你沒看錯(cuò),物理學(xué)真的“卡殼”了,整個(gè)基礎(chǔ)物理學(xué),在過去近100年里,沒有出現(xiàn)一項(xiàng)能與愛因斯坦時(shí)代媲美的根本性突破。
量子力學(xué)誕生于1925年,相對(duì)論則更早,從1905年算起已經(jīng)過去一個(gè)多世紀(jì)。而今天,我們對(duì)宇宙的基本認(rèn)知,依然建立在那一代人的成果之上。
為什么過去100年,物理學(xué)家仿佛在“原地打轉(zhuǎn)”?不是沒人研究,也不是沒人聰明,而是三道擋在前方的“巨墻”——至今沒人翻過去。
第一座大山:量子力學(xué)與引力,死活“合不到一塊”
目前物理學(xué)的兩大支柱,一個(gè)是廣義相對(duì)論,一個(gè)是量子力學(xué)。前者描述宏觀宇宙,后者統(tǒng)治微觀世界。問題是:它們彼此之間根本不兼容。
愛因斯坦的廣義相對(duì)論,把引力看作是時(shí)空的彎曲,是完全連續(xù)、光滑、確定性的。而量子力學(xué)的世界則是離散的、不確定的,粒子的位置、能量都是“概率云”,根本無法用經(jīng)典曲線描繪。
這就導(dǎo)致一個(gè)尷尬問題:我們無法用同一套語言,去同時(shí)描述宇宙的最大尺度和最小尺度。
比如,黑洞內(nèi)部是什么?大爆炸初期的狀態(tài)如何?這些問題要同時(shí)考慮“極端引力”和“極端量子效應(yīng)”??上Ы裉斓奈锢韺W(xué),在這類場(chǎng)景面前只能搖頭。
為了解決這個(gè)矛盾,物理學(xué)家們提出了量子引力、弦論、圈量子引力等理論。但幾十年過去了,這些理論不是無法驗(yàn)證,就是過于復(fù)雜且缺乏可觀測(cè)結(jié)果。
以弦論為例,它假設(shè)宇宙中最基本的單位不是點(diǎn)狀粒子,而是比夸克還小的一維“弦”,弦的振動(dòng)方式?jīng)Q定粒子的性質(zhì)。聽起來很美,但它要求宇宙有10維甚至11維空間,而我們目前只能觀測(cè)到4維。
更關(guān)鍵的是,弦論至今沒有做出一個(gè)可以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的獨(dú)特預(yù)測(cè)。換句話說,它可能對(duì),也可能只是數(shù)學(xué)上的一場(chǎng)幻覺。
這就像你想造一輛既能在高速公路上跑、又能在納米管里穿行的車——理論上不是不可以,但現(xiàn)實(shí)中材料、引擎、空氣阻力……全都不支持。
科學(xué)不是靠想象飛起來的,沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的理論,終究不是科學(xué)的終點(diǎn)。
第二座大山:暗物質(zhì)、暗能量,我們連“是什么”都不知道
你可能聽過一句話:“我們對(duì)宇宙95%的東西一無所知?!?/p>
這不是夸張,而是物理學(xué)界的共識(shí)。
目前我們觀測(cè)到的所有星系、恒星、行星、氣體、塵埃,加起來只占宇宙總量的4.9%。剩下的部分,26.8%是暗物質(zhì),68.3%是暗能量。
這兩個(gè)東西,我們連它們“是什么”都不知道,只知道——它們必須“在”,否則整個(gè)宇宙就解釋不通。
比如,星系旋轉(zhuǎn)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過按萬有引力計(jì)算的結(jié)果,如果沒有額外的質(zhì)量“拉住”它們,它們?cè)缇退︼w了。這個(gè)“拉住”的看不見的質(zhì)量,就是暗物質(zhì)。
再比如,宇宙不僅在膨脹,而且膨脹速度在加快。這違反了所有常識(shí)。唯一的解釋是:宇宙中存在一種“反引力”性質(zhì)的能量,在推動(dòng)宇宙加速膨脹——這就是暗能量。
但問題是:我們到現(xiàn)在為止,沒有在實(shí)驗(yàn)中直接探測(cè)到哪怕一個(gè)暗物質(zhì)粒子。幾十年來,從地下深井探測(cè)器到大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),所有試圖發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的努力都失敗了。
甚至有科學(xué)家開始懷疑:會(huì)不會(huì)我們根本搞錯(cuò)了,引力本身在大尺度上就不是牛頓、愛因斯坦說的那個(gè)樣子?
