物理学还会有划时代意义的突破吗?

在写当前的突破之前,我们先来回顾过去:

现代物理的第一个划时代突破大概要算伽利略(Galileo)首先把物理奠基为一门实验的科学。接下来是牛顿(Newton)的运动定律和他的万有引力的两大发现。这奠定了牛顿在物理乃至科学上的不可动摇的地位。

下一个划时代的发现是关于电和磁的统一理论。有很多物理学家对这一理论做出了重要贡献,包括:库仑(Coulomb),安培(Ampere),法拉第(Faraday),等等。最后麦克斯韦(Maxwell)是集大成者,写下了著名的麦克斯韦电磁方程。

然后堪比牛顿的爱因斯坦(Einstein)登场,也做出了两大划时代的贡献。其中狭义相对论(special relativity)的提出还算是时代的需要。而他的广义相对论(general relativity)以时空几何作为引力理论则只能说是人类纯粹思辨智慧的巅峰之作。这也使我们的经典力学(理论)走到了尽头。

最近的划时代的物理工作就是量子理论的建立。它不但带来我们哲学或认识论上极其深刻的思想革命,也直接导致电子信息时代的诞生并对我们现在的日常生活产生了无可估量的影响。量子理论的建立花了几代物理学家大约70年的时间(1900-1970s)才大体完成。粗略地说,从普朗克(Planck)的能量量子,到爱因斯坦的光量子,到玻尔(Bohr)的氢原子的量子模型,到海森堡(Heisenberg)和薛定谔(Schrödinger)的非相对论性量子力学,到狄拉克(Dirac)的相对论性量子力学,到费米(Fermi)的弱作用理论,到韦尔(Weyl)和杨振宁的规范理论,到费曼(Feynman)、朝永振一郎(Tomonaga)、施温格(Schwinger)和戴森(Dyson)的量子电动力学(QED),到盖尔曼(Gell-Mann)的夸克模型,到南部阳一郎(Nambu)和希格斯(Higgs)的自发对称破缺机制,一直到标准模型(Standard Model)的建立 [其中包括,温伯格(Weinberg)、格拉肖(Glashow)、和萨拉姆(Salam)的弱电模型(electroweak model),Gross, Politzer 和 Wilczek的渐进自由的量子色动力学(QCD),以及’t Hooft的可重正化证明]。这是一场真正的人类集体智慧的结晶。我们甚至还可以列出更多的名字,他们同样对量子理论做出了不可磨灭的贡献:泡利(Pauli),德布罗意(de Broglie),玻恩(Born),魏格纳(Wigner),冯·诺伊曼(von Neumann),索末菲(Sommerfeld)。。。

最新的突破很可能已经正在悄悄地发生着。这也许就是我们下面要谈的镜像世界理论(mirror matter theory)。通过对对称性(symmetry)的全新理解,这也可以看作是量子革命的延续。诺特(Noether)用她的定理最先给出了对物理理论中对称性的深刻理解。从上世纪50年代,李政道和杨振宁发现了弱相互作用中宇称对称不守恒(parity violation)开始,到前苏联物理学家(Kobzarev, Okun, Pomeranchuk)在60年代最先提出镜像世界理论思想,到80年代镜像对称思想的复苏,到去年可检验的唯象镜像模型的提出,到今年超对称镜像模型(Supersymmetric Mirror Models)的建立,镜像世界理论也已经发展了将近70年。更详细的历史和介绍可以参见我的博文:镜像世界探秘1——镜像物质理论演义

同样地,有许多物理学家(特别是包括很多量子理论的贡献者如南部阳一郎)为镜像理论的发展做出了重要贡献。这一理论可以解释暗物质暗能量等许多物理难题,而它最有希望之处是它的可检验性。大多数超越标准模型(BSM)的提议都不具有可实际检验的预言。然而新镜像理论恰恰可以作出现在的实验室条件下就能验证的预言(参见arXiv: 1906.10262),包括:中子寿命在小尺寸磁阱(magnetic trap)和超强磁场下的测量,中性强子的不可见衰变,等等。也许,我们正在掀开镜像世界的神秘面纱的一角。

August 26, 2020
Last modified: August 28, 2020

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