지난 100년 동안 물리학에서 큰 진전이 없었던 이유는 무엇입니까? 물리학의 발전이 점점 더 느려지고 있나요?

지난 100년 동안 물리학에서는 큰 발전이 거의 없었다는 말이 요즘 유행하고 있습니다. 여기서 거의 100년은 아마도 상대성 이론과 양자역학 다음으로 물리학을 의미할 것입니다. 그렇다면 이 진술에 진실이 있습니까?

오늘은 이 주제에 대해 이야기해보겠습니다.

과학이론의 탄생

이 문제를 이해하려면 먼저 과학이론이 어디서 오는지 이해해야 한다.

우선, 이론이 현상보다 먼저 나타나는가, 아니면 현상보다 늦게 나타나는가라는 질문을 생각해야 한다.

사실 이 문제는 매우 복잡하고 사람마다 생각이 다를 수 있습니다. 과학과 철학의 아버지로 불리는 탈레스는 만물의 근원은 물이라고 주장했습니다. 이 문장은 궁극적인 질문에 대한 많은 사람들의 생각을 촉발시켰으며 철학과 과학의 시작으로 여겨지기도 합니다.

그러나 탈레스 이후 철학자들은 일반적으로 이러한 문제를 순전히 사변적인 방식으로 생각하며, 이로 인해 이론은 점점 현실에서 벗어나게 됩니다. 나중에 유명한 철학자 플라톤은 "현상을 구하기" 위해 혁명을 일으켰습니다. 그는 이론이 현상에 적합할 수 있어야 한다고 믿었습니다.

이 모든 것이 실제로 지구중심 모델에 잘 반영되어 있습니다. 플라톤의 제자들은 이론적 요구 현상에 발판을 마련하려고 노력하기 시작했습니다. 실제로 Eudoxus의 지구 중심 이론이 전형적인 예입니다. 그러나 Eudoxus의 이론에는 여전히 근절되지 않은 순전히 이상주의적인 것들이 있습니다. 그것은 "원형 원격 이동이 완벽하다"고 믿었던 고대 그리스 철학자들입니다. 따라서 그들은 모델을 변경하기보다는 오히려 극도로 복잡하게 만들었습니다. 개념.

프톨레마이오스 시대에는 이 천동설이 이미 80개 이상의 원을 포함하고 있었지만 실제로는 당시 사람들이 사용할 수 있을 만큼 정확했기 때문에 어느 정도 프톨레마이오스의 천동설은 과학적인 이론이다. 왜냐하면 이 이론은 과학이론의 패러다임에 부합하기 때문이다.

관찰현상의 한계

그래서, 현상이 이론에 선행하는지, 이론이 현상에 선행하는지 알 수는 없지만 알 수 있습니다. 그러나 우리가 아는 것은 검증된 이론이 현상과 일치해야 한다는 것입니다. 우리의 눈은 가시광선 대역의 전자파만 수신할 수 있고, 시각에도 범위가 있으므로 우리가 볼 수 있는 세계 자체가 제한되어 있다는 것을 알 수 있습니다. , 그리고 볼 수 있는 현상은 제한되어 있습니다.

그뿐만 아니라 우리는 육안으로 미시적인 세계를 볼 수 없고, 거시적인 대규모 세계나 고속의 세계도 볼 수 없다.

뉴턴이 제안한 최초의 이론을 고전물리학이라고 합니다. 이 이론 세트는 인간의 육안으로 할 수 있는 모든 것에 완벽하게 적응할 수 있습니다. 우리는 또한 뉴턴이 다루는 규모를 거시적인 저속 세계로 간주합니다.

가장 급진적인 보수

그러나 내면의 추진력이 있는 사람이라면 누구나 성취를 이루고 싶어할 것이며, 과학자 집단도 마찬가지입니다. 뉴턴 역학은 거시적 저속에서의 규모를 완벽하게 설명했지만.

한편으로는 후대의 과학자들이 뉴턴의 이론을 매우 존중할 것이지만, 다른 한편으로는 최선을 다해 실수를 하려고 할 것이다. 그들은 이론을 가장 극단적인 조건으로 삼아 실수를 저지릅니다. 오류가 너무 크지 않은 한 그들은 재판에서 실수를 하면 계속해서 기존 이론을 사용할 것입니다. 새로운 현상에 기초한 새로운 이론을 바탕으로 차세대 "뉴턴"이 됩니다. 그러므로 과학자들은 가장 급진적인 보수주의자이다.

인문과학의 발전 과정에서 20세기 무렵까지는 관찰의 수준이 크게 발전했다. 작은 규모에서는 아원자 수준을 관찰할 수 있고, 큰 규모에서는 강한 중력장과 빛의 속도에 가까운 현상을 직접 또는 간접적으로 관찰할 수 있습니다.