但如果連暗物質(zhì)和暗能量都解釋不了,那我們對(duì)宇宙的理解就像是在玩半張地圖——走得越遠(yuǎn),越不知道自己在哪兒。
這就像你玩一場(chǎng)游戲,打了幾十個(gè)小時(shí),突然發(fā)現(xiàn):你操控的角色、地圖、規(guī)則,全都是錯(cuò)的。
第三座大山:標(biāo)準(zhǔn)模型太完美了,完美到令人絕望
很多人不知道,其實(shí)在粒子物理領(lǐng)域,我們已經(jīng)有一套非常完整、非常準(zhǔn)確的理論框架,叫做“標(biāo)準(zhǔn)模型”。
它把所有已知的基本粒子(夸克、輕子、中微子……)和四種基本相互作用(電磁力、強(qiáng)力、弱力、引力除外)都統(tǒng)一起來,幾乎能精確預(yù)測(cè)所有粒子之間的行為。
標(biāo)準(zhǔn)模型的精準(zhǔn)程度有多高?比如,它對(duì)電子磁矩的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值,只差十億分之一,被稱為“人類歷史上最精確的物理預(yù)測(cè)”。
但問題是,它太穩(wěn)定了,穩(wěn)定到找不到破綻。
就像一個(gè)完美的拼圖,沒有缺口,你就沒法往里面塞新東西。
科學(xué)要進(jìn)步,必須要有“現(xiàn)有理論解釋不了的異常”。而標(biāo)準(zhǔn)模型,幾乎不給你任何異常的機(jī)會(huì)。
2012年,歐洲核子研究中心(CERN)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子,這是標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的最后一塊拼圖。當(dāng)時(shí)物理學(xué)界一片歡騰,但很快就陷入低潮。
因?yàn)檫@意味著:標(biāo)準(zhǔn)模型徹底閉環(huán)了,而我們依然不知道暗物質(zhì)、中微子質(zhì)量、引力怎么整合進(jìn)去。
更糟糕的是,標(biāo)準(zhǔn)模型里根本沒有引力。它是一個(gè)“沒法跟廣義相對(duì)論接軌的孤島”,但目前我們找到不了更好的替代品。
這就像你有一部完美運(yùn)行的操作系統(tǒng),但它無法聯(lián)網(wǎng)、無法擴(kuò)展、無法更新——你知道它不夠用了,但又沒法換掉。
所以現(xiàn)在的物理學(xué)界,出現(xiàn)了一個(gè)極為諷刺的局面:我們擁有史上最成功的理論體系,卻同時(shí)陷入了最深的困境。
這不是盡頭,而是下一場(chǎng)科學(xué)革命的“沉默前夜”
這三座“山”,確實(shí)讓物理學(xué)陷入空前的瓶頸。所有低垂的果實(shí)都已被摘完,剩下的蘋果,長在我們看不見、也暫時(shí)夠不著的樹頂。
有些人開始懷疑:我們是不是已經(jīng)接近自然規(guī)律的“可理解極限”?也許再往前一步,所需的能量、時(shí)間、空間,早已超出人類文明所能承受的閾值。
但科學(xué)的沉默,并不等停止。事實(shí)上,在這些看似無路可走的山腳下,仍有裂縫在悄悄出現(xiàn)。
比如,2023年中國科大實(shí)現(xiàn)了100光子干涉實(shí)驗(yàn),逼近量子計(jì)算的復(fù)雜性極限;2024年MIT與德國研究團(tuán)隊(duì)首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證非厄米系統(tǒng)的拓?fù)溥吔鐟B(tài),為統(tǒng)一耗散與量子打開新可能;2025年,CERN再次捕捉到B介子衰變的異常信號(hào),或許正是標(biāo)準(zhǔn)模型之外的第一道縫隙。
這些突破未必震撼人心,但它們像夜空中極細(xì)的光線,照亮了那堵沉默之墻的邊緣。
寫在最后
我們還困在問題里,是因?yàn)槲覀冞€沒放棄提問。真正的終點(diǎn),從不是“沒答案”,而是“不再好奇”。而今天的物理學(xué),問題比答案多,這恰恰是最好的時(shí)代。
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