如今一直流行著一種說(shuō)法，物理學(xué)在近100年幾乎沒(méi)有重大突破。這里的近一百年大概指的就是從相對(duì)論、量子力學(xué)之后的物理學(xué)。那這種說(shuō)法到底有沒(méi)有道理呢？

今天，我們就來(lái)聊一聊這個(gè)話題。

科學(xué)理論的誕生

要搞清楚這個(gè)問(wèn)題，我們要先搞清楚科學(xué)理論是咋來(lái)的？

首先，我們要思考一個(gè)問(wèn)題，那就是理論是先于現(xiàn)象出現(xiàn)的，還是晚于現(xiàn)象出現(xiàn)的？

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜，可能不同的人會(huì)有不同的想法?，F(xiàn)在被認(rèn)為是科學(xué)和哲學(xué)之父的泰勒斯，曾經(jīng)就提出，萬(wàn)物的本源是水。這句話引發(fā)了很多人對(duì)于終極問(wèn)題的思考，也被認(rèn)為是哲學(xué)和科學(xué)的開(kāi)端。

但是泰勒斯之后，哲學(xué)們普遍以純粹思辨的方式去思考這些問(wèn)題，這就使得理論越來(lái)越偏離于實(shí)際。后來(lái)，著名的哲學(xué)家柏拉圖發(fā)起了“拯救現(xiàn)象”的革命，他認(rèn)為理論要能和現(xiàn)象擬合。

這一切其實(shí)很好地體現(xiàn)在了地心說(shuō)的模型上。柏拉圖的徒弟們開(kāi)始試圖去給理論需求現(xiàn)象的落腳點(diǎn)，其實(shí)歐多克斯的地心說(shuō)就是一個(gè)典型的例子。但是歐多克斯的理論還有一些純粹理想化的東西沒(méi)有根除，那就是古希臘哲學(xué)家認(rèn)為“圓周遠(yuǎn)動(dòng)才是完美的”，因此，他們寧愿讓模型變得極其復(fù)雜，也不愿意改變這個(gè)觀念。

到托勒密時(shí)代，這個(gè)地心說(shuō)模型已經(jīng)是套了80多個(gè)圈的理論，但其實(shí)精準(zhǔn)度已經(jīng)夠當(dāng)時(shí)的人用了，所以某種程度上說(shuō)，托勒密的地心說(shuō)是科學(xué)理論，因?yàn)椋@個(gè)理論符合的科學(xué)理論的范式。

觀測(cè)現(xiàn)象的局限性

所以，你看，雖然我們無(wú)法知道是現(xiàn)象先于理論，還是理論先于現(xiàn)象。但我們知道的是，一個(gè)合格的理論要匹配現(xiàn)象。這個(gè)要求就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，我們可以想象一下，人所看到的世界是有局限性的，我們的眼睛只能接受到可見(jiàn)光波段的電磁波，而且視力也有范圍，這意味著我們能看到的世界本身就是有限，所能夠看到的現(xiàn)象就是有限的。

不僅如此，微觀的世界，我們?nèi)绻麅H憑肉眼也是不可能看得到的，宏觀大尺度的世界或者高速世界，我們也是看不到的。

最早，牛頓提出的一套理論，被我們稱為經(jīng)典物理學(xué)。這一套理論就可以完美適配人類肉眼所能夠窮極的一切。我們也把牛頓覆蓋的尺度是宏觀低速的世界。

最激進(jìn)的保守主義者

但，凡是一個(gè)有內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力的人都會(huì)想要建功立業(yè)，科學(xué)家這個(gè)群體也是如此。雖然牛頓力學(xué)已經(jīng)完美解釋了宏觀低速下的尺度。

后來(lái)的科學(xué)家們一面會(huì)非常尊敬牛頓的理論，另外一面就是想方設(shè)法地去試錯(cuò)。把理論帶到最極端的條件下去試錯(cuò)，只要誤差不太大，他們還會(huì)繼續(xù)用舊理論；一旦試出錯(cuò)誤來(lái)，他們就會(huì)有機(jī)會(huì)基于新的現(xiàn)象提出新的理論，成為下一個(gè)“牛頓”。所以，科學(xué)家是一幫最激進(jìn)的保守主義者。

人類科學(xué)在發(fā)展過(guò)程中，一直到20世紀(jì)前后，觀測(cè)水平得到極大的發(fā)展。在小尺度上，可以觀測(cè)到亞原子級(jí)的水平，在大尺度上，可以直接或者間接觀測(cè)到強(qiáng)引力場(chǎng)和接近于光速下的現(xiàn)象。

于是，在小尺度下，牛頓力學(xué)在描述粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的極大的誤差，同樣的，在接近光速以及引力巨大的情況下，牛頓力學(xué)也出現(xiàn)了很大的偏差。

