百年来物理学为何似乎停滞不前，无重大突破了？回顾历史得出答案

2021年10月5日，诺贝尔物理学奖揭晓，面对名单里的三名物理学家，我们感到十分陌生，也不知道他们的研究方向。如果把时间的指针拨回到100多年前，我们会看见一大串熟悉的名字以及他们的学说理论。现在的物理给人一种停滞不前的状态。2005年是世界物理年，纪念伟大的爱因斯坦发表狭义相对论100周年。

狭义相对论

狭义相对论

已经过去116年，这个时间里再也没有出现过如爱因斯坦、普朗克一样的物理巨匠。人们似乎感觉百年来物理学发展似乎一直停滞不前，没有再取得重大突破了。

然而就在200多年前的1900年，当时的物理学家们和现在的我们抱有同样的想法，认为物理臻于完美，已经没有空间。后来证明，这话不能说太早。同样的，想要知道为何现在的物理似乎看起来一直没有突破，就得回顾整个物理发展的历史，让历史告诉我们答案。

古代物理

人类最早的物理学出现在古希腊时期，涌现出了诸如亚里士多德、阿基米德这样的古典物理学家。尽管物理在那个年代还没有形成一个体系，但这些古希腊物理学家们为后来的发展打下了基础。不过，这些物理学家们还有另一个职业——哲学家。古代物理学普遍依附于哲学，因此具有很大的局限性。

亚里士多德，他是古希腊的哲学家、科学家、教育家，著名的亚历山大大帝的老师。他的物理成就用现在的眼光看很大一部分都是错误的，甚至在很长一段时间里误导了欧洲的后继者们。比如亚里士多德认为，越重的物体下落的速度越快，而我们现在知道，物体下落的速度与其质量没有关系；亚里士多德还认为，白色的光是世界上最纯洁的光芒，事实证明光是由七种颜色“混合”而成。影响最深远的是他认为地球是宇宙的中心，由于亚里士多德的地位太过于崇高，他的一些学说被当作教材，流传了上千年。

但我们不能因为亚里士多德的理论错误，就否定他对物理的贡献。正是他的理论不完美，让后世的物理学家们在验证其猜想时，发现了不足之处，修正了物理发展的路线。

比起亚里士多德，阿基米德研究的都是实用物理，即可以用实验验证的。他亲自跨进浴缸发现水会溢出来，于是得出了浮力定律，又称“阿基米德定律”。他还发现了杠杆原理，说出了那句撬动地球的豪言。比起留下理论，阿基米德留下更多的是他发明的器材，比如他看见人们打水很困难，发明了一种螺旋形的吸水器，成为了现代螺旋推进器的前身。可以说阿基米德是人类历史上最早发展机械学专业的人。

古代物理处在一个混沌的时期，哲学和科学的界限很模糊，甚至还夹杂着神学在里面。因此每个古代物理学家因为其自身的经历和感知，会得到不同的结论，加之当时的条件也不允许做一些实验验证，出现错误很正常。

经典物理

在经历了黑暗的中世纪，萌芽的文艺复兴后，17世纪，以牛顿和伽利略为代表的物理学家，逐渐更正古代物理学家们的错误。18世纪时期，物理学家们在不同领域扩展，物理学不再局限在力学的范畴，而是分布在了生活中的点点滴滴。终于在19世纪形成了一个大的理论体系。

因为这段时期的物理对后世的影响太过巨大而被称为经典物理学，而它的顶峰则是三大理论：经典力学、电磁场理论、热力学和统计力学。经典物理的发展巅峰期正好与第一次、第二次工业革命的时间重合，我们已经很难说清楚，究竟是物理成就了工业，还是工业为物理的研究提供了物质基础。只能说，二者相辅相成，共同缔造了19世纪人类科技的辉煌。

经典物理学始于伽利略的一次实验。古希腊的亚里士多德说过，越重的物体下落的速度越快。伽利略不同意这个理论，于是他将实验第一次引入到了物理之中，在比萨斜弹完成了著名的自由落体运动。第一次证明物体下落的速度与质量无关，并且提出了加速度的概念。300多年后的月球上，美国宇航员在月球上还原了伽利略的自由落体实验，证明其正确性。伽利略还是第一个将物理与天文相结合的人，为之后的天体物理奠定了基石。

伽利略提出了加速度的概念，但他没有解释加速度从何处而来，由于晚年支持日心说，古稀的伽利略受到了牢狱之灾，在监禁中离世。就在他去世一年后，英国诞生了一个小孩，将会和他一起被写进物理史，这个小孩就是牛顿。

牛顿最著名的成就是牛顿三大定律，即惯性、加速度与反作用力。在伽利略的基础上将力这个概念具体化，同时他还因为那颗苹果而发现了万有引力。可以说牛顿造就了经典物理的整个力学，因此被后世称为“力学之父”。然而牛顿的贡献不单单是力学，他用三棱镜得到了七色光，推翻了亚里士多德的白光最纯洁，成为了物理史上第一个光学实验。他还创立了微积分、二项式定义等数学理论，也正是从他开始，物理和数学开始紧密相连。

