20世紀，是物理學多產(chǎn)的一個世紀。
首先，愛因斯坦的廣義相對論顛覆了牛頓的引力理論，他將引力視作為時空的扭曲、而不是某種力。接著，普朗克、薛定諤和海森堡等人發(fā)展了理解亞原子世界的量子力學。在20世紀中期時，物理學家深刻的意識到在原子的內(nèi)部還有兩種基本力——強核力和弱核力。而到了下半個世紀，物理學家則建立了描述宇宙中已知所有粒子和基本力的標準模型。
物理學的六個原理、六個大問題、及六個解決方案。
但在這個新的世紀里，物理學家似乎舉步維艱。的確，這些年我們有一些非常重大的發(fā)現(xiàn)。例如，2012年科學家在大型強子對撞機中找到了標準模型的最后一塊拼圖——希格斯玻色子;四年后，人類首次在引力波天文臺中直接探測到了引力波。盡管這都是非常偉大的成就，但值得注意——無論是希格斯玻色子還是引力波，都是基于上個世紀發(fā)展出的理論所預言的。而像弦理論那樣的新思想?yún)s始終沒有得到過任何驗證。
萬物是由一維的弦構(gòu)成的嗎?推薦閱讀：《十個問題，帶你認識弦理論》
物理學家Neil Turok說：“自1970年代后，所有的理論工作都還沒有產(chǎn)生一個成功的預言，這是很令人震驚的現(xiàn)狀。”
但這并不意味著物理學家沒有在埋頭苦思，事實上現(xiàn)在發(fā)表于期刊上的研究論文比以往任何時候都要多。但Turok表示，目前所有的研究并沒能真正的幫助我們更好地理解宇宙——至少不像上個世紀那些物理學家所做到的那樣。
他說：“現(xiàn)如今，物理學家撰寫許多的論文、建立許多的理論模型、舉辦許多的研討會議、相互引用彼此的研究成果——我們擁有了好的科學所需要的一切。但我認為，一個好的物理理論就是要能成功地作出預言，而這正是目前所缺乏的。”
一些最被寄予厚望的實驗也沒有找到任何發(fā)現(xiàn)。以位于瑞士地底下的巨大加速器——大型強子對撞機(LHC)為例。在它找到希格斯玻色子后，物理學家希望LHC也能夠迅速找證據(jù)，來證明預言了一系列新的、更重的粒子的超對稱理論。但卻仍未取得任何進展。
左邊為標準模型粒子，右邊為超對稱粒子。| 圖片來源：DESY
同樣地，在尋找暗物質(zhì)(一種占據(jù)了宇宙大部分質(zhì)量卻不可見的物質(zhì))的道路上，我們也毫無收獲。世界上一些著名的實驗，比如LUX實驗、XENON1T實驗、以及中國的熊貓計劃等等，都沒有發(fā)現(xiàn)任何暗物質(zhì)的蹤跡。
此外，一直是萬有理論最佳候選的弦理論如果一直拒絕實驗的驗證，那么像多重宇宙這樣的概念對于一些科學家而言就像是科幻小說，而不是對現(xiàn)實的描述。
我們的宇宙只是多重宇宙中的其中一個?
物理學家Sabine Hossenfelder表示，如果某些東西存在、而我們卻無法觀測到它，那這意味著什么?這一問題似乎屬于哲學范疇的討論。人們可以選擇相信多重宇宙，但它并非科學。
在Hossenfelder的最新著作中，她認為今天的許多物理學家都因數(shù)學而步入歧途，他們被“美麗”或“優(yōu)雅”的方程所誘惑，與真實的世界斷了聯(lián)系。她寫道：“我無法相信這個曾經(jīng)備受尊敬的職業(yè)現(xiàn)在成了什么樣，過去的理論物理學家能解釋觀察到的現(xiàn)象。而現(xiàn)在他們試圖解釋的卻變成了‘他們無法對某些未被觀察到的事物作出解釋的原因’。他們甚至都不擅長這一點。”
伽利略是第一個詳細地描述了數(shù)學與真實世界之間的聯(lián)系的科學家，的確，今天我們所看到的所有成功的物理理論都是由數(shù)學描述的。但是，也有一些偉大的思想家被數(shù)學帶跑偏的例子。
物理領(lǐng)域的重大突破有時需要數(shù)學的協(xié)助，反之亦然。詳見：《物理和數(shù)學的共同演化》| 圖片來源：symmetrymagazine
舉個例子，在17世紀，德國天文學家開普勒發(fā)展了一個詳盡的理論，利用歐幾里得幾何的“柏拉圖立體”(正多面體)來描述行星的軌道。他的假設簡直堪稱優(yōu)美，但卻是錯誤的。
物理學家經(jīng)常在他們的理論中尋求數(shù)學上的優(yōu)雅;與其同時，他們被與之密切相關(guān)的簡單概念所吸引。一些人引用“奧卡姆剃刀”(Occam’s razor)來證明這種對美學的吸引力。奧卡姆剃刀認為，在兩個相互競爭的理論中做選擇時，更簡單的那個通常是正確的。
因強核力工作而獲得2004年度諾貝爾物理學獎的Franck Wilczek說：“我們希望我們找到的定律是優(yōu)美的。我們希望他們會呈現(xiàn)出對稱性，那樣它們就可以基于幾個簡單的假設來解釋清楚許多的事情，所以我們得到的會比投入的更多。”
但Wilczek警告說，沒有人能確保這些原則會得到回報。盡管它們有良好的記錄，但“它們并一定都行得通。”
Wilczek承認，近年來物理學似乎并沒有什么起色，但他說，部分原因是我們在上個世紀獲的成功太巨大了，在70年代和80年代，我們已經(jīng)發(fā)展出非常好的模型來描述這個世界，因此想要在此基礎上作進一步的發(fā)展將是非常非常困難的。
他說，至于超對稱性和暗物質(zhì)粒子，現(xiàn)在就放棄掉這兩種觀點還為時過早，“有時候，你必須要有耐心。”
Turok也樂觀地認為，物理學的新時代或許就要到來——我們需要一個能夠?qū)⒘孔永碚摵蛷V義相對論聯(lián)系在一起的大膽的新想法。“或許我們需要等待的是一些年輕人站出來說，‘啊哈!這就是把所有東西統(tǒng)一在一起的方式’。”
