在未來,能夠比肩愛因斯坦的物理學家需要做出什麼樣的成就?

還有可能嗎

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熱心網友回答 (12)

  • 愛愛茶

    2019-08-03 23:53

    未來能夠比肩愛因斯坦的物理學家需要做的仍然是愛因斯坦做過的,只不過要更深了。這就像愛因斯坦想當年做的就是牛頓曾經做過的一樣,只是比牛頓研究的更深了。對同樣問題的不斷地深入研究,這也體現了真理的相對性特徵。另外,他們研究的都是基礎和影響全局的根本性問題,這也是愛因斯坦和牛頓之所以成為最偉大科學家的根本原因,否則,如果只研究局部和非根本性問題,只能算普通科學家。下面我們來看看他們曾經研究的是些什麼問題,也就知道未來的愛因斯坦需要做出什麼樣的成就。

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    咱們先來看看牛頓都取得些什麼成就

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    牛頓從絕對時空觀出發,秉承了自哥白尼、伽利略、笛卡兒、克卜勒以來的優秀科學成果,

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    界定了物理學上的基本概念,總結出牛頓力學三大基礎定律;發現萬有引力定律,把天上和地下的物理統一了起來,構建起了經典物理的大廈。並且他的動手能力很強,親手發明製作了反射式望遠鏡,當然還發明了微積分。

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    各個成果都夠今天的諾獎級別。在他眾多的科學成果里,最主要的還是力學三大定律和萬有引力定律,這也是經典物理體系的核心和基礎。

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    牛頓物理學承認時間和空間是與物質一樣有獨立而實在地存在,這是因為牛頓繼承了伽利略的加速度概念,而加速度只可能是相對於「時間和空間的加速度」,為了使加速度具有實際意義,就必須把空間看作是靜止的,把空間看作是獨立的物質,只不過牛頓本人及同時代的人感到把空間本身和空間的運動狀態說成是具有物理實在意義並不太妥當,但為了使力學具有明確的實在意義,當時沒有別的辦法。由此可見,把時間和空間看作是先驗於物質存在的絕對時空觀是多麼地深入牛頓的思想中。牛頓物理雖然也繼承了伽利略的相對性原理,但他僅把相對空間和運動看作是絕對空間可動的部分或其量度。他曾以「水桶實驗」來證明絕對空間的存在:

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    水桶剛開始旋轉時,水沒有跟著水桶壁運動,水和桶壁之間相對運動最大,但水桶中的水是平的;而當水和水桶壁一起轉(沒有相對運動)時,水面卻是凹的,說明水的圓周運動是絕對運動,因而存在絕對靜止的絕對空間,他的觀點遭到馬赫的批判和愛因斯坦的顛覆。

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    馬赫認為水沿桶壁上升是離心力作用的結果,水桶實驗只是證明了水桶壁和水之間的相對運動不能引起顯著的離心力,實際上這離心力是水對大質量地球相對轉動所產生的,如果讓水「不動」,而讓地球飛快轉動,水同樣也能沿水桶壁上升,運動還是相對的,沒有絕對運動。愛因斯坦受到了馬赫思想的啟發,最後徹底顛覆了絕對時空觀。

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    牛頓的萬有引力定律認為萬物之間都存在引力,引力的大小與物體之間的距離和質量有關,引力之間的作用是超距的,即不需要時間傳遞,至於引力是什麼?怎麼作用和傳遞的?以及物體間為什麼有引力?牛頓是一概不知。

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    咱們再來看看愛因斯坦的成就

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    針對牛頓經典物理存在的問題,還有麥克斯韋電動力學並不滿足伽利略相對性原理的問題,還有「以太漂移」實驗關於光速不變的問題,愛因斯坦大膽創新,提出了自己的看法,並最終創立了現代科學理論。

    首先他認為相對性原理應該是一個普遍性原理,也應該適用於電磁力,之所以不適用於電磁力,是因為伽利略相對性原理只是個關於空間的相對性原理,裡面缺少了時間的相對性,愛因斯坦放棄了牛頓的絕對時空觀,把這個相對性進行了推廣,然後與光速不變原理結合,成功地創立了狹義相對論。解決了當時所有的問題,確立了相對時空觀。結合上面對牛頓的敘述可以看出,相對性原理從伽利略時就一直貫穿其中,相對性也是科學理論的基礎和根本性的問題,對相對性的深刻理解推動著科學的發展,愛因斯坦創立的廣義相對論更有力地證明了這一點。

    狹義相對論只是慣性參考系(沒有引力)下物體運動的科學理論,它並不適用非慣性系的情況,但現實中幾乎都是非慣性系的情況,引力也處處都在,特別是狹義相對論的一些結論還會產生一些難以解釋的「悖論」,比如說「雙生子佯謬」,

