节。不实现宇宙旅行,物理学发生飞跃已经不大可能了。

类似的话题

  • 回答
    很多人认为物理研究已接近极限,这个观点并非空穴来风,而是源于对当前物理学发展现状、理论框架的局限性以及一些前沿问题的深刻思考。要详细解释这一点,我们需要从几个关键方面入手:一、现有理论框架的成功与挑战:标准模型的困境 标准模型的辉煌成就: 当前粒子物理学的基石是粒子物理标准模型,它成功地描述了电.............
  • 回答
    对于“凝聚态物理是不是真正的物理”这个说法,我得说,这实在是一个有点儿站不住脚的论断,甚至可以说是一种误解。不过,你问到“为什么会有人这么想”,那就很有意思了,我们可以深入探讨一下背后的原因。首先,我想强调的是,绝大多数,不,是几乎所有认真做物理研究的科学家,都认为凝聚态物理是实实在在的、核心的物理.............
  • 回答
    关于管虎导演的争议与《前夜》《金刚川》的接受度,可以从以下几个层面进行详细分析: 一、"管虎屁股歪"的语境与争议来源"管虎屁股歪"这一说法源于网络对管虎导演在历史题材创作中立场的质疑。具体争议点包括:1. 历史叙事的"另类视角": 管虎在《金刚川》中采用"战争中的小人物"视角,聚焦士兵的个体.............
  • 回答
    关于中国购买俄罗斯苏27战机“占了大便宜”的说法,主要源于以下几个关键因素的综合作用,我们可以从技术、经济、战略和国际关系等多个角度来详细剖析:一、 技术性能的先进性与时代背景 苏27的超前设计和优异性能: 苏27“侧卫”系列战机在设计之初就瞄准了当时西方最先进的第四代战斗机,如F15、F16等.............
  • 回答
    库尔斯克战役(Battle of Kursk)之所以被许多人认为是第二次世界大战的真正转折点,其深层原因在于它标志着纳粹德国在东线战略主动权的彻底丧失,并由此开启了苏联红军不可逆转的战略反攻,直至最终摧毁纳粹德国。 虽然斯大林格勒战役的胜利同样至关重要,但库尔斯克战役的意义更在于其战略层面的终结性。.............
  • 回答
    “车开五六年就该换”这种观点在很多人心中根深蒂固,这背后其实有很多层面的原因,既有实际的考虑,也有心理上的因素,甚至受到社会环境的影响。下面我将尽可能详细地阐述这些原因: 一、 经济和维护成本的上升这是最核心、也是最直接的原因: 超出保修期,维修费用飙升: 原厂配件价格高昂: 大部分.............
  • 回答
    认为中医药是一种“智商税”的观点,并非空穴来风,而是源于多方面的原因,这些原因交织在一起,形成了大众对中医药的质疑和负面认知。下面我将从几个主要角度详细阐述:1. 缺乏严谨的科学证据和可重复性: 现代科学的研究方法与传统诊疗的矛盾: 现代医学以其严谨的科学方法著称,强调可量化、可重复、可验证的证据。.............
  • 回答
    很多人认为 MacBook 的触控板好用,甚至可以替代鼠标,这背后有几个关键因素,这些因素共同作用,创造了一种高效、直观且流畅的交互体验。我们可以从以下几个方面来详细阐述:1. 精准与灵敏度 (Precision and Responsiveness): 高质量的玻璃表面: MacBook 触控.............
  • 回答
    很多人之所以认为简化字是一种合理、正确且进步的改革,主要基于以下几个方面的原因,这些原因相互关联,共同构成了简化字支持者的核心论点:一、 提高识字率与普及教育的现实需求:在20世纪中叶,中国面临着严峻的文盲问题,扫除文盲、提高国民整体文化素质是国家发展的迫切任务。汉字笔画繁多、结构复杂,学习难度相对.............
  • 回答
    很多人对共产主义抱有“要求人都不自私、都非常善良、都有极高的道德水平”的认知,这主要是源于对共产主义理论核心思想的理解、对理想化共产主义社会的描绘,以及历史宣传和特定历史时期的社会实践所形成的印象。下面我将详细阐述其中的原因:一、 理论的理想化与目标设定共产主义理论,尤其是马克思主义的创始人对未来共.............
