理论物理有什么重大新发现

‘壹’ 二十世纪最重大的科学理论有几个物理学基本理论

20世纪的科学是在19世纪的重大理论成果如热力学与电磁学理论、化学原子论、生物进化论与细胞学说等基础上发展起来的。19世纪的三大发现（X射线、放射性、电子）导致了20世纪前30年的物理学革命，诞生了相对论和量子力学，成为20世纪科学发展的先导和基础。1、相对论1905年，20世纪最伟大的科学天才爱因斯坦在他26岁时创立了狭义相对论，提出了不同于经典物理学的崭新的时空观和质（m）能（E）相当关系式E＝mc2（此处光速C＝3×108米／秒），在理论上为原子能的应用开辟了道路。关于E＝mc2，即物体贮藏的能量等于该物体的质量乘以光速的平方，这个数量大到令人难以想象的程度。我们不妨打个比方说，1克物质全部转化成的能量，相当于常规状态下燃烧36000吨煤所释放的全部热能；或者说，1克质量相当于2500万度的电能。1915年，爱因斯坦又创立了广义相对论，深刻揭示了时间、空间和物质、运动之间的内在联系——空间和时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的。它成为了现代物理学的基础理论之一。从1923年开始，爱因斯坦用他的后半生致力于统一场论的探索，企图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论，虽然他没有取得成功，但是杨振宁和米尔斯于50年代创立了“杨—米尔斯场方程”，发展了所谓“规范场”的理论，使爱因斯坦梦寐以求的统一场论可望在规范场的基础上得以实现。2、量子力学1900年，普朗克创立了量子论，提出能量并非无限可分、能量的变化是不连续的新观念。1905年，爱因斯坦提出了光量子论，揭示了光的“波粒二象性”。1913年，玻尔把量子化概念引进原子结构理论。1923年，德布罗意提出物质波理论。1925年，海森伯和薛定谔分别建立矩阵力学和波动力学。1928年，26岁的狄拉克提出电磁场中相对论性电子运动方程和最初形式的量子场论，使包括矩阵力和波动力学在内的量子力学取得了重大的进展。20代末量子力学的建立，是继1905-1915年相对论建立之后对经典物理学的又一次革命性的突破，它成功地揭示了微观物质世界的基本规律，加速了原子物理学和固态物理学的发展，为核物理学和粒子物理学准备了理论基础，同时也促进了化学键理论和分子生物学等的产生。因此，量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论，迄今仍具有强大的生命力。20世纪中后期5大科学成就30年代以来，物质基本结构、规范场、宇宙大爆炸、遗传物质分子双螺旋结构、大地构造板块学说以及信息论、控制论、系统论等理论的创建，使人类的视野进一步拓展到更为宇观、宏观和微观的领域，成为人类文明进步的巨大推动力。1、物质的基本结构从远古时代开始，人们就在探讨物质是由什么组成的，有没有公共的基本单元。直到19世纪末，人们都认为这种共同的基元就是原子。1911年，卢瑟福发现原子内部有一个核；1913年，玻尔指出放射性变化发生在原子核内部，于是研究原子核的组成、变化规律以及内部结合力的核物理学应运而生。1932年，乍得威克发现了中子。从此，人物质基本结构、规范场、宇宙大爆炸们认识到各种原子都是由电子、质子
属于物理基本理论的有相对论和量子力学，物质基本结构、规范场、宇宙大爆炸
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‘贰’ 新物理学被证明真的存在美国实验室宣布缪子反常磁矩实验重大发现

美国能源部下属费米实验室日前公布了关于缪子反常磁矩测量的第一批实验结果，显示基本粒子缪子的行为和标准模型理论预测不相符。

据新华社4月9日报道，费米实验室在一份公报中表示，这一结果也许意味着“令人兴奋的”新物理学的存在。缪子作为 探索 亚原子世界的一扇窗口，可以探测到未知的粒子或力的存在。

据介绍，缪子的质量约为电子的200倍。缪子在宇宙射线穿透地球大气层时会自然产生，费米实验室的粒子加速器也可制造大量缪子。磁矩为粒子磁性的表现。在外界强磁场下，缪子的磁矩指向会发生进动或摇晃，就像旋转的陀螺会发生摇晃一样。

费米实验室公布的最新结果与早些年前美国布鲁克黑文国家实验室进行的缪子反常磁矩测量实验结果一致，两个实验室综合测量的结果与理论值相差4.2倍标准方差。虽然粒子物理学用来判定一项发现的通用标准是5倍标准方差以上，但目前这一数值在证明新物理学的存在方面极具说服力。

费米实验室科学家、实验共同发言人克里斯·波利表示，布鲁克黑文国家实验室的实验结束已经过去20年了，此次的发现令人欣慰。目前研究团队仅分析了不到6%的实验数据。尽管首批测量结果令人振奋，但未来数年还会了解到更多相关信息。