    所謂「雙生子佯謬」說的是哥哥乘坐近光速飛船離開地球,按照狹義相對論鐘慢尺縮效應,在地面的弟弟會看到哥哥所在飛船里鐘錶的時間過的比地面的鐘慢,但根據相對性,在飛船的哥哥看來,弟弟所在地面鐘錶的時間過的比飛船的鐘慢。兩個結論產生了矛盾,但根據狹義相對論,這兩個結論都是對的,這是怎麼回事?狹義相對論解釋不了,直到廣義相對論創立以後,這個問題才得到完美解釋。原來哥哥乘坐近光速飛船離開地球再回到地球,存在加速和減速的過程,按照廣義相對論解釋,哥哥乘坐的飛船變換了好幾個參考系(時空),時間真的膨脹了。哥哥回到地球以後,顯的比弟弟年輕多了。

    當然如果哥哥乘坐飛船一直勻速直線飛行不再回地球,那狹義相對論的結論是對的,哥哥和弟弟互相看到對方的時間變慢,這就是時間同時性的相對性。

    廣義相對論不僅能解釋時光穿越旅行的問題,更主要的,它是個關於引力的理論。我們知道狹義相對論不能解決非慣性系,即有加速度的情況。愛因斯坦發現非慣性系的加速度等效於一個慣性系加上引力,他常常用太空中的一個升降機來解釋:

    如果在沒有任何引力的太空,對這個升降機向上施加一個拉力,使這個升降機以9.8米/秒²的加速度向上運動,那升降機里的人無法判斷自己是在向上以9.8米/秒²的加速度上升,還是受到地球引力且相對靜止於地球。愛因斯坦認為加速度等效於引力場局域,這就是等效原理。愛因斯坦從等效原理出發,結合推廣到非慣性系的相對性原理(廣義協變,物理定律在任意參考系具有相同的形式),利用黎曼幾何和張量分析等數學工具,一氣呵成廣義相對論。他認為大質量天體彎曲了周圍時空,引力不過是時空彎曲的幾何效應,彎曲的時空就是引力場,宇宙中充滿了天體,因而宇宙時空是彎曲的,平直的時空是不存在的。物體在時空中的運動不過是沿著「測地線」運動。

    他對引力的本質以及如何「作用」和傳遞作了一次有益的探索,他否定了牛頓關於引力的「超距作用」,認為引力的傳遞是需要時間的,速度為光速,因為引力與時空有關。

    未來的愛因斯坦應該做什麼成就?

    在1915年發表廣義相對論以後,至今已百餘年,經歷了無數次實踐的檢驗,它的眾多預言被一一證實,廣義相對論已成為人們研究引力以至宇宙的有力武器,是迄今為止最好的引力理論。也是反映最根本最基礎物理規律的科學理論。廣義相對論就是愛因斯坦在狹義相對論的基礎上把相對性原理再次推廣到所有參考系的革命性成果。愛因斯坦創立兩個相對論的過程,實際上也是把相對性原理的適用範圍從力學推廣到電動力學,然後再推廣到引力的過程。然而相對性原理的推廣到廣義相對論並沒有到盡頭,按愛因斯坦的說法,還有電磁場和引力場統一的「總場」,自然界的四種作用力至今還沒統一,也許在對相對性原理再次推廣的基礎上又有新的突破,取得可以比肩愛因斯坦的成就。

    由於篇幅的原因,就寫這些吧。看到這裡的讀者不容易了,有收穫就請關注評論一下吧。

  • 17965942857

    2019-08-01 14:52

    要搞清楚這個問題,我們其實就要弄清楚科學究竟是如何發展的。

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    其實在牛頓之前也是有很多學者,但是牛頓被認為是現代物理學的開山鼻祖。這是因為,他統一了「天上」和「地上」的物理學。在他之前,學者們認為天上和地上是用不同的物理學規則的。

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    而且牛頓力學很好地解決了宏觀低速的世界,也就是我們人類日常生活中的物理學。不僅如此,牛頓力學可以很好地解釋各種物理學現象,以及預測物理學現象。最有名的莫過於發現「海王星」,當時的人僅僅用紙和筆,就計算出了海王星的位置。

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    後來,學者們發現了很多電和磁的現象,但一直沒有辦法很好地解釋這兩種現象。於是,麥克斯韋橫空出世,提出了麥克斯韋方程,預言了電磁波的存在,還說光是一種電磁波。發現沒有,和牛頓的情況很像,科學家也是僅僅用紙和筆就預測了「看不見、摸不著」的電磁波。

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    後來,麥克斯韋的麥克斯韋方程推導出來光速在任何參考坐標下都是不變,這和牛頓理論矛盾了。於是,為了解決這個問題,愛因斯坦提出了相對論。在相對論中,愛因斯坦調和麥克斯韋方程和牛頓力學的矛盾。