牛顿、伽利略之后，物理迎来了疯狂的爆发，物理学家们犹如建筑大师，在单调的物理大厦上添砖加瓦，不断完善，最终在20世纪初盖出了摩天大楼。

两朵乌云

1900年跨年之际，著名物理学家开尔文发表新年贺词，里面提到了物理学的发展，开尔文也发表了自己对于未来的展望。他认为，物理发展已经趋近完美，后来的物理学家可以安心享受前人的成果。同时他也在隐隐担心，经典物理的上空浮现了两朵乌云，恐怕会引起一场暴风雨。

第一朵乌云就是以太学说出现了破灭。以太是亚里士多德提出来的一种概念，是自然中的第五元素，即气体、火、水、土之外的组成元素，以太摸不着看不见。另外四个元素均可以作为介质存在，而以太是作为真空中的传播介质，尤其是光。后来牛顿发展出力学后，认为传播力的也是以太。后续的物理学家们将以太概念引入太空之中，认为以太围绕着地球。很快，以太学说迎来了挑战，大家认为地球有公转速度，那么围绕地球的以太风会形成类似于风的物质，物理学家称之为“以太风”。根据伽利略力学原理，当光入射的方向与以太风相反，那么光速会产生变化。

1887年，迈克尔逊与莫雷进行了以太风模拟实验，模拟地球的公转与太阳直射。结果发现，无论怎样改变光线的照射方向，光速是不变的，这与之前的假设完全不一样。经典力学系统第一次受到了挑战。

第二朵乌云是紫外灾难。经典热力学认为，有一种只吸收能量不反射能量的物质叫做黑体。在黑体辐射实验中，物理学家们认为能量是一种连续变化的物理量，发生在波长较长、温度较高的区域。这个假说能够在实验中被验证，但是根据这个理论，如果波长很短，辐射强度可以无限增大。因此物理学家使用紫外线来做实验，发现结果大相径庭，根本不可能实现。经典热力学也受到了挑战。

开尔文的担忧最后变为了现实，这两朵乌云很快引发了物理史上最大的两次变革，相对论的建立与量子理论的诞生。

现代物理

现代物理是以爱因斯坦、普朗克为代表的新时代物理学，他们将物理从宏观带到了微观，将两朵乌云击碎，还物理学一个明亮的天空。

爱因斯坦的相对论建立了一个完全颠覆人们认知的体系。经典力学里面，空间和时间是分开的，它们在两个永不相交的平行线上进行。而爱因斯旦的相对论，将时间与空间结合在一起，诞生了时空的概念。并且经典力学是建立在地球这个系统里的，爱因斯坦创造性地将引力与体系分离，没有引力的是狭义相对论，曲率为零；有引力的是广义相对论，空间会发生扭曲。

以前物理学家假设的以太，也许根本不存在，光不管在何种体系中，速度都是不变的。爱因斯坦还提出了引力场方程，阐述了能量与空间弯曲的关系。后来影视剧爱玩的穿越梗，理论就来自于爱因斯坦的方程式。简单来说就是当物质的速度达到光速以后，周围的空间就会扭曲，物质会回到过去的时空里。

经典物理研究的对象从来都是宏观的物质，但普朗克引入了量子的概念，他认为微观中的物质依旧具有能量，并将其带入了黑体辐射研究，得出了普朗克辐射定律，将第二朵乌云击碎。量子力学颠覆了人们对于物质之间相互作用的认知，将物理研究范围缩小到原子、分子、原子核、凝聚态物质和粒子。它也成为了现在微观物理的支柱理论。它与相对论一起成为了现代物理学的代表。

现代物理学的诞生还是激动人心的，因此在大多数人心里留下了深刻的印象。如今100多年过去了，物理学上目前还没有超越这两个理论的学说，因此人们认为物理发展进入了停滞不前的时代。看来前人太过辉煌，还是会给人一种错觉。

物理从来没有停滞不前

1955年，爱因斯坦与世长辞，世界失去了一个物理天才，物理学进入了后爱因斯坦时代。在这之中，其实也诞生了许多杰出的物理学家，比如被誉为“后爱因斯坦时代第一人”的杨振宁，还有著名的天文物理学家斯蒂芬·霍金。

杨振宁因宇称不守恒定律与李政道一同获得了诺贝尔物理学奖，在粒子物理学上属于最高成就。霍金则是在宇宙与黑洞方面取得了巨大成就，证明了爱因斯坦的广义相对论，著有作品《时间简史》。他们的成就放在今天也算是突破，只不过20世纪初的物理领域人才辈出，大师云集，让他们在这个时代有些黯然失色。

回顾物理发展的历史，我们就会发现，从古希腊时期物理学萌芽开始，到1905年爱因斯坦的狭义相对论问世，中间经过了2000多年；从17世纪伽利略、牛顿的经典物理学创立到量子力学诞生，经历了300年的时间。从中可以看出，物理学不是一蹴而就，它经历了漫长的时期，尤其是中世纪的时候，物理的发展速度比今天还慢很多。然而就算是这样，物理从来没有停下来，它一直都在前进，只不过有些时候，它的脚步会减慢罢了。

或许是现在的世界节奏变快了，让大家的心也跟着急躁，所以看着没有超越前人的物理突破，就开始担心。科学的发展不能用时间去衡量，100年对于物理的整体历史来说，实在是微不足道，无法突破是再正常不过的事情。