考虑物理学的终结

物理完成了吗？ 21世纪通常被称为生物学时代。还是人工智能。或任何其他新兴领域。这将物理学降级到上个世纪-相对论和量子力学的革命震惊世界的黄金时代，基本粒子的发现导致了一系列诺贝尔奖。如今，人们担心“沙漠场景”，如果有的话，几十年来不会发现新的颗粒。

我认为这种观点至少在三种不同的方面是错误的。首先，对于一个已经超越了学科基础的学科来说，本世纪的前二十年对于物理学来说是相当成功的。我们在2012年发现了希格斯粒子，在2015年发现了引力波（2016年宣布），并在2019年发现了黑洞事件视界的第一张图像。所有这三个事件都是降落在地球上的罕见科学大事件。报纸头版吸引了世界的想像。

但是，也许有人会说，导致这些发现的种子全都是在过去的美好时光里种下的。黑洞和引力波是1915年阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）发现的方程式的直接结果。也许物理学已经用尽了最初的观念？

这使我们进入第二个论点。宇宙学的最新进展使我们可以肯定地说，宇宙中有95％的空间缺失。这些缺失的部分由暗物质和暗能量组成，它们都是新物理学同样神秘的形式。只要仍然存在这样的谜团（还有其他谜团），物理学的工作就不会完成。 （我还可以补充一点，对一个学科的5％的理解本身就是一个了不起的成就。）

关于物理学死亡的报道被大大夸大的第三个原因是来自一个更根本的和绝对的错误：在发现新粒子或新力方面定义进步是物理学的近视眼。它忽略了该学科的很大一部分，并且大大低估了我们仍然可以实现的目标。实际上，我相信我们目前所知道的只是物理学中可以忽略的一小部分，有待研究。

物理学的目的是以精确，数学的方式理解宇宙中所有物质和能量的表现，而我们才刚刚开始探索这种无限可能性。声称物理学已经完成，类似于认为数学在引入自然数和基本算术之后就结束了，或者化学随着周期表的出现而结束了。学习国际象棋规则并不能使您成为大师。

事实是，最小的粒子并不是唯一可以找到物理基本定律的地方。他们还可以从许多选民的集体行为中“浮现”出来。一个简单的例子是声波，即物质分子的同步振荡。通过使用量子理论的规则，这些波本身可以用粒子来描述。这些“声子”是声音的基本包或“量子”，它们的行为类似于光子（光的量子）的行为。因此，就像虚构的男爵Munchausen通过拉自己的头发使自己摆脱沼泽一样，物理学是自我维持的-它可以利用自身产生新的基本见解，然后再将其应用于严格的数学中。

面对无穷无尽的物理系统，我们可以从当前已知的基础宇宙中制造出各种各样的物理系统，我开始想象一下物理学的颠倒观点。与其研究自然现象并随后发现自然法则，不如先设计一条新法则，然后对实际显示该法则描述的现象的系统进行反向工程。例如，物理学已经远远超出了高中课程的简单阶段-固体，液体，气体。量子力学的奇异后果使得许多潜在的“奇异”阶段成为可能，已经在理论探索中得到了分类，现在我们可以开始使用特殊设计的材料在实验室中实现这些可能性。

所有这些都是科学领域从研究什么到可能发生的更大转变的一部分。在20世纪，科学家们寻找了现实的基石：所有物质都是由分子，原子和基本粒子构成的；使生命成为可能的细胞，蛋白质和基因；位，算法和网络，构成了人为和人为的信息和情报的基础。取而代之的是，本世纪，我们将开始探索使用这些构建块完成的所有工作。

即使在140亿年的膨胀宇宙和地球上将近40亿年的生命中，自然界仅探索了所有可能设计中最微小的部分。正如生物学家理查德·道金斯（Richard Dawkins）所指出的那样，我们人类以及所有其他曾经生活过的生物都是宇宙彩票的幸运获奖者。从数量惊人的可能的遗传蓝图中，我们偶然选择了我们的代码，使其成为有生命的原型。我们周围的所有形式的事物也是如此。地球和宇宙中的自然过程仅产生了分子和物质形式的完整菜单的一小部分，因此，它们必须遵守的相应物理定律。

但是所有这些现在都在改变。在数百万亿年的时间尺度上，宇宙和生物进化驱动着大自然令人痛苦的缓慢发现过程，并在实验室中以惊人的速度加速发展。起初，这类工作可能感觉像“人造”科学。但是，经过基因设计的细菌绝不会比在野外发现的细菌更真实或值得研究。新颖的一维和二维材料也没有显示出量子理论的好奇心。相反，这些新技术有效地从原子和分子的限制中“解放”了量子力学，并将其带入了日常生活的宏观范围。在某个时候，我们将能够订购现实菜单上的每个项目。

科学涉及所有现象，包括我们实验室和头脑中创造的现象。一旦我们充分意识到这一巨大的范围，就会出现研究企业的另一种形象。现在，终于，科学之船离开了自然界雕刻的安全内陆水道，并驶向大海，用“人造”材料，生物，大脑甚至我们自己的更好版本探索一个勇敢的新世界。

因此，我对物理学的乐观看法对于科学的所有其他分支同样适用：冒险才刚刚开始。