物理學前進發生什麼

1. 19世紀末20世紀初物理學的三大發現是什麼 意義何在

19世紀末20世紀初物理學的三大發現是：電子、X射線和放射性現象。

1、X射線

X射線是一種波長極短，能量很大的電磁波，由德國物理學家W.K.倫琴於1895年發現，故又稱倫琴射線。這一發現標志著現代物理學的產生。

由於X射線與原子中內層電子的躍遷有關，這說明了物理學還存在亟待搜索的未知領域，X射線本身在醫療、研究物質結構等方面都有很多的實用價值。

2、放射線

1896年，貝克勒耳發現了放射線。盧瑟福繼而開始研究放射線，他分別研究了三種射線的穿透本領。結果是：α射線的穿透本領最差，β射線的穿透本領比α射線強一些，能穿透幾毫米厚的鋁片。γ射線的穿透本領極強，1.3厘米厚的鉛板也只能使它的強度減弱一半。

3、電子

電子是在1897年由劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森在研究陰極射線時發現的，一切原子都由一個帶正電的原子核和圍繞它運動的若干電子組成。電子的定向運動形成電流，如金屬導線中的電流。

利用電場和磁場，能按照需要控制電子的運動（在固體、真空中），從而製造出各種電子儀器和元件，如各種電子管、電子顯微鏡等。

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十九世紀末二十世紀初，經典物理學的各個分支學科均發展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學和統計力學的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立，經典物理學達到了它的頂峰，當時人們以系統的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經觀察到的物理現象。

由於經典物理學的巨大成就，當時不少物理學家產生了這樣一種思想：認為物理學的大廈已經建成，物理學的發展基本上已經完成，人們對物理世界的解釋已經達到了終點。

物理學的一些基本的、原則的問題都已經解決，剩下來的只是進一步精確化的問題，即在一些細節上作一些補充和修正，使已知公式中的各個常數測得更精確一些。

然而，在十九世紀末二十世紀初，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗卻發現了許多經典物理學無法解釋的事實。

首先是世紀之交物理學的三大發現，其次是經典物理學的萬里晴空中出現了兩朵「烏雲」：「以太漂移」的「零結果」和黑體輻射的「紫外災難」。

這些實驗結果與經典物理學的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經典物理學的傳統觀念受到沖擊，經典物理發生「危機」。

由此引起物理學的一場革命。普朗克在德國物理學會上報告結果，成為革命開始的時刻。愛因斯坦創立相對論；海森堡、薛定諤等一群科學家創立量子力學，現代物理學誕生。

2. 你如何看待現代物理學的發展是否已經到了瓶頸呢

物理學，不是你想突破，想突破就能突破的。很多人感覺現代物理學似乎觸摸到了天花板，發展舉步維艱，但也僅僅是感覺而已，有這種感覺的人又有多少是物理學的專業人士呢？即使不是專業人士，對物理學又了解多少呢？

最後一點，或許是因為我們生活在這個時代，並不能明顯感覺到物理學的發展，只因「我們身在此山中」。如今科學領域的人工智慧，量子通信，生物科學等領域都有了很大發展，但更多的仍舊停留在基礎層面而沒有廣泛地得到商業應用。

3. 物理學已經發展到瓶頸了嗎

我覺得題主或許對物理學的發展有什麼誤會。講真近100年來的物理學發展，其實是人類史上發展最快的100年。我們來簡單做一個對比，就能夠知道目前的科學發展到底有多快了。

首先，科學起源於古希臘的自然哲學，尤其是畢達哥拉斯和柏拉圖的那一支，到了亞里士多德時期，他是集大成者。

他在自己師兄的基礎上提出的地心說，以及托勒密最後做出的地心說模型，大概花了700年左右的時間。（從泰勒斯約公元前624年-公元前547或546年，到托勒密公元90年-公元168年）

從托勒密開始，自然哲學幾乎是停滯的狀態，甚至整個西歐都不知道原來生活在這片土地上的人有過這么璀璨的文化。而繼承者是阿拉伯人，但是他們做出的貢獻十分有限，以知道文藝復興其實，依舊是托勒密做出地心說1400年左右的時間，西歐的人民才知道原來古希臘羅馬時期的文化這么繁盛。也就是在整個時候，哥白尼提出了自己的日心說，開啟了哥白尼革命，

從哥白尼開始一直到牛頓提出牛頓力學，萬有引力定律，一共花了200多年（從哥白尼1473年2月19日-1543年5月24日，到牛頓1643年1月4日-1727年3月31日）也就是說，科學發展的第一階段，用了700多年，跨越到第二階段用了1400多年，而第二階段，又花了200多年。

接近著，物理學成了數學家手中萬物，他開始深化牛頓力學，並且把牛頓力學發揚光大，甚至還可以預測行星的存在。而這段時間物理學幾乎是停滯的，直到麥克斯韋提出麥克斯韋方程（麥克斯韋1831年6月13日-1879年11月5日），而麥克斯韋和牛頓力學的矛盾，終於催生了相對論和量子力學，這也應了物理學的第二座高峰，從牛頓到相對論量子力學的誕生，前前後後用了250多年的時間。

量子力學的黃金年代在1930年之後就慢慢暗淡了下來，隨後開始劇烈發展的是粒子物理標准模型，大概是從50年代開始一直到70年代結束。

這短短的20年左右，科學家們同意了四大作用力當中的，強相互作用力，弱相互作用力以及電磁力。他們有嘗試過把萬有引力也納入進來，但失敗了。

而且就幾乎在同時，科學家又發展出了一個有望繼承大一統理論的弦論。但由於觀測儀器的限制，我們還沒辦法驗證弦論的正確與否。

而從相對論，量子力學再到粒子物理標准模型，以及弦論，至今不過100年左右，比起科學之前的發展，這已經是非常非常快的了。這還沒完，這只是理論物理學，其實在20世紀快速發展的還有天體物理學，大爆炸理論，暴漲理論，以及發展宇宙微波背景輻射，引力波，黑洞，暗物質，暗能量都足以載入史冊。 科技 方面，三極體，激光，晶元，通信等方面都有長足的進步。所以，20世紀，或者說近一百年來，其實科學的發展速度並不慢，應該是說特別快。
科學發展受到的限制
而理論物理學之所以讓人覺得慢，很有可能是很多人在期待類似於相對論和量子力學，牛頓力學，麥克斯韋方程這樣的成就。但是，我們要知道的是，是不是可以搞得出全新的理論物理學理論，並 不是在於人類的智力，更重要的是觀測儀器。