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    同一時期,在微觀中,尤其是亞原子級別,科學家通過α粒子散射實驗,粒子對撞機,雲室等方法漸漸形成了一套理論,被我們稱為量子力學。如果,我們仔細去分析一下牛頓理論,麥克斯韋方程,愛因斯坦的相對論以及量子力學就會發現。

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    每當人類觀測技術進步了,就會產生新的理論。一開始只是肉眼可見的宏觀低速世界,牛頓力學剛剛好用。但是在引力大,尺度大,速度大的地方,牛頓力學誤差很大了,才會出現相對論,而且相對論很好地解決了這個問題。其次,同樣的事情也發生在亞原子級別,牛頓力學又開始誤差巨大,這時候就有了量子力學。除此之外,當科學家掌握了α粒子散射實驗、雲室以及大型粒子對撞機的技術後,

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    科學家找到了更多的粒子,並且了解到了原子核內,甚至是質子內部的情況,並以此構建了粒子物理標準模型。也就是說,偉大的理論除了需要偉大的科學家,同時還需要觀測技術的提升。

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    我們一直沒辦法驗證「弦理論」正是由於觀測設備不行,觀測設備的誤差都比「弦」的尺度要大得多。

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    所以,新的理論一定是要出現在目前我們不了解的,但是正在升級設備準備去了解的那些領域。比如說:引力波的探測和運用。由於光速對於信息,物質,能量的速度限制,這導致了人類的視野有限,而對於引力波的引力將會繼電磁波之後,人類的第二雙眼睛。

    有了引力波,可觀測宇宙可以從直徑922億光年,多提升8光年,達到930億光年,還能讓我們了解到宇宙前38萬年內到底發生了什麼。

    除此之外,還有暗物質,暗能量,中微子,黑洞等領域,這些領域的相關研究真的很有可能會引發科學革命。所以,我認為未來的能夠比肩牛頓,愛因斯坦的科學家,其實應該是出現在這些相關領域的頂級專家。

    不過,其實也有一個很現實的問題,那就是現在的科研很艱難,靠一個人是完不成的,只能依靠團隊的力量才行。所以,以後要超越牛頓、愛因斯坦不一定會是某個人,更可能是某個團隊。

    所以,最後我們來總結一下,科學理論的發展其實遵循著這樣一條路徑,那就是「觀測」和「誤差」,只有觀測技術上升了,使得現有的理論和現實產生了巨大的「誤差」,這時候就很有可能出現新的理論,麥克斯韋,愛因斯坦,量子力學都是這樣的。所以,如果未來出現一個能和牛頓、愛因斯坦比肩的科學家,很有可能在出現在目前無法探明的一些領域,比如:引力波,暗物質,暗能量,中微子和黑洞等領域。不過,未來想要單槍匹馬做革命性的理論和成就非常難,所以更有可能是一個團隊提出個革命性的理論。

  • 旺咩咩

    2019-08-01 15:17

    唉!愛因斯坦難道還值得比肩嗎?包括愛因斯坦在內的所有物理學家們都屬於2019年以前,落後的物質時代的人,他們被物質的表象所蒙蔽,所欺騙,他們言必稱物質,用物質思維來研究物質的表象,可研究了一百年物質,至今連個什麼是物質都不知道,研究宇宙吧,可宇宙的定義也不知道,恕本民科大不敬,物理大咖們的研究,至今仍是一筆自相矛盾的糊塗賬!究其原因,實在是很簡單,他們缺乏一個超越物質的,能夠鳥瞰宇宙的宏大視野(看看牛頓,愛因斯坦的思維大前提: 慣性參照系,是何等的可憐!至於其他物理大咖們的思維大前提,簡直是不值一提!)。所以超越物質的使命,只能由中國的民科來完成了,2019年,世界前沿科學的研究中心,正在轉向中國! 那麼,讓牛頓,愛因斯坦們為代表的物質時代,進入歷史吧!

  • 11174261362

    2019-08-01 17:15

    蔡元培先生預言:中國人在「自然科學基礎理論」創新上必然從地質學界開始!

