萬有理論:人類文明下一次升級在什么時候执隧?

1666和1905兩個奇跡年,引領了人類文明的兩次升級。但發(fā)展永無止境镀琉,還有更多的星辰大海需要人類去征服峦嗤。

這既源于人類的探索精神,也來自于對未來的擔憂——正如電影《流浪地球》所說屋摔,地球資源終將耗盡寻仗,環(huán)境會惡化到難以生存,到那時凡壤,我們的科技水平署尤,能支持我們離開地球,離開太陽系嗎亚侠?

我們悲觀地發(fā)現(xiàn):在可預見的未來曹体,我們做不到。因為硝烂,我們的科技發(fā)展箕别,正在陷入停滯。

舉一個很簡單的例子:芯片滞谢。


近期串稀,圍繞5G等高科技發(fā)展引發(fā)的中美爭端,使華為狮杨、光刻機母截、芯片等一眾名詞頻繁進入我們的視野,而關于芯片發(fā)展的“摩爾定律”也為更多人熟知橄教。

摩爾定律指的是:當價格不變時清寇,芯片上可容納的元器件的數(shù)目,約每隔18-24個月便會增加一倍护蝶,性能也將提升一倍华烟。

半個多世紀來,這條定律屢試不爽持灰,儼然成了一條自然法盔夜。但是,先不說這是巧合還是真理堤魁,單是考慮下這個問題喂链,就讓人毛骨悚然——芯片的工藝制程已經(jīng)從28nm提升到14nm,再到10nm姨涡,目前7nm已經(jīng)量產(chǎn)衩藤,5nm也已突破,可是涛漂,接下來呢赏表?永遠這么縮小下去检诗,到1nm,0.1nm瓢剿,0.01nm逢慌?

不可能!

不單是工藝技術上做不到间狂,理論上也不可行攻泼。

工藝達到20nm以內,就已經(jīng)碰到量子效應問題鉴象,7nm/5nm時量子效應已可能產(chǎn)生異常影響忙菠,芯片制程不可能無限制縮小,我們終有一天要撞上墻壁(也許10年后纺弊,5年后牛欢,甚至就是明后年),那時怎么辦淆游,電子信息工業(yè)發(fā)展停滯嗎傍睹?

再跳出來看整個科學體系。從1905年奇跡年以來犹菱,百余年間的科技發(fā)展一直在愛因斯坦的理論框架下進行拾稳,基礎理論未曾有過新的突破。

我們現(xiàn)在的科學腊脱,更多的是應用科學访得,即將牛頓、愛因斯坦等先輩的理論轉化為實際應用虑椎,比如前文提到的GPS震鹉、半導體、激光燈捆姜,以及接下來的AI、機器人迎膜;

以及驗證科學泥技,即驗證愛因斯坦等先輩的理論,比如當年刷爆朋友圈的LIGO探測器成功發(fā)現(xiàn)引力波(為此誕生了一個諾貝爾物理學獎)磕仅,以及黑洞照片的問世珊豹、上帝粒子的發(fā)現(xiàn),均證明愛因斯坦的理論是正確的榕订,科學研究仿佛變成了“愛因斯坦又正確了”的狂歡店茶。

而最重要的基礎科學,即類似牛頓劫恒、愛因斯坦對宇宙基本規(guī)律這樣的研究贩幻,陷入了停滯轿腺。

基礎科學,才是最關鍵的丛楚。

劉慈欣在《三體》一書中講到族壳,為了限制地球發(fā)展,三體文明利用智子干擾了地球環(huán)境趣些,使基礎科學實驗無法得到正確結果仿荆,導致基礎科學無法突破,相關應用更無從談起坏平,地球科技被徹底鎖死拢操,文明無法進步。

基礎科學舶替,是科學的基礎庐冯,是宇宙的基礎。

如果說科學是搭樂高積木坎穿,應用科學的作用是搭出各式各樣的造型展父,那基礎科學就是樂高積木本身——沒有基礎科學,你連搭樂高的機會都沒有玲昧。

時至今日我們依然在運用牛頓栖茉、愛因斯坦的理論體系,沿著他們的基礎科學道路前進孵延,沒有新的選擇吕漂。

為什么?因為科技樹越攀越高尘应,科學體系越來越復雜惶凝,對科學家的要求也更高,需要的人力物力財力也更多犬钢,研究難度也更大苍鲜。牛頓、愛因斯坦二十余歲顛覆世界的個人英雄式的神話玷犹,很難再出現(xiàn)混滔。

終有一天人類會走到盡頭,那時歹颓,沒有新的關鍵發(fā)明可以發(fā)明坯屿,沒有大的技術提升可以提升,整個人類文明發(fā)展只能停滯巍扛,遑論升級领跛。

如果我們的控制力始終局限在地球范圍內,如果我們拿不出比愛因斯坦的理論更高級的理論撤奸,去突破星際航行的限制吠昭,掌握利用宇宙資源的能力喊括,找出宇宙運行的真諦,我們終將畫地為牢怎诫。

有破局之道嗎瘾晃?

