淺談物理學(xué)發(fā)展史及霍金跟楊振寧在物理學(xué)史地位
本來(lái)霍金大師逝世時(shí)候樓主就準(zhǔn)備打算寫這篇文章。但是一直沒有什么思路。最近由于黑洞照片,霍金大師又被提起,趁著這個(gè)熱度準(zhǔn)備寫這一波。有些錯(cuò)誤還請(qǐng)大家指正。
古代物理學(xué)真正意義可以說始于阿基米德。雖然我國(guó)古代墨子等對(duì)光學(xué)有研究,但并未形成系統(tǒng)。亞里士多德雖然提出了觀察世界的體系,但是他很多理論都是錯(cuò)的。
而阿基米德是真正對(duì)物理學(xué)奠基意義的人。阿基米德靜態(tài)力學(xué)跟流體靜力學(xué)的奠基人。發(fā)現(xiàn)浮力定律,杠桿定律。奠定了古代物理學(xué)基礎(chǔ)。
然而在中世紀(jì)歐洲更受追捧的是亞里士多德,這個(gè)有宗教原因。直到伽利略的出現(xiàn),伽利略利用實(shí)驗(yàn)推翻了亞里士多德很多錯(cuò)誤的臆想,并且提出了自由落體定律,慣性定律,相對(duì)性原理,用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)支持了日星說。給經(jīng)典物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)期的物理學(xué)家們也在努力追求這個(gè)世界的本源,例如著名的開普勒,發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三大定律。可以說是經(jīng)典物理學(xué)的奠基人。但是到了這個(gè)時(shí)候物理學(xué)還沒有形成體系跟系統(tǒng)。
直到牛頓的誕生,牛頓對(duì)于物理學(xué)的意義是開天辟地的。在此之前雖然伽利略等人發(fā)現(xiàn)提出了一些現(xiàn)象定律,但夠不成體系,但是牛頓完全構(gòu)建了體系,可以說在伽利略等人基礎(chǔ)上,完全超越了前人成就,構(gòu)建了一個(gè)統(tǒng)一理論的物理學(xué)體系。提出了三大運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律。建立了以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典力學(xué)體系。將過去一向被認(rèn)為毫不相干的地上的和天上的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律概括在一個(gè)嚴(yán)密的統(tǒng)一理論之中,這是人類認(rèn)識(shí)自然的歷史中第一次理論大綜合。同時(shí)他也提出了光學(xué)微粒說。經(jīng)典物理學(xué)時(shí)代達(dá)到了頂峰
而后世其他科學(xué)家也遵循著牛頓的軌跡探索著世界,經(jīng)典熱力學(xué)及統(tǒng)計(jì)力學(xué),經(jīng)典電力學(xué),經(jīng)典力學(xué)在不斷發(fā)展。到19世紀(jì)得到了全面、系統(tǒng)和迅速的發(fā)展,達(dá)到了它輝煌的頂峰。到19世紀(jì)末,已建成了一個(gè)包括力、熱、聲、光、電諸學(xué)科在內(nèi)的、宏偉完整的理論體系。
但是麥克斯韋的出現(xiàn),作為物理學(xué)的老三,他建立的電磁場(chǎng)理論,將電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來(lái)。預(yù)言了電磁波的存在,提出了光的電磁說。同時(shí)在統(tǒng)計(jì)物理,熱力學(xué)方面也很有成就。麥克斯韋電磁理論的出現(xiàn)預(yù)示著經(jīng)典物理達(dá)到了巔峰。但是同時(shí),麥克斯韋方程組存在了和牛頓力學(xué)體系之間的矛盾。也直接引發(fā)了經(jīng)典物理學(xué)大廈頭頂?shù)膬啥錇踉?。邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果和以太漂移說相矛盾,以及熱學(xué)中的能量均分定則在氣體比熱以及熱輻射能譜的理論解釋中得出與實(shí)驗(yàn)不等的結(jié)果,其中尤以黑體輻射理論出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”最為突出。人們開始慢慢嘗試走出牛頓力學(xué)體系這個(gè)經(jīng)典物理學(xué)體系去思考問題。
這個(gè)時(shí)候,愛因斯坦出現(xiàn)了,如果說牛頓是開天辟地的物理學(xué)大師,那么愛因斯坦就是開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。他在龐加萊等人基礎(chǔ)上提出了狹義相對(duì)論,后來(lái)又一個(gè)人提出了廣義相對(duì)論。相對(duì)論否定了牛頓以來(lái)絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間概念,建立了新的時(shí)空觀,運(yùn)動(dòng)觀,物質(zhì)觀,并將牛頓力學(xué)作為一種特例概括其中。相對(duì)論既是天體物理和宇宙學(xué)的基本理論,也是亞原子世界微觀物理學(xué)的基本理論。揭示出時(shí)空、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)這三者是密不可分的——它們彼此聯(lián)系的密切程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過經(jīng)典物理原以為的那樣。深刻解釋了時(shí)間跟空間本質(zhì)屬性,并且也直接或者間接衍生了量子力學(xué)。愛因斯坦還提出了光量子理論,成為量子力學(xué)奠基人之一。