新的理論來自於新的誤差。

為什麼這么說呢？最早牛頓提出牛頓定律，其實是牛頓解釋了肉眼或者用低倍望遠鏡就能觀察到的宏觀低速的世界，在這個世界裡，牛頓力學的理論和現實擬合得非常完美。後來物理學似乎就停滯住了。這其實是因為觀測水平限制住了，人類很難看到原子級的現象，或者大尺度（引力大，速度快）的現象，看不到現象就提不出理論，這是很正常的。可到了20世紀初，觀測水平太高，使得科學家提出了兩個理論，廣義相對論在大尺度上和現實擬合得很好，量子力學在亞原子級的尺度上和現實擬合得非常好。恰恰牛頓力學在更大和更小尺度就顯示出了不足，誤差變得特別大。

因此， 新的理論其實來自於更精準的觀測，來自於觀測之後產生的誤差。如果沒有觀測技術的升級，即使愛因斯坦活在古希臘羅馬也提不出相對論來。

所以，未來的理論，其實會出現在比相對論適用范圍更大的尺度，以及比亞原子級更小的多的尺度。但是目前，我們其實不具備觀測到更大和更小尺度的設備。所以，理論物理學沒辦法發展。

這也是為什麼，現在各國都爭先恐後地研究引力波，暗物質，暗能量，黑洞的情況，對於這四種現象，是相對論的盲區。如果能夠獲取到相關的物理學現象，那理論物理學就很有可能取得長足的發揮

我們國家在這四個領域都各自投入了千億級的資金去做研究，前段時間的悟空探測器就是針對暗物質的探測器。而弦論一直都是假說的原因，也就在這里，因為它的尺度比我們現在精度最高的觀測設備的誤差還要小很多很多，你說這咋驗證這個理論到底對不對？

所以，其實理論物理學的發展理應是越來越慢的，因為觀測技術的提升越來越慢。但是事實卻反了，科學的發展其實仔細盤下來是加速發展的，這其實體現了現代人十分重視科學發展的一面。

最後，還是那一句話， 理論物理學的發展不是受到人類智力的局限，而是受到觀測技術的局限。

物理學最近的發展，確實沒有20世紀初的物理學大革命時代那麼快了，當時一下子出現了相對論與量子力學的大革命，帶來了原子彈與核能，半導體與激光，光譜儀器與大型加速器等等，而當初的黃金時代已經不能在現在重現，物理學進入失落的時代。著名物理學家，李斯莫林寫了一本書，叫《物理學的終結》，大致也反應了這個失落，物理學的發展已經到了瓶頸期，本來大家還寄希望於超弦理論能夠給物理帶來新的突破，但後來大家越來越感覺到超弦像是一個數學理論，無法給出能驗證的物理預言，所以物理學家的心情也有點黯淡了。

看看最近的物理學新聞，也能感覺到一些黯淡。

比如說，中國科學院的悟空衛星，探測到了異常的電子信號，但雖然大家希望它是暗物質粒子，可是大家也覺得可能性不大，因為美國的AMS也沒有探測到，熊貓計劃的地下實驗也沒有探測到，估計悟空也難以探測到，於是一大希望可能破滅。

再比如說，中國科學院高能物理所積極倡導了建設巨型對撞機，這個項目也是折蕺沉沙，不但非物理圈的科學家反對這個項目，甚至物理界裡面也出現了反對的聲音，很多人因為不是利益相關，強烈反對這個項目，而不是從民族大義的高度去思考這個問題，尤其是很多凝聚態物理學家，覺得高能物理不應該花那麼多錢，居然也默默反對這個項目，其實大型加速器的建造，用到很多超導磁鐵，也會促進凝聚態物理的發展，但是，囿於門戶之間，大家沒有齊心合力，最後巨型撞擊機在這5年內沒有得到支持，中國的物理發展也錯過了一個戰略機遇。

要回答這個問題，首先要了解物理學是什麼？

直白一點說，物理學史研究自然現象的，是基於自然現象而歸納出的一般性規律，這是理論物理學。

實踐物理學是：用依舊歸納的一般性規律演繹出自然狀態不太可能自動生成的事物，比如電腦，人工智慧等。

所以物理學的瓶頸在本質上取決於人對自然現象的認識。
有兩種可能會導致物理學永不前進
第一種可能：自然世界本來就是屈數可指的現象，物理學也只能在這些僅有的現象上歸納一般性規律。