有的。等待下一個奇跡年幻妓。

下一個奇跡年什么時候到來不得而知蹦误,但引發(fā)新一輪革命,推動人類文明第三次升級的理論體系肉津,很有可能就是萬有理論(Theory of Everything强胰,ToE)。

萬有理論指“一種具有總括性妹沙、一致性的物理理論框架偶洋,能夠解釋宇宙的所有物理奧秘”。

具體來說距糖,萬有理論能夠統(tǒng)一宇宙間的四大基本作用力——引力玄窝、電磁力、強力悍引、弱力恩脂,使在高能量狀態(tài)下,四種力統(tǒng)一為一種力趣斤,這樣我們就能將一切現(xiàn)象串聯(lián)起來俩块,給予合理解釋。

再通俗點來說浓领,就是現(xiàn)行的幾種理論玉凯,有互相矛盾之處,在各自作用領域联贩,它們是正確的漫仆,但去解釋對方領域時,行不通撑蒜。所以我們需要一種新理論來統(tǒng)一解釋所有現(xiàn)象歹啼。

這種“統(tǒng)一”,千百年來一直在進行座菠,也是物理學進步的本質。

比如藤树,牛頓將伽利略的拋物線運動與開普勒的天體橢圓運動統(tǒng)一起來浴滴,發(fā)現(xiàn)了萬有引力;

比如岁钓,麥克斯韋統(tǒng)一了電力和磁力升略,提出了電磁力,與牛頓的力學體系一道構成了經(jīng)典物理學體系。

但是倦踢,作為支柱的牛頓力學體系與麥克斯韋電磁場理論竟然是相矛盾的求冷,牛頓力學無法解釋電磁場(開爾文男爵怎么能夠說經(jīng)典物理學大廈只需要修修補補了呢?)翰撑。

于是罩旋,愛因斯坦出場了,他以狹義相對論成功調和了兩者的矛盾眶诈,實現(xiàn)了統(tǒng)一涨醋,經(jīng)典物理學也成功實現(xiàn)向現(xiàn)代物理學轉變。

接下來逝撬,他的目光轉向了更大的問題:引力和電磁力能否統(tǒng)一浴骂。

從下圖中就可以看到,兩種力的計算公式就是一個模子里刻出來的宪潮,是個正常人都能想到它們是不是可以統(tǒng)一起來溯警。


愛因斯坦像壯士般向下一個巔峰發(fā)起沖刺,但這次他失敗了——他窮盡后半生近40年的研究狡相,以徒勞無功告終梯轻。

原因一方面是這實在太難了,另一方面是當時強力谣光、弱力還未發(fā)現(xiàn)檩淋,影響了他的研究。

這也是為什么他在二三十歲這個年紀光芒萬丈萄金,后來卻鮮有新成就的原因——他把時間浪費掉了蟀悦。

但探索沒有放棄。強力氧敢、弱力被發(fā)現(xiàn)后日戈,科學家們轉變了思路——既然愛因斯坦都無法統(tǒng)一引力和電磁力,那就先從強力孙乖、弱力浙炼、電磁力的統(tǒng)一開始。

1967年唯袄,統(tǒng)一電磁力與弱力的理論提出弯屈,所預言的粒子也于1983年找到,電弱統(tǒng)一完成恋拷。

隨后资厉,統(tǒng)一電磁力、弱力和強力的標準模型提出蔬顾,截至目前關于這三種力的幾乎所有實驗的結果都與該理論預測吻合宴偿,且該理論提出的61種基本粒子湘捎,最后一種叫作希格斯玻色子的粒子已于2012年被發(fā)現(xiàn)(該粒子也因別號“上帝粒子”而出名),因此目前看起來窄刘,三種力統(tǒng)一了窥妇。

2012年發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的 歐洲大型強子對撞機

問題又回到了原點,引力怎么辦娩践。標準模型無法將引力統(tǒng)一活翩,這也牽扯出了現(xiàn)代物理學體系中最大的一個問題:作為支柱的廣義相對論與量子力學,兩者是矛盾的欺矫,就跟當年經(jīng)典物理學體系中牛頓力學體系與麥克斯韋電磁理論相矛盾一樣纱新。

廣義相對論研究的是宇宙、星系穆趴、黑洞等大尺度天體脸爱;而量子力學研究的是原子、質子未妹、中子等微觀世界簿废。

宇宙

微觀世界

廣義相對論認為時空是連續(xù)的、平滑的络它;量子力學認為時空是分割的族檬、漲落的。

廣義相對論認為世界是確定的化戳,上帝不擲骰子单料;量子力學認為世界是隨機的,不可預測的(著名的薛定諤的貓和平行宇宙概念)点楼。

廣義相對論認為引力是空間彎曲引起的扫尖;量子力學認為力是粒子相互作用引起的,而引力掠廓,抱歉换怖,沒有引力子,解釋不了蟀瞧。

兩個理論對世界有不同的認識沉颂,在矛盾中引領人類前進,直到兩者在某個領域相遇悦污,以不可避免的正面碰撞铸屉,阻礙人類前進,人類科技到達終點切端。

所以抬探,一種新的、能統(tǒng)一廣義相對論和量子力學帆赢,能統(tǒng)一四種基本力的萬有理論小压,成了破局之道。

誰能完成這一壯舉椰于,誰就能掌握宇宙的終極怠益,引領人類文明第三次升級。

弦理論和圈量子引力論瘾婿,是當前兩個走得最遠的理論蜻牢,能否成功還未知。

而相關的實驗設備——對撞機要不要建偏陪,特別是中國要不要建抢呆,也引發(fā)了廣泛爭論。

但無論如何笛谦,人類的探索永不止步抱虐,這是對子孫后代的負責,也因為“我們從祖先那里繼承了對于統(tǒng)一的饥脑、無所不包的知識的強烈渴望恳邀。”(by薛定諤)

下一個奇跡年,讓我們靜靜等待灶轰。


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