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    上世紀末,張海亭先生提出了「鐵鎂質橄欖岩和菱鎂礦的隕落成因」,指出了「板塊運動」的片面性和局限性,是「隕落地質學理論」的創始人。

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    隕落地質學理論認為:磁場裡高速流動的物質轉化為金屬態氫離子,岩石和礦物是小行星撞擊地球產生的金屬態氫離子聚合形成的;金屬態氫離子的「磁力矩」相互切割聚合形成新元素的同時釋放電磁波——能量。

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    可見:物質是金屬態氫離子聚合形成的,熱核反應質量守恆,物質不會轉化為能量;鏈式反應是衝擊波層流里金屬態氫離子聚合的新元素反覆裂解為金屬態氫離子形成了連續的爆炸。

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    西方物理學家在定性、定量分析上做出了貢獻,但是物質與能量(電磁波)是不同的概念;未來的物理理論創新需要把金屬態氫離子定性,質子、中子、電子是自旋方向不同的金屬態氫離子……

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  • 陳潔

    2019-08-01 22:52

    之前回答過,這個問題和在某個新興行業成為新的首富有點類似的困難,因為社會越發展越完善,分割的就越細化。科學更是這樣,要在某個領域創立新的顛覆性理論,已經越來越困難了。但不代表沒有,比如那些呼聲很高的量子力學、核動力、弦理論、暗物質等,但這些迫於人類的科技水平,在已有的研究基礎上,還看不到任何有能開宗立派、獨樹一幟的跡象。所以能出現牛頓、愛因斯坦那樣的大師,會是極度困難的事情!但,不代表沒有。可能只是我們的研究方向錯了!個人認為,物質方面的研究已經進入了難以逾越的瓶頸期,而在思維意識方面的研究,卻沒有任何實質性的進步,還屬於原始的空白階段。比如對人腦思想的研究,至今醫學和生物學都還只是停留在腦電波的基礎研究上,不知道它為何產生、不知道它如何控制身體、不知道它是否可以複製或被操縱,在動物和植物身上是否有意識、是否能和人類建立交流,這些都沒有人可以預測,是幾乎完全的空白。所以如果深入的研究,可能會出現大師級的科學巨匠。畢竟世間所有的物質與現象都是極微小粒子的組合~包括意識。但我們始終不知道究竟是意識控制了這些粒子的變化,還是這些粒子的變化才產生了邏輯思維。說我能想到的另外一種情況:如果真有其他緯度的空間,真的有平行宇宙,那麼夢可能就是我們穿越時空的方式!科學的盡頭是神學,我們研究的越深入,遇到的瓶頸就越大,有些問題就越難以解釋,比如詭異的量子糾纏,它很像劉慈欣《三體》中描述的那樣,我們的科技發展到這一步再也不會有突破了,似乎被質子或某種神秘力量給鎖死了!雖然社會發展很快,但自愛因斯坦以來,理論物理學尤其在量子問題上已經停滯很久了。如果沒有神學,沒有被其他文明鎖死,個人認為可能是某一個公式的參數出現了一丁點的錯誤,就像愛因斯坦的宇宙常數那樣,使人類在研究方向上出現了錯誤,導致半個多世紀人類的基礎理論都遲滯不前。更大的可能是,看似很複雜的問題,答案就在我們的生活中,粒子在微觀層面的變化產生的夢境,其實就是我們在穿越時空,在平行宇宙間遨遊,夢裡可以不受任何時間與地域的限制,有喜怒哀樂的真實觸感,能見到很多不可能的人和事,卻不會改變過去,也不會影響醒來後的現實世界,更沒有任何的外祖母悖論等。所以我現在的假想是:人類每天都在通過夢境穿越時空。道理很簡單,只是不知道如何去證實,因為現在對夢的研究還處於不可控的無解狀態,等人類能控制夢境了,可能會有更好的解釋吧,就像《盜夢空間》里那樣,分不清什麼是夢什麼是現實。微小的粒子變化產生了我們的意識,也產生了人類難以回答的一個終極問題:「我」是誰?如果沒有了意識,像石頭一樣不能感知周圍的溫度、壓力變化、不欣賞地球的風景、也不能思考宇宙的各種問題,那麼我們所熟知的一切理論規則、創造的所有輝煌成就與燦爛文化都將蕩然無存。所以,期待在意識研究方面,能出現耳目一新的理論,創造全新的學術領域,讓人類在物質進步的同時,能夠在意識形態上向高等文明更進一步!

  • 2414168730768340

    2019-08-04 13:08

    應該對生命科學有所突破,對過去,未來有初步的了解

  • 周大俊59480658

    2019-08-01 17:20

    先不說成就,此人首先要是思想家和藝術家。俱備足夠的想像力和創造性!

  • 108123140546

    2019-08-01 17:38

    搞定可控核聚變,可以成為古往今來歷史第一人。

  • 連刀登

    2019-08-02 08:49

    科技攀登與實際登山是不一樣的,畢竟無法預設高度。

  • 58195431137

    2019-08-02 13:39

    利用他的理論能預知宇宙的今生前世,並利用他的理論人類能輕易走向宇宙

  • 大大150566870

    2019-08-01 17:39

    推翻愛因斯坦相對論即可

  • 111500906486

    2019-08-01 17:16

    宇宙運行的原理趨勢與歸宿…暗物質理論完善…