在橫向來看，除了聲、光、熱、電、力外絕無其他現象。

在縱向來看，除了微觀世界，宏觀世界，以及高速世界外，自然現象也沒有更多可能的現象了。

僅有不多的自然現象是阻礙物理學進步的根本性原因。

第二種可能：自然現象或許本有無數多種存在的形式，只是人類在認識上的局限性導致與更多的自然現象絕緣。

很可能的原因在於人類感官的局限性。

比如我們常說的暗物質，之所以最近幾十年來人類才相信暗物質的存在，是由於暗物質是和感官絕緣的。

我們無非是通過視覺、聽覺、味覺、觸覺、嗅覺認知世界。

科學技術的升級，讓原本不屬於可見光之外的電磁波成為了視覺的擴充。

然而暗物質是五官無法直接甚至是間接感受到的。我們只能通過僅有的理論推理這一「可能的自然現象」的存在。

所以物理學的進步取決於自然現象本來的數量，以及人類可通過直接或間接地方式感受到的自然數量為基準。

就21世紀的物理學來說，雖然已經完成了對微觀和宏觀世界的描述，但是萬有理論尚未完成。

暗物質與暗能量也處於空白領域，正反粒子對不對稱問題尚未有可靠的詮釋等等。

其中任何一個問題取得突破，都是物理學重大的進步。

但未來的物理學到底有沒有瓶頸還是一個值得商榷的議題，這依舊取決於我前面提到的兩點因素。

准確來說，物理學中的基礎科學貌似停滯很久了，從20世紀初的兩朵烏雲中誕生的相對論和量子理論距今也有百年了，難道物理學發展真的遇到瓶頸了？

科學發展需要時間的積累
科學突破也是量變引起質變的過程，縱觀人類科學史，從亞里士多德到伽利略再到牛頓，經歷了上千年的時間，人類才對力與運動有了完善的認識，從牛頓到愛因斯坦，又經歷了近兩個世紀，人類才有了新的時空認識。

「如果說我看得比別人更遠些，那是因為我站在巨人的肩膀上」，同樣，每一次的科學突破都可以看做是在前人的基礎上實現的，而這種科學基礎是需要時間累積的，只有在科學 探索 中發現大量的問題，我們才有可能從這些問題中找到原因，分析規律，實驗證明，這是一個漫長的過程。

從亞里士多德到牛頓，人類跨越兩千年才弄清楚力學原理，從牛頓到愛因斯坦，人類兩百年就參悟到了時空本質，這已經是進步神速了，相對論距今，僅僅只有百年左右，不同於百年前的兩朵小烏雲，現在的科學天空可以說是烏雲密布，隨著人類科學 探索 的深入，從百億光年尺度的宇宙到難以想像的微觀世界，到處充滿了疑問，暗物質、量子糾纏、磁單極子等等都在等待著科學解釋，現在的科學更像是處於「憋大招」的過程。

低垂的果實已經被採集殆盡
低垂的果實已經被採集殆盡，高懸的果實又太高了。這一點從歷年來博士學業的完成時長就可以看到，以中國為例，2010年之前平均攻讀博士需要3.54年，而現在攻讀博士平均需要5年左右，而且這個時長還在增長。

在上個世紀，一個厲害的物理學家往往精通與數學與物理學兩個科學，但是到今天，知識總量太大了，沒有人能學完所有的物理知識，所以物理的分支也就越來越多，比如力學、高能物理學、量子力學等等。就現在的知識總量來說，估計不會出現物理學全才了。

科學分類越來越多，但是我們知道世界是物理規律共同作用的結果，因此在新時代，科學研究靠單打獨斗已經不合適了，要想摘取高處的果實，往往需要團隊合作。
科學理論與實驗驗證
每一條科學定律都經歷了從發現問題到找出規律再到實驗驗證這個流程，所以科學其實是理論與實驗相結合，兩條腿走路的，但是現在來看，實驗這條腿有點跟不上節奏了，黑洞理論於1975年提出，直到今年我們才真實的觀測到它存在的證據，而對於黑洞的霍金輻射現象，一直無法提供實驗證明，因此霍金到去世也無法獲得諾貝爾獎。

以萬有理論的有力候選者弦理論為例，其認為的多維時空與物質微觀結構以現在的實驗水平幾乎不可能直接驗證。 最近幾年的引力波觀測與黑洞照片其實都是對相對論的檢驗，只有充分證明相對論的正確性，才可以以相對論為基石，邁向更高的科學台階，摘取更高的科學果實。
總結
縱觀兩千年來的科學發展史，人類對宇宙規律的認識其實一直在提速，從亞里士多德到牛頓，人類耗時上千年認清了力與運動的規律，從牛頓到愛因斯坦，人類只耗時兩百年，就領悟到了時空的秘密，相對論發表距今只有百年左右，而現在物理學天空可以說是烏雲密布，暗物質、量子糾纏、黑洞、弦理論等等都在等著科學驗證，從這點看，物理學現在更像是黎明前的黑暗。

同學們看了《三體》，就老是被劉慈欣洗腦，什麼物理學幾十年再無寸進，什麼基礎理論已有50年原地踏步等等，感覺人類 科技 已經被智子鎖死，外星人明天就將入侵，然後慌得一筆。
物理學的進展
講遠一點，人類認識自然和發展科學，一開始靠的是直接的感官認知，以及客觀經驗的積累。

為什麼直到今天，仍舊有那麼多的同學質疑愛因斯坦的相對論，喜歡用兩個手電筒交差反射等等，就超越光速。還不是因為，同學們擺脫不掉，從生活經驗中去理解和總結；然而相對論從根本上，就不是可以憑借客觀經驗，或從現實生活中，直接獲知的理論。簡單的說，它必須超越你一般想像，才能真正弄明白的的事情。很不幸的是，現代科學的兩大理論基礎，相對論以及量子力學，恰恰都是如此，非常的脫離群眾基礎啊。

所以，不是物理學發展到達了瓶頸，而是，一般吃瓜群眾們，對於科學的理解到達了瓶頸。而且，這個瓶頸需要普遍極大的教育水平提升，才有可能克服。而現代 社會 隨著分工的細化，國家福利保障的提升，一般群眾，只要掌握特定的技能，就能生存。因此前沿科學，不被廣大人群理解是很正常的情況。
前沿科學
正如「老和山下小學僧」曾經說過：所謂前沿 科技 ，往小了說就是粒子，往大了說就是天文，往虛了說就是時空，往實了說就是生命。