而普朗克,愛因斯坦,珀?duì)?,波恩,海森堡,薛定諤,狄拉克等人一起創(chuàng)立了量子力學(xué)。以及產(chǎn)生了很多分支。
而相對(duì)論無(wú)法解釋量子糾纏現(xiàn)象,導(dǎo)致了量子力學(xué)與相對(duì)論之間的差別。以及量子力學(xué)之間不同的分歧。
導(dǎo)致愛因斯坦中晚年一直想思考一個(gè)體系將相對(duì)論與量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái),也就是物理學(xué)大一統(tǒng)。萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力。理論上宇宙間所有現(xiàn)象都可以用這四種作用力來(lái)解釋。通過進(jìn)一步研究四種作用力之間聯(lián)系與統(tǒng)一,尋找能統(tǒng)一說明四種相互作用力的理論或模型稱為大統(tǒng)一理論。
后世也在尋求這種理論,而相對(duì)論跟量子力學(xué)也是現(xiàn)代物理學(xué)兩大研究方向及基礎(chǔ)。費(fèi)曼,朗道,楊振寧,威騰等等皆是此類研究中的翹楚。
而現(xiàn)在物理學(xué)也衍生出這些分支,經(jīng)典和現(xiàn)代物理、電磁學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)、力學(xué)、波動(dòng)學(xué)、核反應(yīng)、相對(duì)論和量子理論、計(jì)量方法和實(shí)驗(yàn)方法等。而現(xiàn)在比較熱門研究方向有凝聚態(tài)物理,原子,分子與光物理,粒子物理,天體物理,宇宙學(xué),流體物理,應(yīng)用物理,人體物理等。
現(xiàn)在到本貼第二個(gè)主題。楊振寧跟霍金的物理學(xué)地位。首先我先下個(gè)定論,楊振寧目前認(rèn)定的學(xué)術(shù)成就地位是超過霍金很多的。不是一個(gè)檔次??梢哉f是當(dāng)世最偉大的物理學(xué)家。
楊老的兩大最重要貢獻(xiàn)
弱作用宇稱不守恒(與李振道一起提出)
解決了建立弱力理論和弱電統(tǒng)一理論具體工作的最關(guān)鍵問題。獲得諾貝爾獎(jiǎng)的成就
Yang-Mills非交換規(guī)范場(chǎng)理論(與米爾斯一起提出)
是整個(gè)粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ),弱電統(tǒng)一的基礎(chǔ)之一。
楊振寧是規(guī)范場(chǎng)論的先驅(qū),可以說引領(lǐng)了20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展。
即使放在整個(gè)物理學(xué)史,也只有牛頓,愛因斯坦這樣開天辟地以及麥克斯韋這樣子有承前啟后的地位的大宗師對(duì)比楊老有檔次性的領(lǐng)先。
在威騰的理論被論證前絕對(duì)的當(dāng)時(shí)第一物理學(xué)家。
可以說是物理學(xué)史前二十位的大牛。
而至于霍金先生呢?
首先我先說一個(gè)定論,霍金先生絕對(duì)不是很多人所謂的物理學(xué)作家。他是一個(gè)非常杰出的物理學(xué)家。當(dāng)然他也是一個(gè)出色的物理學(xué)科普者。
霍金最重要的兩大理論奇點(diǎn)定理跟霍金輻射,他主要研究領(lǐng)域是引力與黑洞。而他的學(xué)術(shù)地位,差不多是70年代以來(lái)在黑洞跟引力領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家之一。即使說霍金沒有諾獎(jiǎng),但是他也是很接近諾獎(jiǎng)級(jí)別的水準(zhǔn)了。當(dāng)然比牛、愛差距太大,比楊老,包括費(fèi)曼,朗道這些物理學(xué)分支引領(lǐng)者也有差距。但是也絕非普通物理學(xué)家,也是物理學(xué)某些領(lǐng)域分支的佼佼者。說就是個(gè)科普作家實(shí)在大大抹殺了霍金先生的學(xué)術(shù)成果。
至于霍金的科普成就。這個(gè)也是他被我們大眾廣為得知的原因,霍金是這個(gè)級(jí)別及以上級(jí)別科學(xué)家中科普成就最高的一位。有不少人被他的書籍領(lǐng)入了物理學(xué)的殿堂,這點(diǎn)其實(shí)值得高度肯定。
而作為一個(gè)與病魔抗?fàn)幍娜?,卻比這個(gè)世界上超過99%的人都對(duì)這個(gè)宇宙這個(gè)世界有著更加深入的思考,而這點(diǎn)難道就不偉大嗎?很多鍵盤俠因?yàn)橐恍┠X殘粉吹噓霍金的成就而過渡抹黑他其實(shí)也是很不可取的。