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第120章 物理学界:困于知识巨擘的迷局

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……

当下的物理学界也是如此,这座大山真实存在着。

自 1687 年牛顿发表《自然哲学的数学原理》,数百年来,无数物理学巨匠构建起坚实的物理学体系,它是后人的宝贵财富,却也成了前行的阻碍。

时至今日,国内外几乎所有学者都在艰难地搬运和消化这些知识大山,从意气风发的青年到白发苍苍的老者,望着这座愈发高耸的知识山峰,只能无奈喟叹...

曾经,众人寄望于绝世天才降临,能迅速搬开这座大山,引领人类站在 “巨人的肩膀” 上更进一步。

但随着理论物理不断发展扩充,人们逐渐意识到,这座大山已高不可攀,完全征服它近乎天方夜谭。

正因如此,物理学发展陷入了漫长的停滞期。

量子力学、相对论、经典物理、弦论……

这些理论在二十世纪五十年代之前绽放出最为耀眼的光芒,此后便逐渐黯淡。

……

电脑屏幕前,骁睿和洛尘听着顾神的剖析,一时陷入沉默。

直播间里,弹幕如潮水般疯狂滚动:

“没想到物理学也被困在知识大山里,太绝望了!”

“难道物理学再也无法突破了?”

“难道我们再也无法窥探宇宙的终极奥秘?”

“可理论物理研究需要大量资源,普通科研人员根本难以开展创新性研究。”

“有没有可能从宇宙微波背景辐射中找到弦论的证据?感觉这或许是个突破口。”

“我觉得跨学科研究很有前景,之前化学和物理学结合就取得了重大突破,说不定生命科学和物理学联手也能创造奇迹。”

...

骁睿率先打破沉默,眉头紧皱,看向洛尘说道:“洛尘,没想到物理学界也面临这样的难题。顾神说得对,传统理论虽然是财富,但也束缚了发展。

但在这几大理论的框架下,不少科研项目都受限制。而且资源分配也是个大问题。

这就更需要我们运用独特思维,用有限的资源找到新的研究路径。”

洛尘推了推眼镜,目光认真,回应道:“骁睿,你说得很对。想要找到新路径,我们得先深入了解现有理论。

就拿经典物理来说,它就像一座根基深厚的老房子,1687 年后,自牛顿发现万有引力、总结运动定律,便精准阐释了宏观世界物体的运动、力与能量的关系。

在它的指导下,人类制造出蒸汽机、内燃机,于 18 世纪 60 年代开启工业革命,在桥梁建造、机械设计等方面,经典物理都提供了精确理论依据。

不过,当研究进入微观和高速领域,经典物理就难以解释相关现象了。”

骁睿点点头,追问道:“那量子力学和相对论,是如何解决经典物理的困境的呢?”

洛尘耐心解释:“量子力学专注于微观世界,双缝干涉实验便是其经典例证。

1801 年,托马斯?杨进行了光的双缝干涉实验,为波动光学奠定基础。1927 年,科学家将这一实验拓展到电子领域。

实验时,科学家向两条平行狭缝发射电子,起初,电子像一个个小粒子,穿过狭缝后在屏幕上形成杂乱亮点。

但随着发射电子数量增加,屏幕上逐渐出现明暗相间的条纹,这是典型的波的干涉现象。

也就是说,电子在运动过程中,展现出了波动性,这证明在微观世界里,粒子具有波粒二象性,既可以像粒子,又能像波一样传播。

量子力学由此兴起。

此外,20 世纪 20 年代,在生物体内电子转移过程的研究中,科学家发现量子隧穿效应发挥着关键作用。

科研团队在研究植物光合作用时,发现电子能跨越常规能量障碍,快速从一个分子转移到另一个分子上,这一现象无法用传统理论解释,

经证实,正是量子隧穿效应助力植物高效完成能量转化。”

“1905 年,爱因斯坦提出狭义相对论,1915 年又创立广义相对论,革新了人类对时空和引力的认知。

爱因斯坦提出的质能方程 E = mc2,揭示了质量和能量的内在联系。

1945 年,原子弹爆炸,极小质量的物质释放出巨大能量,

1954 年,世界上第一座核电站建成,将核燃料的质量转化为电能,这都是质能方程的实际应用。

另外,1916 年爱因斯坦根据相对论预言了引力波的存在,

2015 年,LIGo 科学合作组织首次直接探测到引力波,极大地改变了人类对宇宙结构的认识。”

...

这时,一条弹幕划过:“弦论不是号称能统一所有物理理论吗,怎么也没推动物理学突破?”

...

骁睿看向洛尘,问道:“洛尘,这条弹幕问到关键了,弦论究竟是怎么回事?”