這幾樣東西再往細了說，歸根結底都是講數學，又有幾個同學有興致和耐心去聽，更不用說，去搞懂呢？

舉個例子，為了撮合引力和強力、弱力以及電磁力的統一，物理學家們提出了超弦理論。這種理論假設，以前我們認為是粒子的誇克和輕子，實際上都是「弦」 振動的能弦，它們在11維中擺動，包括我們已知的3個維度，再加上一維時間，以及另外7個別的維度。這種弦非常微小 小得可以被看成是點粒子。通過引入額外的維度，超弦理論就使科學家能把量子定律和引力定律相對比較融洽地合在一起，完成物理學夢想中的大統一。

弦理論又進一步產生了所謂的M理論。N理論把所謂「膜」的面，作為其物理學世界解釋的靈魂。它是這樣解釋宇宙創生過程的：大爆炸過程以一對又平又空的膜開始；它們互相平行地處於一個捲曲的5維空間里，兩張膜構成了第5維的壁，很可能在更遙遠的過去作為一個量子漲落產生於無。——WTF？同學們當然要懵的一逼才對！這當然不是理論的錯，是因為要將數學模型文字化，特別是純粹的數學概念文字化，對於前沿的物理學家來說，的確有點勉為其難。

畢竟，你沒有理解這些的深厚數學功底；他們同樣沒有這么簡潔明快的科普文字表達能力。隨便拋個公式出來，你我都受不了，大家互相體諒一下吧。
結語
自從牛頓以來，特別是電發明之後，人類 社會 的發展快得飛起，是不爭的事實！但現在的電，還不是一百五十年前的電，你能說人類應用電就被鎖死了嗎？

給點耐心，或者，享受就好。畢竟科學的目的，就是為了讓人類生活得更容易一些，也僅此而已。

這是一個十分尖銳而嚴肅的問題！

我們看一下給這個世界貢獻最大的10位偉大的物理學家的出生年表，就可以發現問題所在？

伽利略出生在1564年、牛頓出生在1643年、亨利出生在1731年、法拉迪出生在1791年、麥克斯韋出生在1831年、普朗克出生在1858年、愛因斯坦出生在1879年、波爾出生在1885年、狄拉克出生在1902年、費曼出生在1918年（世界上十大著名物理學家是在1564年-1918年的354年裡）。

這就是不符合自然規律運轉，物理學而出生的瓶頸期，進入了一個失衡的狀態。

這種瓶頸最明確的時間就是1914年第一次世界大戰的爆發；這場戰爭後帶來了工業革命，帶來了 科技 力量。第二世界大戰後更加快了 科技 發展的速度。

正是這些現實導致了科學、哲學、物理學的淡化，人類逐漸忘記了物理學、哲學、科學對人類發展的重要？

物理學發展應該引起聯合國的重視，應該引起人類的重視！

我相信未來的世界物理學的發展，需要能夠代表東方哲學思想的中國，掀起物理學研究、科學研究、哲學研究、 社會 學研究的熱潮；我預判中國在人類未來的發展中產生出，對未來世界文明發展史上的偉大的物理學家。

實證物理還有很大的進步空間，理論物理已經限於瓶頸。除非改變數學擬合方法或改變方向的理論模型出現，否則難有突破。

物理自相對論、量子理論、電磁轉換理論、基本粒子模型之後，幾乎大局已定。大多採用間接擬合方式進行數學擬合。

很多理論或理論假說處於待驗證甚至無法驗證狀態。如相對論推導出的黑洞或灰洞的內部驗證。蟲洞、白洞，暗物質、暗能量、平行空間、總時空奇點附近、總時空彌散區、弦理論、膜理論、多維的極限驗證等等。部分理論假說甚至想不出驗證的方法，例如弦理論。

這導致了一些理論問題和現實問題。

相對論已驗證部分取得巨大成功，但是在理論推論極端處，現在面臨無法觀察、驗證的問題。而在未驗證區域，一些人急躁地想當然地認為相對論依然有效，這未免不物理。大爆炸理論計算最初的五億光年區域內，明顯現在無法觀測驗證，但是大爆炸假說在這個地方出現理論分歧。筆者也認為總黑洞還在，無需暗物質這個物理變數，發布了雙臂緊致螺旋總時空幾何模型。而在遙遠的這個時空物質彌散區，基本粒子溫度逼近絕對零度，那麼會出現愛因斯坦凝聚態，基本粒子甚至被凍結速度為0。愛因斯坦知道這個狀態，也就意味著他知道相對論不是放之四海而皆準。至少這地方失效。

另外，黑洞、灰洞被間接證實，但是蟲洞、白洞還是數學模型。至於平行空間，更是數學邏輯而己。

相對論四維時空理論產生的年代，還沒有分數分形維概念，為了區別平直的三維，為其增加曲率，愛因斯坦起了四維時空這個名字，但這導致歧義。

四維時空的曲率方法，基於分數分形維是大於整數三維至小於四維的分數分形維理論。不能解讀四維空間。四維時空實際意義是復雜的帶有曲率的三維空間。我們的太空觀察極限從未跳出3.9（9循環）維。

從數學來講，面對4.0維，相對論的四維時空是從4.0維向內偏向三維，而四維空間是向外偏出4.0維。

黑洞是由3向外逼近4.0維，蟲洞是等於4.0維，白洞是向內逼近4.0維。黑洞內部尚未解決驗證問題，蟲洞，白洞，暫時只能當數學 游戲 。至於四維之外，還存在一個間接擬合的數學問題。

西方不區分數理和數學，這事和中國的唯物思想不同。特別是數學、物理，幾百年前還是為了證明上帝的存在和無所不能。近百年才明顯脫離宗教。

蟲洞可以解讀太極魚眼到魚尾；白洞就是魚眼。弦理論可以解讀中國古代的炁。這事有說道。

對於間接擬合數學方法，最成功的例子如聲波。聲波這種方法很好擬合了聲音的物理結果，但是，沒有沿著波運動的聲波子這個物質。聲音的物理性質必須另外的單獨的解讀，不能用聲波子沿著波運動解讀。盡管，這么想，這么擬合可以得到正確的間接擬合結論。聲波子沒有物質性，而聲波有。