另据《 科技 日报》报道，上海交通大学缪子物理团队带头人李亮教授表示，他们参与的美国费米实验室缪子反常磁矩实验（Muon g-2）首批结果4月8日公布，“以前所未有的测量精度，为新物理的存在提供了强有力证据”。

李亮解释说：“缪子与电子都有内禀磁矩，在外界强磁场的作用下，缪子的磁矩指向会发生进动（摆动）。缪子内禀磁矩的大小决定了其进动频率的大小，这两者之间的比值被称为g-因子，科学家可以精确计算出这一比值。”

李亮表示，当缪子在磁场中旋转时，也会与时空最深处起伏不定的量子泡沫（也被称为“虚粒子”）相互作用，这些转瞬即逝的量子泡沫会影响g-因子，使缪子进动的频率加快或变慢。粒子物理标准模型可以精准预测这一反常的磁矩影响。但如果量子泡沫中包含新的作用力或粒子，g值会进一步改变。

据上海交通大学缪子物理团队许金祥副教授介绍，在最新实验中，研究人员将费米实验室的粒子加速器产生的缪子束流送入一个直径为15米的超导磁铁存储环内，强大的磁铁使缪子保持在圆形轨道上，利用放在环内侧的探测器，可以精确测量缪子的进动频率，从而获得了迄今最精确g-因子值。

不过，中科院理论物理研究所研究员杨金民表示，“此次的实验结果精度上来说是高了一些，但是其结果的中心值，较上次向标准模型的预言值靠近了一些，所以还需后续实验来验证。如果精度有保证，后续实验结果的中心值向标准模型靠近，那么对标准模型就是有利的。假如未来的实验结果，能跟标准模型的偏离达到5σ以上，我才认为是颠覆性的或者说是突破性的成果。”

中国科学院理论物理研究所研究员舒菁在接受DeepTech采访时也表示：“就算有精度更高、足够多的实验数据支撑，也不能在短时间内认为标准模型不适用，因为标准模型理论格点计算值现在并不明朗，我们同样需要在理论计算方面提高精度，降低系统误差，不同小组的计算结果达成共识。”

舒菁表示，如果实验结果和理论计算，都在足够精确的范围内，并且又有统计意义上的大偏差，这时才能比较肯定地认为存在新的物理规律。这并不意味着直接否定标准模型，只能证明标准模型存在拓展的空间、和适用范围。

“就像在相对论问世之前，牛顿经典力学也被认为是宇宙中普遍适用的物理原理，但在 ‘高速’ 运动下，还是要遵从相对论理论。我们不能说牛顿经典力学是错的，只能说存在适用范围。”舒菁说。

据介绍，来自7个国家、35个科研机构的200多位研究人员参与了这一实验项目。目前该实验的第二期和第三期数据分析正在进行中，同时第四期实验正在展开，接下来还计划进行第五期实验。

提及未来实验的研究方向，李亮对DeepTech表示，将继续进行相关实验研究和数据分析，测量精度将在明年和后年得到提升，最终结果很有可能达到5σ以上。

说到缪子和人们生活的关系，李亮拿相对论做了一个比喻：“相对论，当时也是轰动学界的理论，但也未能在理论面世后的若干年内，较大程度地改变人类生活。因为相对论描述的是极端高速运动下的物理规律，并不适用于日常生活。”

“但自信息革命以来，特别是人类发射的卫星到了太空以后，由于引力的影响，相对论的修正效应就变得非常明显。以卫星定位系统为例， 如果不考虑相对论，那就没有办法定位。因此，从纯理论到 科技 应用改变生活，是需要时间的。”李亮说。

‘叁’ 为什么要研究理论物理理论物理有哪些重大的运用或者可能将会有有的运用吗

理论物理研究关乎人类的认知，哲学和数学的思想也随着理论物理发展。我们来自何处，去往何方是一个永恒的话题。
从实际来讲，当年没有理论物理，没有发现相对论，也没有现在核能的利用；有的理论一时不知道它的实际用处，那是受限于当时的科技和认识发展水平，只要是正确的东西，总有受到青睐的一天。而且理论物理研究的很多副产品也对世界发展有重大意义。欧洲核子中心建造加速器，其实为的是验证物理学家提出的理论，但是发展了万维网，同样现在LHC又弄出一个网格计划
至于将来的应用，首先就是为验证理论要做的实验，比如大型加速器、激光打靶等推动科技发展；其次提高人类认识，转变思维，比如现在 人类无法在行星之间实现旅行，也许有朝一日呵呵，按照时间旅行的方法，搞个什么虫洞，去外星系说不定也可以哦，到时候可能还会和外星人打交道呢～～
理论走在实验前面，这是必不可少的……

