如果物理学不存在了,科学家到底是会选择自杀,还是会有其他的选择?


(资料图片)

在《三体》中,不少科学家纷纷选择了自杀,而事实上,如果这件事情发生在了现实中,科学家不仅不会自杀,相反他们会非常开心,这到底是为什么呢?

根本的原因其实是:科学发展的原动力其实就是科学家们一次次发现以前的理论不行了!

这回我们就来好好聊一聊这个话题!

在《三体》剧情当中,研究前沿物理学的物理学家接连选择自杀。原因是三体通过技术让质子经过二维展开改造后得到智能微观粒子,可以理解成是一个微观超级计算机,这也被叫做:智子。然后三体人通过操控智子来封锁人类的基础科学发展,尤其是它干扰了高能加速器等任务,导致科学家利用高能加速器时,得到的结果乱七八糟,微观粒子的运动不仅无法适配理论,还极其不规律,这就会让科学家无法得到正确的结果,就更无法给出理论解释。这就给人一种错觉:物理学不存在了。

《三体》中的一位科学家叫做杨冬,她的导师曼费,由于无法接受实验总是出现问题,而他又是物理学的信徒,于是他选择了自杀。(多说一句,“曼费”这个名字很有意思,因为20世纪有一位全能物理学家叫做费曼,费曼倒过来写刚好是曼费。)

不过,这仅仅是科幻小说的描写。事实上,如果科学家们真的遭遇和曼费一样的境遇,那么科学家们肯定会乐开了花,因为这将会科学家最梦寐以求的时刻。

要先了解这个问题,我们就得从物理学的发展说起。现代物理学其实是源自于牛顿的力学理论。在牛顿之前的年代,其实没有所谓的“科学”这个领域,也没有发展出系统的科学理论。

早期的古希腊学者认为宇宙中的天体运动应该都是:圆周运动,并且都围绕着地球运动。这是因为圆周运动才足够完美。后来,随着不断的观测,后来的学者就发现宇宙中的天体运动很奇葩,尤其是几个行星,运动很不规则。于是,他们用“叠加”多个圆周运动的方式拟合这些误差,这一叠加,就是好几十个,这就让理论变得极其复杂,这其中最具代表性的就是古罗马帝国时期的托勒密,他发表的《至大论》就详细阐述了地心说模型。

在接下来的1000多年里,地心说成为了主流理论。一直到了文艺复兴时期,伽利略通过观测发现,并不是所有的天体都围绕着地球运动,而开普勒则是发现行星运动的规律并不是完美的圆,而是椭圆。这些发现相当于是击碎了1400多年来的固有观念,对于那时候的学者来说,他们并没有纷纷选择自杀,相反他们发现了机遇。这个机遇就是:如何解释行星运动轨迹是椭圆的本质原因。

当时在欧洲有不少选择都在思考这个问题。而最终解决这个问题的正是牛顿,他的万有引力定律不仅能解释为何行星运动的轨迹是椭圆,甚至还能预测天体的运动规律,这也让牛顿一跃成为了科学文明的开创者。而他对于科学更为重要的贡献在于提供了一套科学研究的范式,说白了就是指导后世的学者如何做系统性的科学研究。

这套范式要求,研究的对象可以进行严格的定义,可以用数学语言来描述,也就是可以被定量,还有用实验来证明。如果我们翻开牛顿《自然哲学的数学原理》这本书,就会发现这本书的前几十页都在做物理量的定义。

因此,你就会不难发现,科学研究其实是有范围的,那些无法被定义的对象,比如:鬼神上帝以及超自然现象,都不是科学家研究的对象。

《三体》里面,汪淼听到有外星人之后,也表示:我不管它是外星人还是鬼,我要知道它是什么组成的,它的能量有多大。说白了就是即便是鬼,如果只存在于人们的想象中,那它就不是科学家研究的对象。科学研究是需要基于已有的现象,牛顿解释了宏观世界的物理学现象,这套理论已经非常完美,科学家用这个理论,仅靠笔和纸就能预言海王星的存在。

后来,麦克斯韦统一了电和磁,提出了著名的麦克斯韦方程,预言了电磁波的存在。牛顿和麦克斯韦的理论让当时的一些学者一度认为,物理学已经发展到了尽头,只剩一些缝缝补补的工作。

但我们也知道,后来物理学依然还在发展,而这个发展的核心推动力其实就是:观测能力的提升。

科学家们后来不仅发现牛顿理论和麦克斯韦理论的矛盾,还发现微观尺度上,牛顿力学的误差很大。于是,20世纪初对于那时候的物理学家来说是幸福的,在短短的30年内,建构出了量子力学和相对论。

其中,量子力学解释了微观世界的物理学现象,而狭义相对论解释了接近光速运动时的运动规律,广义相对论解释了引力的本质,解释了强引力作用下的运动规律。

无论是量子力学,还是相对论都解决了之前牛顿力学所无法解决的问题。而当时的科学家会突然提出这些理论,并不是拍脑袋而来的,而是当时他们发现了物理学的局限性,从而提出的。

而证明这些理论的对错,则是需要依靠更加精密的观测设备。因此,只有人类不断发现理论和现象不匹配的情况,物理学才能够不断发展。

举个反例,弦理论虽然提出了40、50年的,但是一直无法算作是主流的科学理论,就在于它所描述的尺度实在太小,比人类现在最新进的观测设备的误差还要小,所以我们无法证明这个理论对错与否,因此它无法成为像量子力学,牛顿力学那样的主流理论。

所以,我们不难发现,对于理论物理学家而言,只有在理论和观测到的现象有巨大误差时,才是他们发光发热的机遇,甚至可以说是他们名垂青史的好机会,他们可以基于新发现的误差,提出相应的理论,所以真的如《三体》这样,那科学家们简直是要高兴坏了!如果现象总是和理论高度一致,那还需要理论物理学什么事?

所以,如果现实中,发生类似于《三体》那样的情况,误差和理论有巨大鸿沟,那将会像上世纪初的前30年那样,许许多多的理论物理学家提出各种各样五花八门的理论,试图去解释这个鸿沟,甚至会出现像爱因斯坦、牛顿、海森堡、薛定谔这些的级别科学家,而不是因为“物理学不存在”,而选择一死了之。返回搜狐,查看更多

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