這就是間接擬合數學方法在解讀的時候的關鍵問題之一。

牛頓使用的直接擬合方法，基於三維整數維，對於分數維度的現實，有些誤差。

相對於用間接擬合方式，逼近了擬合。

這是一個擬合標的物的兩種數學擬合方法。時空曲線存在嗎？不物質性存在。它是引力在三維相對運動體系表現出曲率的擬合特徵。是直接擬合的引力造成的結果，而引力是物質性的。現在西方明顯把引力場當物質性存在。而引力場，曲面空間，僅僅是引力效果的一種間接擬合，像聲波子一樣，可以計算結果正確，但是不物質性地存在。尋找引力子，先找到聲波子，這個簡單。間接擬合理論方向出現錯誤。

另外，直接擬合需要笛卡爾數學坐標系，才有準確意義。而相對論證實的時空部分，明顯是三點幾維的分數維，這是一個混沌體系。起初測量的極小誤差，就會導致後續誤差急劇放大而失去數據解讀意義。那麼，用簡單線性擬合的這個時空混沌體系，越遠問題越大。暫時看，百億光年內問題不大，但再遠，要有數學問題。

以往的理論都是把混沌坐標體系當做笛卡爾坐標系使用，這才有牛頓理論的誤差問題。而現在有了分數維，混沌分形體系概念，這個最基本的數學問題，在數學擬合中依然存在。

坐標系的各個坐標軸的單位、數學性質統一的是笛卡爾數學坐標系，不統一的，很可能是混沌坐標系。時間這個要素特殊，不一定。

筆者僅僅是數學愛好者，不是物理學家，就看出這些數學問題來。最美的歐拉方程，利用超越數，否定了代數幾何的大一統。而同樣沿著循環、迭代方向發展的波，現在要物理大一統。都不統了，沒有數學支撐的物理，怎麼統？

物理這瓶頸還不小。中國好好發展實證物理就好。理論物理，他們以後會改的，反正無法證實無法證偽的部分，假說會不斷，直到證實。但是，數學有問題的，那就是數學 游戲 ，而非物理。數理和數學是兩個事情，基於點沒有幾何形狀，波才能代替圓和弦，這樣代數幾何才能在笛卡爾坐標繫上統一， 可是基於這種假設，證明出點有五個幾何形狀，自己找數學問題吧。

好好的古典的時間定義被物理弄的亂七八糟，時間是一種間接擬合方法，就是記錄一個過程的序列號，不是物質。只要你不能返老還童，時間永回不到過去。

三維空間你知道是數學的一種假設，那麼四維時空，復雜了一點，彎曲的三維空間，就不是數學假設了？就是物質了？大爆炸炸出一個時空和盤古開天闢地屬於一個性質的解讀。時空超光速擴展？大型對撞機現在還沒裝出超光速的基本粒子。而三維空間彎曲一點，坐標軸是無限長的，用擴展嗎，還超光速。這是物理嗎？

方向不改，物理這瓶頸過不去！

其實瓶頸期，也正是機遇期。

從量子理論以來，物理學的發展，一直是以線性的應用研究為主線。在收獲極大成功的同時，這同時也限制了人類的想像力。因為物理學家們並不需要冒失敗風險做開拓性的研究，就能站在前人的肩膀上收獲成功。但現在好日子已經過去了，物理理論又到了必須做出根本性突破的關鍵點，沒有人知道方向，也沒有前人的肩膀可以墊腳。所以只有默默無聞的做大量方向性驗證，才有可能脫穎而出，開辟物理學的新天地。

讓我們一起期待，這一次帶領人類突破桎梏的學者，是我們中國人，或外籍華人。

物理學一直是天才推動的學科，不可能一日千里，也不能搞人海戰術。只能等待天才降臨。

科學的發展永無止境。

4. 物理學發展史及其重要事件

經典物理學發展史
古希臘時代的阿基米德已經在流體靜力學和固體的平衡方面取得輝煌成就，但當時將這些歸入應用數學，並沒有將他的成果特別是他的精確實驗和嚴格的數學論證方法汲入物理學中。從希臘、羅馬到漫長的中世紀，自然哲學始終是亞里士多德的一統天下。到了文藝復興時期，哥白尼、布魯諾、開普勒和伽利略不顧宗教的迫害，向舊傳統挑戰，其中伽利略把物理理論和定律建立在嚴格的實驗和科學的論證上，因此被尊稱為物理學或科學之父。

伽利略的成就是多方面的，僅就力學而言，他以物體從光滑斜面下滑將在另一斜面上升到同一高度，推論出如另一斜面的傾角極小，為達到同一高度，物體將以勻速運動趨於無限遠，從而得出如無外力作用，物體將運動不息的結論 。他精確地測定不同重量的物體以同一加速度沿光滑斜面下滑，並推論出物體自由下落時的加速度及其運動方程，駁倒了亞里士多德重物下落比輕物快的結論，並綜合水平方向的勻速運動和垂直地面方向的勻加速運動得出拋物線軌跡和45°的最大射程角，伽利略還分析「地常動移而人不知」，提出著名的「伽利略相對性原理」（中國的成書於1800年前的《尚書考靈曜》有類似結論）。但他對力和運動變化關系的分析仍是錯誤的。全面、正確地概括力和運動關系的是牛頓的三條運動定律，牛頓還把地面上的重力外推到月球和整個太陽系，建立了萬有引力定律。牛頓以上述的四條定律並運用他創造的「流數法」(即今微積分初步)，解決了太陽系中的二體問題，推導出開普勒三定律，從理論上解決了地球上的潮汐問題。史稱牛頓是第一個綜合天上和地上的機械運動並取得偉大成就的物理學家。與此同時，幾何光學也有很大發展，在16世紀末或17世紀初，先後發明了顯微鏡和望遠鏡，開普勒、伽利略和牛頓都對望遠鏡作很大的改進。

