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物理学历史告诉我们,不能直接验证的未必不存在,三个例子可证明

 炫叶楓雪 2019-05-25

物理学发展至现在,新理论层出不穷,即使是已经得到了物理学界的公认的一些经典理论,依然争议不断,比如爱因斯坦的相对论,霍金的黑洞理论等等。至于弦理论、M理论、十维宇宙理论,无论是物理学界和民间,质疑之声更是从没有断过。

为什么会这样?主要是因为这些理论中一些物理概念和物理量是不可直接测试或者不可直接证明的。比如说“普朗克能量”(100^19亿电子伏特),一些科学家认为如此巨大的能量根本不可能得到,因而相关的理论也就站不住脚。但是从物理学发展的历史上来说,一些当时不能被直接验证的也可以被间接验证,或者以后会被验证。这里可以举三个例子来说明。

第一个例子,在19世纪,一些科学家多次郑重宣布:恒星的组成无法用实验测试。如法国哲学家、科学家孔德就认为:恒星距离我们太遥远,它只是天空中永远无法到达的光点,19世纪乃至以后的任何世纪的机器都无法为人类提供足够大的力量飞出地球并抵达恒星,所以恒星是由什么构成的我们永远会一无所知。

尽管在当时要想直接确定恒星的组成成分似乎确实超出了科学的能力,但具有讽刺意味的是,几乎在同一时间,德国物理学家约瑟夫·夫朗却正在研究这件事。他利用棱镜和分光镜分离从遥远恒星发出的光,由于恒星内的每一种化学元素都具有一种特征性的“指纹”,也就是光谱,因而他很容易就确定了“氢”是恒星中最丰富的元素,并用同样的方法测定了恒星中的其他元素。

第二个例子,同样在19世纪,有科学家提出“原子”的概念,并认为原子是理解化学和热力学的关键点。然而许多物理学家拒绝相信原子的存在,他们认为原子的概念只是一些人手中的数学手段或者计算工具,根本不可能测量到原子,所以原子是不可能存在的。

但1905年,爱因斯坦给出了最具说服力的“原子具有存在性”的间接证据。他发现“布朗运动”(灰尘颗粒悬浮在液体中的随机运动)可以被解释为“液体中的微粒和原子间的随机碰撞”产生的结果。事实上,直至现在,由于海森堡的“测不准原理”,科学家仍然无法直接拍摄到原子的照片,但是很显然,物理学家早就掌握了间接测量原子的方法,再没有人怀疑原子的存在。

第三个例子,1930年,物理学家沃尔夫冈·泡利提出存在一种看不见的粒子,他将其称为“中微子”。在当时的放射性实验中,总会有一部分能量神秘的消失,物质和能量守恒定律似乎被破坏了。泡利意识到,中微子就是那部分消失的能量。但他同时也知道,中微子几乎不可能在实验中被观察到,因为中微子与物质的相互作用非常弱且稀少。所以在当年,也有很多科学界认为中微子是“荒谬”的,根本不可能存在。

但今天,科学家时常在粒子加速器中发现中微子束,也能够利用从核反应堆中产生的中微子做实验,并且在距离地面几百米深的矿井中检测到了中微子的存在(1987年,超新星1987A爆发时,深埋在矿井中的中微子探测器接收到了它发射的中微子)。事实上,从太阳发射出的中微子无时无刻都在穿透我们的身体、穿透地球。原来被认为“不可测试的”、“不存在的”中微子,如今已成为现代物理学的一个重要组成部分。

综上所述,当代物理理论中推测或者预言的一些物理现象可能目前还无法验证,但不能因此就全盘否定。比如说“普朗克能量”,要想验证它几乎不可能,因为它超出了现代科学所能提供的一切能量。但是,一些科学家认为它可以被间接测量到,他们正在寻找从“普朗克能量”发出的信号,一旦发现这种信号,关于弦理论或者十维宇宙理论中的一些难点将迎刃而解。

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