‘肆’ 爱因斯坦之后，物理学有哪些重大发现

爱因斯坦是物理学史上一位具有划时代意义的伟大科学家。他的狭义相对论给人类带来了对时间、空间等概念的全新认识；广义相对论将引力几何化，推动着天文学进入一个新时期。爱因斯坦还是量子力学的奠基人之一，用光量子解释了光电效应使他获得了诺贝尔物理学奖。上世纪二十年代起，爱因斯坦就坐稳了物理学领袖的位置，尽管在他四十多岁后就没再做出重大科学发现。

60年代时，天文学领域也取得了一个又一个的重大发现，类星体、脉冲星、宇宙微波背景辐射、星际有机分子就是在这期间被发现的。这些发现为人类认识宇宙、为推动天文学、宇宙学的发展起到了极大的促进作用。

另外，超导体的理论研究、黑洞的发现、量子霍尔效应的发现、中微子振荡的发现、引力波的发现都是物理学史、人类文明史上具有里程碑意义的事件。今天，物理学依然有很多重大问题有待进一步解决。

‘伍’ 最新物理发现

第一则：

科学家惊人新发现：自然界存在第五种力

2016-08-18 11:11:27出处：科技日报 编辑：雪花

据美国加州大学尔湾分校（UCI）官网消息，该校理论物理学家在最新一期的美国《物理评论快报》杂志中指出，匈牙利科学院核科学家数月前称，可能发现了一种未知的亚原子粒子。他们对研究结果进行梳理后认为，这一亚原子粒子并非物质粒子，而有可能是自然界中存在第五种力的证据。

该研究负责人、物理和天文学教授冯孝仁（音译）说：“数十年来，我们知道自然界中存在四种基本力：引力、电磁力、强核力（又叫强相互作用力，是四种基本力中最强的）和弱核力。如果我们的结论获得证实，那将是革命性的。第五种力将彻底改变我们对宇宙的理解，导致力和暗物质的统一。”

匈牙利科学家去年进行的实验是为了搜寻“暗光子”，也可能意味着占宇宙总质量85%左右的看不见的暗物质，他们却发现了反常现象：可能存在一种质量为电子30多倍的新的光粒子。冯孝仁解释称：“匈牙利科学家只看见了反常现象，表明可能存在一种新粒子，但他们并不清楚它是物质粒子还是携带力的粒子。”

随后，UCI团队对匈牙利科学家的数据及该领域所有其他实验数据进行了核查，结果表明，这种粒子不是暗光子，可能是“疏质子的X玻色子”，指向第五种力。普通的电力是电子和质子相互作用的结果，而新发现的玻色子仅同电子和中子相互作用，且作用范围十分有限。该研究联合作者、物理和天文学教授蒂莫西·泰特说：“我们已观察到的玻色子中都没有这一属性，故而也称其为‘X玻色子’。X意味着‘未知’。”

冯孝仁指出，该粒子一直很难被发现，其相互作用非常微弱，所以，进一步研究至关重要。实验室已经拥有了制造其所需要的能量，全球科学家都能对匈牙利科学家的结论进行跟踪分析。

这一发现可能开启一个完全不同的领域。冯孝仁感兴趣的一个方向是，这种潜在的第五种力可能同电磁力、强核力及弱核力结合形成“一种更大、更基本的力”。

第二则：人不会真正死去

注意! 转载自凤凰娱乐的^_^

美国科学家量子力学最新发现：人不会真正死去

2015年10月14日 00:32
来源：华夏经纬网

每一个宇宙拥有独立的时空（time space），量子力学帮助我们观察多重宇宙的存在。人类至今无法真的“看见”多重宇宙的原因，就是我们无法从这个时空跨越到另一个时空，也就是另一个地球。

超弦理论更进一步的提出物理世界的一种超时空架构，就是多维时空为了将玻色子和费米子统一，科学家预言了这种粒子，由于实验条件的限制，人们很难找到这种能够证明弦理论的粒子。

超弦理论作为最为艰深的理论之一，吸引着很多理论研究者对它进行研究，是万有理论的候选者之一，可来解释我们所知的一切作用力、乃至于解释宇宙。

美国北卡罗莱纳州维克森林医学院大学教授兰萨（Robert Lanza）声称，从量子物理学（Quantum physics）角度出发，有足够证据证明人死后并未消失，死亡只是人类意识造成的幻象。

兰萨声称他在量子力学中找到证实“人死但未消失”的证据。

他提出生物中心论（biocentrism）支持自己的论点，指称是生命创造宇宙，有个人意识才有宇宙的存在，实质上的生命与生物是真实世界的中心，接着才有宇宙，宇宙本身并不会创造生命；意识使得世界变得有意义，时间与空间只是人类意识的工具。