法國在大革命的前後，人才輩出，以P.S.M.拉普拉斯為首的法國科學家(史稱拉普拉斯學派)將牛頓的力學理論發揚光大，把偏微分方程運用於天體力學，求出了太陽系內三體和多體問題的近似解，初步探討並解決了太陽系的起源和穩定性問題，使天體力學達到相當完善的境界。在牛頓和拉普拉斯的太陽系內，主宰天體運動的已經不是造物主，而是萬有引力，難怪拿破崙在聽完拉普拉斯的太陽系介紹後就問 ：你把上帝放在什麼地位？無神論者拉普拉斯則直率地回答 ：我不需要這個假設。

拉普拉斯學派還將力學規律廣泛用於剛體、流體和固體，加上W.R.哈密頓、G.G.斯托克斯等的共同努力，完善了分析力學，把經典力學推進到更高階段。該學派還將各種物理現象如熱、光、電、磁甚至化學作用都歸於粒子間的吸引和排斥，例如用光子受物質的排斥解釋反射，光微粒受物質的吸引解釋折射和衍射，用光子具有不同的外形以解釋偏振，以及用熱質粒子相互排斥來解釋熱膨脹、蒸發等等，都一度取得成功，從而使機械的唯物世界觀統治了數十年。正當這學派聲勢煊赫、如日中天時，受到英國物理學家T.楊和這個學派的後院法蘭西科學院及科學界的挑戰，J.B.V.傅里葉從熱傳導方面，T.楊、D.F.J.阿拉戈、A.-J.菲涅耳從光學方面，特別是光的波動說和粒子說（見光的二象性）的論爭在物理史上是一個重大的事件。為了駁倒微粒說，年輕的土木工程師菲涅耳在阿拉戈的支持下，製成了多種後以他的姓命名的干涉和衍射設備，並將光波的干涉性引入惠更斯的波陣面在介質中傳播的理論 ，形成惠更斯-菲涅耳原理，還大膽地提出光是橫波的假設，並用以研究各種光的偏振及偏振光的干涉，他創造了「菲涅耳波帶」法，完滿地說明了球面波的衍射，並假設光是以太的機械橫波解決了光在不同介質界面上反射、折射的強度和偏振問題，從而完成了經典的波動光學理論。菲涅耳還提出地球自轉使表面上的部分以太漂移的假設並給出曳引系數。也在阿拉戈的支持下，J.B.L.傅科和A.H.L.菲佐測定光速在水中確比空氣中為小，從而確定了波動說的勝利，史稱這個實驗為光的判決性實驗。此後，光的波動說及以太論統治了19世紀的後半世紀，著名物理學家如法拉第、麥克斯韋、開爾文等都對以太論堅信不疑。另一方面，利用干涉儀內干涉條紋的移動，可以精確地測定長度、速度、曲率的極微細的變化；利用棱鏡和衍射光柵產生的光譜，可以確定地上和天上的物質的成分及原子內部的變化。因此這些光學儀器已成為物理學、分析化學、物理化學和天體物理學中的重要實驗手段。
蒸汽機的發明推動了熱學的發展 ，18世紀60年代在 J.瓦特改進蒸汽機的同時，他的摯友J.布萊克區分了溫度和熱量，建立了比熱容和潛熱概念，發展了量溫學和量熱學，所形成的熱質說和熱質守恆概念統治了80多年。在此期間，盡管發現了氣體定律，度量了不同物質的比熱容和各類潛熱 ，但對蒸汽機的改進幫助不大，蒸汽機始終以很低的效率運行。1755年法國科學院堅定地否決了永動機 。1807年T.楊以「能」代替萊布尼茲的「活力」 ，1826年 J. V. 彭賽列創造了「功」這個詞。1798年和1799年，朗福德和H.戴維分析了摩擦生熱，向熱質說挑戰；J.P.焦耳從 19 世紀 40 年代起到1878年，花了近40年時間，用電熱和機械功等各種方法精確地測定了熱功當量 ；生理學家 J.R.邁爾和H.von亥姆霍茲 ，更從機械能、電能、化學能、生物能和熱的轉換，全面地說明能量既不能產生也不會消失，確立了熱力學第一定律即能量守恆定律。在此前後，1824年，S.卡諾根據他對蒸汽機效率的調查，據熱質說推導出理想熱機效率由熱源和冷卻源的溫度確定的定律。文章發表後並未引起注意。後經R.克勞修斯和開爾文分別提出兩種表述後，才確認為熱力學第二定律。克勞修斯還引入新的態函數熵；以後，焓、亥姆霍茲函數、吉布斯函數 等態函數相繼引入 ，開創了物理 化學 中的重要分支——熱化學。熱力學指明了發明新熱機、提高熱機效率等的方向，開創了熱工學；而且在物理學、化學、機械工程、化學工程 、冶金學等方面也有廣泛的指向和推動作用。這些使物理化學開創人之一W.奧斯特瓦爾德曾一度否認原子和分子的存在 ，而宣揚「唯能論」，視能量為世界的最終存在 。但另一方面，J.C.麥克斯韋的分子速度分布率（見麥克斯韋分布）和L.玻耳茲曼的能量均分定理把熱學和力學綜合起來，並將概率規律引入物理學，用以研究大量分子的運動，創建了氣體分子動力論（現稱氣體動理論），確立了氣體的壓強、內能、比熱容等的統計性質，得到了與熱力學協調一致的結論。玻耳茲曼還進一步認為熱力學第二定律是統計規律，把熵同狀態的概率聯系起來，建立了統計熱力學。任何實際物理現象都不可避免地涉及能量的轉換和熱量的傳遞，熱力學定律就成為綜合一切物理現象的基本規律。經過20世紀的物理學革命，這些定律仍然成立。而且平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和無序乃至漲落和混沌等概念，已經從有關的自然科學分支中移植到社會科學中。