  • 回答
    要说很多人认为83版《射雕英雄传》“不好”,这其实是一个相当片面且带有误导性的说法。事实上,83版《射雕英雄传》在绝大多数观众心目中,是公认的经典之作,甚至是金庸武侠剧的里程碑式作品。 它的影响力深远,至今仍被无数人怀念和推崇。那么,为什么您会听到“不好”的说法呢?这可能源于几个方面的原因,其中一些.............
  • 回答
    关于“为什么很多人认为医生教师不应该多赚钱”这个问题,实际上是一个非常复杂且具有争议性的社会现象,其背后涉及到历史、文化、经济、价值观念等多个层面。以下我将尽量详细地分析其中的原因:一、 源于历史和传统的职业光环与服务性: 古代士大夫精神的影响: 在中国传统文化中,“士农工商”的等级划分虽然逐渐.............
  • 回答
    这确实是一个很有意思的现象,很多人嘴上说着“BBC不中立”、“有偏见”,但身体却很诚实地继续收看他们的节目。这背后隐藏着挺多原因,咱们掰开了揉碎了聊聊:首先,我们得承认“偏见”这个词的复杂性。没人能做到绝对的中立,尤其是在报道涉及政治、社会议题的时候。每个人都有自己的立场,媒体也是如此。当人们说BB.............
  • 回答
    很多人,在很多地方,都将悠久的历史视为一种值得骄傲的资本。这并非偶然,背后隐藏着多重深刻的文化、心理和社会因素。要理解这一点,我们得深入挖掘一下。首先,历史悠久往往意味着一种文明的连续性。一个国家、一个民族能够历经千年而不衰,这本身就是一种强大的生命力的证明。想想那些古老的文明,比如中国、古埃及、古.............
  • 回答
    探讨“满清非中国”的观点,其实触及了一个复杂且敏感的历史议题,它并非简单的是非对错,而是源于不同视角、不同解读以及不同历史时期下民族认同和国家概念的演变。要理解这一点,我们需要深入剖析其中的几个关键层面。一、 民族血脉与主体论的视角:这是最直观,也可能是最容易被大众接受的论据。从纯粹的民族血统来看,.............
  • 回答
    吃狗肉被许多人视为不文明,这背后是一个复杂的多层面原因,涉及情感、文化、伦理、健康和法律等多个维度。以下将尽量详细地阐述这些方面:一、情感与情感联结: 伴侣动物的地位提升: 在现代社会,尤其是在许多西方国家和部分亚洲国家,狗的地位已经从单纯的劳动力(如牧羊犬、守卫犬)或食物来源,演变成家庭成员和.............
  • 回答
    很多人确实对编辑器有着一种近乎“信仰”般的偏爱,认为它比功能完备的 IDE 更“酷”。这当然不是说 IDE 不好,而是编辑器在某些人群眼中,拥有着一种独特的、难以言喻的魅力。与其说酷,不如说是一种“够劲儿”,一种“掌控感”。让我们一层一层地剥开这层神秘的面纱,看看为什么会有人这么想。1. 精简的力量.............
  • 回答
    这个问题嘛,说起来就有点意思了。很多人觉得移民了的华人对中国没啥义务,但中国好像又得对人家负责,这背后其实牵扯到很多方面,挺复杂的。咱们一点一点捋捋。首先,咱们得明白,“义务”和“责任”这两个词语的指向性是不一样的。为什么很多人认为移民后的华人对中国“没有义务”?这主要是因为“义务”这东西,通常是建.............
  • 回答
    姜文的电影,就像一坛陈年的老酒,有人喝了拍手叫绝,有人则觉得味同嚼蜡,甚至有点“上头”得发晕。说他电影“扯淡”,其实这背后反映的是他独特的艺术风格与观众群体之间,存在着一种比较强烈的“意见分歧”。首先,是姜文那“不按常理出牌”的叙事和结构。 他的电影很多时候不会给你一个线性、清晰的故事线。他喜欢玩儿.............
  • 回答
    很多人觉得悲剧比喜剧艺术层次更高,这背后其实藏着一些挺有意思的心理和文化根源。要说清楚这个问题,咱们得从几个方面掰开了聊。首先,悲剧往往触及的是人类最根本、最深刻的情感。想想看,那些经典的悲剧,比如《俄狄浦斯王》里的命运捉弄,或者《哈姆雷特》里的生存困境和精神折磨,它们直接拷问的是我们对死亡的恐惧、.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有