兰萨的研究发现，人在心跳停止、血液停止流动时，即物质元素处于停顿状态时，人的意识讯息仍可运动，亦即除肉体活动外，还有其他超越肉体的“量子讯息”，或者是说俗称的“灵魂”。

他说，生物中心论类似“平行宇宙（Parallel Universes）”：当下所发生的每件事情，在对等的多重宇宙（MutipleUniverses）中也同时进行，当我们开始质疑、重新思考关于时间与意识的问题时，也同时影响另外一边对等的我们的意识。

当生命走到尽头，即身体机能尽失时，兰萨认为，还会在另一个世界重新开始。

巴克斯特是美国中央情报局的测谎仪专家。1966年他意外地通过测谎仪记录到了植物的类似人类的高级情感活动，并随之开展了一系列研究，他的研究轰动了全世界。

1966年2月的一天，巴克斯特在给庭院的花草浇水，他一时心血来潮，把测谎仪的电极连到了一株天南星科植物牛舌兰的叶片上，并向它根部浇水。

他惊奇的发现：在电流计图纸上，自动记录笔记下一大堆锯齿形的图形，这种曲线图形与人在高兴时感情激动的曲线图形很相似。

极度震惊的巴克斯特随后改装了一台记录测量仪，并把它与植物相互连接起来做了各种实验。

有一次，巴克斯特构想了对植物采取一次威胁行动用火烧植物的叶子，一瞬间在心中想象了这一燃烧的情景，图纸上的示踪图瞬间就发生了变化，在表格上不停地向上扫描。而巴克斯特此时根本没有任何动作。

随后他取来了火柴，刚刚划着的一瞬间，记录仪上再次出现了极强烈的恐惧表现。后来他又重复多次类似的实验。

比如，当他假装着要烧植物的叶子时，图纸上却没有这种反应。巴克斯特各种实验表明：植物还具有辨别人真假意图的能力和具有感知人心理活动的能力。

1973年，彼得-托姆金斯和克里斯朵夫-伯得着的《植物生命奥秘》一书出版。书中不仅重复了巴克斯特的实验，并且进一步显示植物还对语言、思维、祈祷有反应。

这项研究已成为一门新兴的学科-植物心理学。

‘陆’ 理论物理学发展很快，前沿的物理学家在研究什么

理论物理学是 探索 宇宙真相的重要学科，现代物理学的两大支柱理论是相对论和量子力学，然而两者并不能统一，甚至存在矛盾点。

理论物理学家一直在寻找更高级的理论，从而帮助物理学统一相对论和量子力学，甚至找到宇宙通用的“大一统理论”。

理论物理学家的主要目标，就是利用理论将宇宙中的物理现象统一。

牛顿曾经提出牛顿经典力学，几乎可以解释地球上出现的所有物理现象，然而随着物理学的发展，牛顿经典力学开始出现局限性。

物理学家在利用牛顿经典力学进行各种宇宙验算时，总会出现微小的误差，然而没有人能解释这些误差为何存在，直到爱因斯坦提出相对论，科学家才了解到空间可以弯曲，时间流逝速度也可以发生改变。

相对论作为现代物理学的支柱，依旧拥有统治地位，然而随着微观世界的发现，相对论开始出现局限性。

为了让相对论适应微观世界，物理学家通过相对论延伸出量子力学，两个理论分别在不同的场合发挥作用，共同解释这个宇宙的物理法则。

但理论物理学家想得到的，并非是多个物理理论组成的复杂世界，而是一个理论解释所有基本力的“大一统理论”。

前沿的理论物理学家，一直在寻找可以解释整个宇宙的统一理论，其中的弦理论，被认为是最有可能成为大一统理论的超前理论。

弦理论将微观粒子进一步分解为弦，由于弦可以产生不同方向的振动，进而形成我们世界中的不同粒子。但是单一的弦想要形成非常复杂种类的粒子，需要在至少十维空间中振动，因此弦理论也暗示宇宙为十维空间。

弦理论是非常超前的理论，几乎所有的结论都无法通过现代科学进行验证，因此很多理论物理学家称弦理论为投机取巧的理论。

虽然弦理论非常超前，但是从理论上来说，弦理论确实统一了相对论和量子力学，因此弦理论也是目前最接近大一统理论的物理学理论。

除了弦理论，相对论和量子力学也一直在不断发展，相对论可以利用空间完美解释的引力，在量子力学理论中却成为一个瓶颈，科学家一直通过强子撞击实验，希望可以发现能够产生引力的粒子。

理论物理学家不断寻找的大一统理论，需要的就是对物理学的创新思维，大一统理论或许永远无法找到，或许会在不久之后统一物理学。