在19世紀20年代以前 ，電和磁始終認為 是兩種不同的物質，因此，盡管1600年W.吉伯發表《論磁性》，對磁和地磁現象有較深入的分析 ，1747 年B.富蘭克林提出電的單流質理論，闡明了正電和負電，但電學和磁學的發展是緩慢，1800年A.伏打發明伏打電堆，人類才有能長期供電的電源 ，電開始用於通信 ；但要使用一個電弧燈 ，就需聯接2千個伏打電池，所以電的應用並不普及。1920年H.C.奧斯特的電流磁效應實驗，開始了電和磁的綜合，電磁學就迅猛發展，幾個月內 ，通過實驗A.-M.安培建立平行電流間的安培定律 ，並提出磁分子學說 ，J.-B.畢奧和F.薩伐爾建立載流導線對磁極的作用力（後稱畢-薩-拉定律），阿拉戈發明電磁鐵並發現磁阻尼效應，這些成就奠定了電磁學的基礎。1831年M.法拉第發現電磁感應現象，磁的變化在閉合迴路中產生了電流，完成了電和磁的綜合，並使人類獲得新的電源。1867年W.von 西門子發明自激發電機 ，又用變壓器完成長距離輸電，這些基於電磁感應的設備，改變了世界面貌，創建了新的學科——電工學和電機工程。法拉第還把場的概念引入電磁學；1864年麥克斯韋進一步把場的概念數學化，提出位移電流和有旋電場等假設，建立了麥克斯韋方程組，完善了電磁理論，並預言了存在以光速傳播的電磁波。但他的成就並沒有即時被理解，直到H.R.赫茲完成這組方程的微分形式，並用實驗證明麥克斯韋預言的電磁波，具有光波的傳播速度和反射 、折射干涉、衍射、偏振等一切性質，從而完成了電磁學和光學的綜合，並使人類掌握了最快速的傳遞各種信息的工具 ，開創了電子學這門新學科。
直到19世紀後半葉 ，電荷的本質是什麼 ，仍沒有搞清楚，盛極一時的以太論，認為電荷不過是以太海洋中的渦元。H.A.洛倫茲首先把光的電磁理論與物質的分子論結合起來 ，認為分子是帶電的諧振子 ，1892年起 ，他陸續發表「電子論」的文章 ，認為1859年 J.普呂克爾發現的陰極射線就是電子束；1895年提出洛倫茲力公式，它和麥克斯韋方程相結合，構成了經典電動力學的基礎；並用電子論解釋了正常色散、反常色散（見光的色散）和塞曼效應。1897年J.J.湯姆孫對不同稀薄氣體、不同材料電極製成的陰極射線管施加電場和磁場，精確測定構成陰極射線的粒子有同一的荷質比 ，為電子論提供了確切的實驗根據。電子就成了最先發現的亞原子粒子 。1895年W.K.倫琴發現X射線，延伸了電磁波譜 ，它對物質的強穿透力，使它很快就成為診斷疾病和發現金屬內部缺陷的工具 。1896年A.-H.貝可勒爾發現鈾的放射性 ，1898年居里夫婦發現了放射性更強的新元素——釙和鐳，但這些發現一時尚未引起物理學界的廣泛注意
20世紀的物理學 到19世紀末期 ，經典物理學已經發展到很完滿的階段，許多物理學家認為物理學已接近盡頭，以後的工作只是增加有效數字的位數。開爾文在19世紀最後一個除夕夜的新年祝詞中說：「物理大廈已經落成，……動力理論確定了熱和光是運動的兩種方式，現在它的美麗而晴朗的天空出現兩朵烏雲，一朵出現在光的波動理論，另一朵出現在麥克斯韋和玻耳茲曼的能量均分理論。」前者指的是以太漂移和邁克耳孫 - 莫雷測量地球對（絕對靜止的）以太速度的實驗，後者指用能量均分原理不能解釋黑體輻射譜和低溫下固體的比熱。恰恰是這兩個基本問題和開爾文所忽略的放射性，孕育了20世紀的物理學革命。
1905 年 A. 愛因斯坦為了解決電動力學應用於動體的不對稱(後稱為電動力學與伽利略相對性原理的不協調)，創建了狹義相對論，即適用於一切慣性參考系的相對論。他從真空光速不變性出發，即在一切慣性系中，運動光源所射出的光的速度都是同一值，推出了同時的相對性和動系中尺縮 、鍾慢的結論 ，完滿地解釋了洛倫茲為說明邁克耳孫 -莫雷實驗提出的洛倫茲變換公式，從而完成了力學和電動力學的綜合。另一方面，狹義相對論還否定了絕對的空間和時間，把時間和空間結合起來，提出統一的相對的時空觀構成了四度時空；並徹底否定以太的存在，從根本上動搖了經典力學和經典電磁學的哲學基礎，而把伽利略的相對性原理提高到新的階段，適用於一切動體的力學和電磁學現象。但在動體或動系的速度遠小於光速時，相對論力學就和經典力學相一致了。經典力學中的質量、能量和動量在相對論中也有新的定義，所導出的質能關系為核能的釋放和利用提供了理論准備。1915年，愛因斯坦又創建廣義相對論，把相對論推廣到非慣性系，認為引力場同具有相當加速度的非慣性系在物理上是完全等價的，而且在引力場中時空是彎曲的，其曲率取決於引力場的強度，革新了宇宙空間都是平直的歐幾里得空間的舊概念。但對於范圍和強度都不很大的引力場如地球引力場，可以完全不考慮空間的曲率，而對引力場較強的空間如太陽等恆星的周圍和范圍很大的空間如整個可觀測的宇宙空間 ，就必須考慮空間曲率。因此廣義相對論解釋了用牛頓引力理論不能解釋的一些天文現象，如水星近日點反常進動、光線的引力偏析等。以廣義相對論為基礎的宇宙學已成為天文學的發展最快的一個分支。