洛尘思考片刻,缓缓说道:“弦论起源于 20 世纪 60 年代,当时科学家在研究强相互作用时提出这一理论。

弦论认为,宇宙万物由极其微小的弦构成,弦的不同振动模式决定了粒子的性质。

它试图统一量子力学和广义相对论,构建能解释所有相互作用的理论体系。

弦论中提到十维空间,理解起来有一定难度。

打个比方,我们生活在三维空间,就如同二维平面上的生物,二维生物只能感知前后、左右两个方向,而我们三维空间的生物,不仅能感知前后、左右,还能感知上下。

弦论中的十维空间,是在三维空间基础上,叠加了更多维度,这些维度蜷缩在极其微小的尺度里,我们平时很难察觉。

目前,弦论还难以通过实验验证,无数科学家耗费大量精力研究,却一直难以取得实质性突破。”

骁睿接着说:“或许我们可以借鉴研究地外文明和生命科学的方法,从不同学科的交叉点寻找新的思路。

说不定生命科学中的一些原理,能为解开物理学难题提供新线索。”

洛尘点头赞同:“你说得有道理。物理学家确实该像研究生命起源时突破常规认知那样,跳出传统框架。

物理学和生命科学一样,需要保持好奇心,敢于提出新问题。

比如思考生命现象背后的物理机制,或许能开辟新的研究方向,找到打破物理学发展僵局的关键。

生命系统复杂有序的背后,是否隐藏着量子层面的调控机制,这或许能给弦论研究提供一些生物模型参考。”

骁睿紧接着追问道:“洛尘,既然弦论在现有实验条件下难以验证,我们不妨转换思路。

从生命科学的角度来看,许多复杂的生物现象在微观层面都有其独特的机制。说不定弦论所描述的高维空间,能在生物微观结构中找到对应模型。

比如,神经元之间复杂的连接网络,从某种层面看,是不是和高维空间里弦的相互作用有相似之处?”

洛尘眼睛一亮,兴奋地回应:“骁睿,你这个想法太妙了!这让我想到,在研究 dNA 双螺旋结构时,科学家通过 x 射线衍射技术获取关键信息。

我们或许可以借鉴这种跨学科的研究方法,将生物物理学中的成像技术应用到弦论研究中。

通过对微观生物结构进行高精度成像,说不定能捕捉到与弦论预测相符的现象,从而验证弦的存在。”

...

这时,一条弹幕带着质疑飞速划过:“简直异想天开!生命系统是基于碳基生物化学过程构建的,物理系统研究的是基本粒子和宇宙规律,两者本质截然不同,这种类比能有什么科学依据?”

...

洛尘的眉头瞬间皱起,推了推眼镜,陷入沉思。片刻后,他缓缓开口:“这条弹幕的质疑很有价值,乍一看,生命系统和物理系统确实分属不同领域。

但从复杂系统理论来看,无论是生命系统里的生态群落、大脑神经网络,还是物理系统中的星系演化、流体运动,都展现出复杂系统的特征 —— 自组织、涌现和层级结构。”

骁睿眼睛一亮,接过话茬:“没错!就像在生态系统中,众多生物个体通过复杂的相互作用,涌现出稳定的生态平衡,这和物理系统中粒子相互作用形成宏观物理现象,有着相似的底层逻辑。

再从信息论角度来看,生命遗传信息通过 dNA 传递,物理系统中的信息则通过粒子的状态和相互作用进行编码。说不定在信息传递和处理的层面,生命科学和物理学能找到共通点。”

洛尘微微颔首,补充道:“历史上不乏跨学科研究取得重大突破的案例。

薛定谔将量子力学理论引入生物学研究,提出遗传物质是一种非周期性晶体的设想,为 dNA 双螺旋结构的发现奠定了基础。

我们或许能借鉴这种思路,将生物物理学中的成像技术应用到弦论研究中。通过对微观生物结构进行高精度成像,捕捉与弦论预测相符的现象,从而验证弦的存在。”

...

然而,又一条弹幕尖锐地弹出:“即便能找到一些相似的理论特征,就能证明弦论的正确性吗?

...

实验验证才是物理学的基石,你们提出的方法,在实际操作中可行吗?”

洛尘皱了皱眉头,认真地说:“这条弹幕说到了关键。我们可以先构建理论模型,从数学层面论证生物微观结构与弦论的关联。

一旦找到两者之间的逻辑联系,就可以设计针对性的实验。

比如,借助冷冻电镜技术,对蛋白质分子结构进行高分辨率成像,分析其原子间的相互作用模式,与弦论所预测的粒子相互作用进行对比。

而且,弦论认为不同的弦振动模式产生了各种基本粒子。在生命体内,蛋白质的折叠和功能实现,是否也受到类似弦振动模式的影响?

我们可以从这个方向深入研究,探索生命过程中微观粒子的行为规律,说不定能为弦论提供全新的研究视角。”

骁睿追问道:“那具体该如何开展研究呢?”

洛尘思索片刻,语气坚定地说:“首先,我们需要整合物理学、生物学和数学领域的知识,组建跨学科研究团队。

其次,建立数学模型模拟生物微观结构与弦的相互作用,再通过实验进行验证。虽然这条路充满挑战,但为了打破物理学发展的僵局,值得一试。”

骁睿深吸一口气,目光坚定:“没错,探索的过程或许漫长而艰难,但只要我们保持创新思维,不断探索未知,就一定能为弦论研究带来新的突破,推动物理学的发展。”

骁睿和洛尘深知,他们的探索才刚刚开始,一场关于物理学的全新革命,或许正在悄然酝酿。

...

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