这是一位网友提的问题,他引用了亥姆霍兹的一段话:“一旦把一切天然现象都化当作简单的力,并且证实天然现象只能这样来简化,那么,科学的使命就算完当作了。”提问者要求评价这种不雅点。
我不知道这段话是不是赫姆霍兹的原话,但可以试着解读一下。
要弄清这个问题,首先让我们熟悉一下这位物理学巨匠。
亥姆霍兹的全名很长,叫赫尔曼·路德维希·斐迪南德·冯·亥姆霍兹,德国人,是糊口于19宿世纪一位伟大的生物物理学家、数学家,是能量守恒定律的创立者。之所以被称为“生物物理学家”,是因为他不单研究了物理学,还研究了眼的光学布局,还对剖解学、心理学有很深的造诣,发现了验目镜、角膜计、立体千里镜等等。
他不单在力学、热学、化学等方面功底深挚,当作果显著,还在电磁学上取得了很大当作功。他测得电磁感应传布速度为314000km/s,从法拉第电解定律推导出电可能是粒子。由此指导它的学生海因里希·鲁道夫·赫兹,在1887年尝试证实了电磁波的存在;而他一系列演讲,促进了麦克斯韦电磁理论的广为传布,让麦克斯韦引起了宿世界物理学界注重,当作为最伟大的电磁学巨匠。
其实,这位天才的科学家肄业之路并不顺遂,中学读完后就因经济问题不得不辍学,以在戎行服役8年的前提换到公费进入柏林医学科学院进修机遇,他不单进修了医学常识,还迫不及待的旁听进修化学、心理、数学、哲学等课程,最终以医学博士的学位完当作学业。所以,可以说亥姆霍兹是一个全才。
关于亥姆霍兹把一切都归结于力的理解。
把宿世界上的一切都归结于力,是亥姆霍兹能量守恒理论的焦点不雅点。关于能量守恒定律,亥姆霍兹本家儿要论点有三,即:一切科学都可以归结到力学;牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的,是以可以用拉氏方式,以里说传递的能量或它所作的功来量度力;所有的能量都是守恒的。
有人认为,他这种把一切都归结于力的不雅点,是机械唯物本家儿义,是受到汗青局限的原因。我不这么认为。他在总结了前人研究的力学、热学、电学、化学当作果根本上,发现了各类活动中的共性,严谨证实了能量守恒定律,是人类对天然素质熟悉的一次重大冲破。我认为他对力是宿世界素质的熟悉,是他对能量守恒定律素质理解的延长,是从哲学层面临科学当作果的高度归纳综合。
后来的爱因斯坦在能量守恒根本上,进一步提出了质能守恒定律,这是对物质宿世界素质更为深刻简化的高度归纳综合。爱因斯坦把我们宿世界高度归纳综合为时空物质三位一体,质量和能量是等价可以交换的,用一个简单的等式就高度浓缩了这个宿世界物质的素质,即伟大的质能方程:E=MC^2。此中的E暗示能量,M暗示质量,C暗示光速。
现代物理学已经发现了四种根基力。
现代物理学认为,我们宿世界上所有的物质都受到四种根基力的节制,这就是万有引力、电磁感化力、强彼此感化力、弱彼此感化力。曩昔的理论认为,这些力在分歧的感化规模里起着分歧的感化。
万有引力是最弱的力,感化于一切质点,但感化规模无限远;电磁力感化规模也是无限远,但强度比万有引力大10^36倍,只要有电荷就有这种力存在,几乎充溢在我们糊口一切方面;弱力是仅次于万有引力的第二弱的力,强度是万有引力的10^32倍,感化规模最小,只在10^-17m规模有用,只感化于电子、夸克层子、中微子(微中子)等费米子,并制约着放射性现象;强力是四种根基力中最强的力,强度达到引力的10^38倍,感化规模也很小,只有10^-15m,又称核力,就是这种利巴原子核堆积在一路。
四种根基力可以或许同一在一路吗?
仍是在爱因斯坦时代,就提出了大同一理论,这个理论就是把力求把四种力同一起来的理论。爱因斯坦的后半生,几乎就躺在了对这个理论的追求里,胡想着找到一个法子,将各自为政的四种根基力用一个理论同一起来。他很想像质能方程那样,一个简单的等式就揭示出这个宿世界最隐秘的素质。
但可惜直到1955年逝宿世,爱因斯坦也没有弄出个头绪来。好在后来有良多科学家担当他的衣钵,不竭在大同一理论方面发力,终于在上宿世纪六十年月取得冲破:格拉肖、温伯格和萨拉姆等科学家洞悉了电磁力和弱力内涵本色的统一性,成立了弱电同一理论,也就是把弱力和电磁力同一起来了。
这个理论的降生,得益于杨振宁-米尔斯理论,这个理论是由此刻健在科学家杨振宁,和美国物理学家罗伯特·劳伦斯·米尔斯联手创立。这是一个伟大的理论,创立于1954年,是规范场论的开山祖师。起头没有引起科学界正视,但到了六七十年月,当作为同一场论的根本。
大同一理论能当作功吗?
依然是在杨-米尔斯规范场论的根本上,成立起了现代粒子物理学的尺度模子,这是描述强力、弱力、电磁力三种根基力及构成所有物质根基粒子的理论,这种理论把粒子分为费米子和玻色子两大类,预言共有61种,此刻60种粒子都已经发现并在尝试中获得验证,只有号称天主粒子的希格斯玻色子,已经被发现,还有待进一步验证。
这个理论算是同一了三种根基力吗?科学界还有些争论,认为还存在一些显著缺陷,且引力还远远没有被纳入进来,是以一向没有当作为根本物理学完全理论的一部门。那么,大同一理论可以或许当作功吗?人们把但愿依靠在上宿世纪下半叶逐渐鼓起的“弦理论”上,认为这个理论很可能是最终冲破瓶颈,将四种根基力同一到一个框架的理论。
弦理论认为我们宿世界最深条理的根基单位并不是粒子,而是比粒子更小良多的线状的“弦”构成,在这个层面就没有什么费米子和玻色子之分了,所有的物质都同一于“弦”。在这样单一的状况下,还需要那么多种力去诠释吗?不就只需要一种理论就能诠释吗?
这或许就是“弦理论”很可能终结四种力的原因吧。
四种力同一了,人类对宿世界的理解就更深刻更简单。
其实,亥姆霍兹说得一点也没错,即即是四种力不同一,这个宿世界的一切也可以用四种力来诠释。但四种力获得同一的时辰,宿世界就变得更简单了。当人类对天然界的理解越来越深刻的时辰,就会发现整个宿世界的焦点机制本来就是这么简单,既朴素又美好。
就像看魔术,在花里胡哨的表演面前是那么的扑朔迷离和神秘,但一旦看清其背后的机制或被揭穿,本来是那么的简单和不胜回味。
与魔术分歧的是,大天然的素质永远值得摸索和回味。所以对这个问题我有一点分歧意,就是“一旦把一切天然现象都化为简单的力,科学的使命就算完当作了”这种说法。因为人类熟悉宿世界素质的摸索永无尽头,大天然深层机制就像无尽的套娃,一层层不竭深切,跟着对更深条理素质的挖掘,人类文明才可以或许不竭标的目的更高条理成长。
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