另一方面 ，1900年 M.普朗克提出了符合全波長范圍的黑體輻射公式，並用能量量子化假設從理論上導出，首次提出物理量的不連續性。1905年愛因斯坦發表光量子假設，以光的波粒二象性，解釋了光電效應；1906年又發表固體熱容的量子理論；1913年N.玻爾（見玻爾父子）發表玻爾氫原子理論，用量子概念准確地地計算出氫原子光譜的巴耳末公式，並預言氫原子存在其他線光譜，後獲證實。1918年玻爾又提出對應原理，建立了經典理論通向量子理論的橋梁；1924年L.V.德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性的假設，預言電子束的衍射作用；1925年W.泡利發表泡利不相容原理，W.K.海森伯在M.玻恩和數學家E.P.約旦的幫助下創立矩陣力學 ，P.A.M.狄拉克提出非對易代數理論 ；1926 年
E.薛定諤根據波粒二象性發表波動力學的一系列論文，建立了波函數，並證明波動力學和矩陣力學是等價的，遂即統稱為量子力學 。同年6月玻恩提出了波函數的統計解釋 ，表明單個粒子所遵循的是統計性規律而非經典的確定性規律；1927年海森伯發表不確定性關系；1928年發表相對論電子波動方程，奠定了相對論性量子理論的基礎。由於一切微觀粒子的運動都遵循量子力學規律，因此它成了研究粒子物理學、原子核物理學、原子物理學、分子物理學和固體物理學的理論基礎，也是研究分子結構的重要手段，從而發展了量子化學這個化學新分支。
差不多同時，研究由大量粒子組成的粒子系統的量子統計法也發展起來了 ，包括1924年建立的玻色-愛因斯坦分布和1926年建立的費米-狄拉克分布 ，它們分別適應於自旋為整數和半整數的粒子系統。稍後，量子場論也逐漸發展起來了 。1927年 ，狄拉克首先提出將電磁場作為一個具有無窮維自由度的系統進行量子化的方案，以處理原子中光的自發輻射和吸收問題。1929年海森伯和泡利建立了量子場論的普遍形式，奠定了量子電動力學的基礎。通過重正化解決了發散困難，並計算各階的輻射修正，所得的電子磁矩數值與實驗值只相差2.5×10-10 ，其准確度在物理學中是空前的 。量子場論還正向統一場論的方向發展，即把電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用和引力相互作用統一在一個規范理論中，已取得若干成就的有電弱統一理論、量子色動力學和大統一理論等。

「實踐是真理的唯一標准」，物理學也同樣遵循這一標准。一切假說都必須以實驗為基礎，必須經受住實驗的驗證。但物理學也是思辨性很強的科學，從誕生之日起就和哲學建立了不解之緣。無論是伽利略的相對性原理、牛頓運動定律、動量和能量守恆定律 、麥克斯韋方程乃至相對論、量子力學，無不帶有強烈的、科學的思辨性。有些科學家例如在19世紀中主編《物理學與化學》雜志的J.C.波根多夫曾經想把思辨性逐出物理學，先後兩次以具有思辨性內容為由，拒絕刊登邁爾和亥姆霍茲的論能量守恆的文章，終為後世所詬病。要發現隱藏在實驗事實後面的規律，需要深刻的洞察力和豐富的想像力。多少物理學家關注θ-τ之謎 ，唯有華裔美國物理學家李政道和楊振寧，經過縝密的思辨，檢查大量文獻，發現謎後隱藏著未經實驗鑒定的弱相互作用的宇稱守恆的假設。而從物理學發展史來看，每一次大綜合都促使物理學本身和有關學科的很大發展，而每一次綜合既以建立在大量精確的觀察、實驗事實為基礎，也有深刻的思辨內容。因此一般的物理工作者和物理教師，為了更好地應用和傳授物理知識，也應從物理學的整個體系出發，理解其中的重要概念和規律。
應用 物理學是廣泛應用於生產各部門的一門科學 ，有人曾經說過，優秀的工程師應是一位好物理學家。物理學某些方面的發展，確實是由生產和生活的需要推動的。在前幾個世紀中，卡諾因提高蒸汽機的效率而發現熱力學第二定律，阿貝為了改進顯微鏡而建立光學系統理論，開爾文為了更有效地使用大西洋電纜發明了許多靈敏電學儀器；在20世紀內，核物理學、電子學和半導體物理、等離子體物理乃至超聲學、水聲學、建築聲學、雜訊研究等的迅速發展，顯然和生產 、生活的需要有關。因此，大力開展應用物理學的研究是十分必要的。另一方面，許多推動社會進步，大大促進生產的物理學成就卻肇始於基本理論的探求，例如：法拉第從電的磁效應得到啟發而研究磁的電效應，促進電的時代的誕生；麥克斯韋為了完善電磁場理論，預言了電磁波，帶來了電子學世紀；X射線、放射性乃至電子 、中子的發現 ，都來自對物質的基本結構的研究。從重視知識、重視人才考慮，尤應注重基礎理論的研究。因此為使科學技術達到世界前列，基礎理論研究是絕不能忽視的。
展望 21世紀的前夕 ，科學家將從本學科出發考慮百年前景。物理學是否將如前兩三個世紀那樣，處於領先地位，會有一番爭議，但不會再有一位科學家像開爾文那樣，斷言物理學已接近發展的終端了。能源和礦藏的日漸匱乏，環境的日漸惡化，向物理學提出解決新能源、新的材料加工、新的測試手段的物理原理和技術。對粒子的深層次探索，解決物質的最基本的結構和相互作用，將為人類提供新的認識和改造世界的手段，這需要有新的粒子加速原理，更高能量的加速器和更靈敏、更可靠的探測器。實現受控熱核聚變，需要綜合等離子體物理、激光物理、超導物理、表面物理、中子物理等方面知識，以解決有關的一系列理論技術問題。總之，隨著新的技術革命的深入發展，物理學也將無限延伸。