따라서 뉴턴 역학은 작은 규모에서 입자의 움직임을 설명하는 데 있어서 큰 오류를 범합니다. 마찬가지로 빛의 속도가 빛의 속도에 가깝고 중력이 클 때 뉴턴 역학도 오류가 있습니다. 큰 편차.

이는 그 시대의 과학자들이 '뉴턴'이 될 수 있는 기회를 제공했다. 당연히 그들은 이 과학자 그룹이 새로운 이론을 완성하는 데 30년도 채 걸리지 않았습니다.

양자 역학은 미시적 규모의 물리적 현상을 설명합니다.

상대론은 강한 중력과 빛의 속도에 가까운 현상을 설명합니다.

과학자들을 더욱 기쁘게 하는 것은 두 가지 새로운 초석 이론이 거시적 저속에서 뉴턴 역학과 호환된다는 점입니다. 또는 뉴턴 역학은 거시적 저속에서 양자역학과 상대성이론의 근사해라고 말할 수 있습니다. .

과학 발전의 비용

그런데 과학 이론이 실제로 그렇게 균일한 속도로 계속해서 발전할 수 있을까요? 대답은 실제로 '아니요'입니다.

우리는 현상을 더 큰 규모로 볼 수 있기 때문에 양자역학과 상대성이론이 출현했다는 것을 알게 될 것입니다. 이러한 현상을 보기 위해서는 관측기술의 발전과 대규모 과학연구비의 투자가 전제조건이다. 지구중심 이론과 뉴턴 역학 시대에는 과학자들만이 아주 좋은 실험 도구를 만들었습니다. 20세기 초에 과학자들은 실험 장비를 위한 팀이 필요했습니다.

그리고 지금은? 많은 최첨단 프로젝트, 특히 기본 이론에 큰 영향을 미칠 수 있는 프로젝트에는 수천, 심지어 수만 명의 참여가 필요합니다. 뿐만 아니라 많은 자본 투자도 필요합니다. 몇 가지 예를 들어 보겠습니다.

미시적 규모에서 현재 가장 효율적인 방법은 대형 입자 충돌기를 사용하는 것입니다. 현재의 과학 연구를 지원할 수 있는 충돌기를 구축하는 것은 수천억 달러 수준입니다. 사후 유지 관리 비용을 추가하면 이 충돌기는 바닥 없는 구덩이와 같습니다. 미국 같은 나라도 너무 많은 돈을 투자해 절반만 완성된 충돌체 프로젝트를 포기한 나라도 있다.

사실 미시적인 세계에 대한 탐구뿐 아니라 대규모로 천문학자와 이론물리학자들도 암흑물질과 암흑에너지 관련 연구에 큰 관심을 기울이고 있다. 이 두 분야의 연구에서는 추가 탐지를 위해 탐지기를 우주로 발사하거나 지하 수백 미터, 심지어 수천 미터에서 연구를 수행해야 합니다. 필요한 자금도 꽤 크다. 예: 중국의 Jinping Deep Underground Dark Matter Laboratory.

이론과학자들의 슬픔

이 시대에는 과학자 한 명이 스스로 이론을 제시하는 것은 더 이상 불가능하다. 관찰 비용의 상당한 발전으로 인해 과학자들이 더 극단적인 물리적 현상을 볼 수 없으면 더 새로운 이론을 제안할 수 없습니다. 따라서 저렴한 비용으로 관찰 수준을 크게 향상시킬 수 있는 방법이 없는 한, 관찰 자체와 높은 비용은 인간 과학 이론의 발전을 제한하게 됩니다.

사실 20세기 전반에 걸쳐 과학이론의 발전은 충분히 빨랐으며, 상대성 이론과 양자역학 외에도 입자물리학의 표준모형도 확립했다.

그러나 현 시점에서 과학이 더욱 발전하려면 더 극단적인 규모에서 현상을 관찰할 수 있는 고성능 장비를 구축해야 합니다. 현재 연구할 수 있는 첨단 분야는 너무 많고, 기초 이론뿐만 아니라 컴퓨터, 생물학, 의학 분야의 관련 연구도 매우 중요합니다.

따라서 국가들은 이러한 프런티어 분야에 선별적으로 투자하고 있습니다. 획기적인 이론을 얻으려면 이러한 장비가 구축될 때까지 기다려야 하며 이 과정은 매우 어렵습니다. 결과적으로 기본 이론의 발전은 점점 더 느려질 것입니다.

그래서 이론의 발전이 느린 것은 사실 인간의 지능이 부족해서가 아니라 관찰 기술의 한계 때문인 것 같습니다.