這就給了那個(gè)時(shí)代科學(xué)家一個(gè)成為“牛頓”的機(jī)會(huì)。他們自然也不會(huì)放過(guò)，前前后后，這群科學(xué)家僅僅用到了不到30年的時(shí)間就完成了新理論的建構(gòu)。

量子力學(xué)描述了微觀尺度下的物理學(xué)現(xiàn)象；

相對(duì)論則描述了強(qiáng)引力強(qiáng)和接近于光速的現(xiàn)象。

更讓科學(xué)家們欣喜的是，兩個(gè)新的基石理論都在宏觀低速兼容了牛頓力學(xué)，或者我們可以說(shuō)，牛頓力學(xué)是量子力學(xué)和相對(duì)論在宏觀低速下的近似解。

科學(xué)發(fā)展的成本

但是科學(xué)理論真可以這樣勻速地發(fā)展下去嗎？答案其實(shí)是否定的。

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，量子力學(xué)和相對(duì)論的出現(xiàn)是因?yàn)槲覀兛梢钥吹礁蟪叨鹊默F(xiàn)象。而能看到這些現(xiàn)象的前提是觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)?？蒲谐杀镜耐度?。地心說(shuō)和牛頓力學(xué)時(shí)代，科學(xué)家一個(gè)人獨(dú)自制造出很不錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)儀器。而到了20世紀(jì)初，科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)備就需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)。

而如今呢？許許多多最前沿的項(xiàng)目，尤其是那些可以對(duì)基礎(chǔ)理論帶來(lái)巨大影響的科研項(xiàng)目，需要幾千人甚至上萬(wàn)人的加入。不僅如此，還需要大量的資金投入。我們舉幾個(gè)例子。

在微觀尺度下，目前最高效的辦法就是利用大型粒子對(duì)撞機(jī)。修建一個(gè)能夠支持目前科研使用的對(duì)撞機(jī)都在千億級(jí)的水平，如果加上后期維護(hù)的費(fèi)用，這個(gè)對(duì)撞機(jī)就相當(dāng)于一個(gè)無(wú)底洞一樣。連美國(guó)這樣的國(guó)家，都曾經(jīng)因?yàn)橘Y金投入太多，而放棄已經(jīng)修建到一半的對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目。

其實(shí)不僅是微觀世界的探索，在大尺度上，天文學(xué)家們和理論物理學(xué)家們也非常關(guān)注暗物質(zhì)和暗能量的相關(guān)研究。這兩個(gè)領(lǐng)域的研究，要么需要發(fā)射探測(cè)器到太空中去做進(jìn)一步的探測(cè)，要么就在地下數(shù)百米甚至是數(shù)千米處做研究。所需要的經(jīng)費(fèi)也是相當(dāng)大的一筆數(shù)字。比如：中國(guó)錦屏極深地下暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室。

理論科學(xué)家的悲哀

這個(gè)時(shí)代已經(jīng)不是某個(gè)科學(xué)家可以單橋匹馬地提出一個(gè)理論。由于如今觀測(cè)成本的大幅度提前，當(dāng)科學(xué)家沒(méi)有辦法看到更極端極度下的物理學(xué)現(xiàn)象，他也就沒(méi)有辦法提出更為新的理論。因此，只要沒(méi)有辦法大幅度且低成本的提高觀測(cè)水平，觀測(cè)本身以及高成本就會(huì)限制住人類科學(xué)理論的發(fā)展。

其實(shí)整個(gè)20世紀(jì)的科學(xué)理論發(fā)展是足夠快的，除了相對(duì)論和量子力學(xué)，科學(xué)家還建立起了一套粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型。

但到此為止，科學(xué)想要再往下發(fā)展，就需要建設(shè)更高性能的設(shè)備來(lái)觀測(cè)更極端尺度下的現(xiàn)象。而目前能夠研究的前沿領(lǐng)域?qū)嵲谔啵也粌H僅只有基礎(chǔ)理論，像計(jì)算機(jī)、生物、醫(yī)學(xué)的相關(guān)研究也十分重要。

因此，各國(guó)都是有選擇地投入到這些前沿領(lǐng)域當(dāng)中，而我們要想得到突破性的理論，這需要等到這些設(shè)備建成，并且拿舊理論進(jìn)行試錯(cuò)，這個(gè)過(guò)程是非常漫長(zhǎng)的。這就當(dāng)中基礎(chǔ)理論的發(fā)展會(huì)越來(lái)越緩慢。

所以，理論發(fā)展緩慢，實(shí)際上并不是人類智力不行，而是要觀測(cè)技術(shù)受限。