知乎: 21世纪:基础科学之冬
Summer Clover8 个月前
——我坚持认为,我们这一代人所处的时代不会是基础科学的黄金时代。相反,我们这一代将长期处于科学的低谷和技术的高峰中。
我在黄金时代一文(黄金时代:科学传奇 - 夏天和四叶草 - 知乎专栏)里阐述了科学革命发生的规律了。
现在历史上有两次影响深远的科学革命。两次都是基础科学的黄金盛世。历史上的超级天才们大多诞生于这个时代,他们既是是黄金时代的幸运儿,又是黄金时代的缔造者。接下来下来就来讲讲黄金时代和物理学家们的故事。
在技术达到某个临界点时,基础科学才会迎来大爆发式的发展。关键技术的出现则是基础科学大爆发的前提。这个规律是贯穿科学史的重要脉络。
今天偶然看到一则LHC的新闻:没有新东西。(LHC一无所获:物理学要回到出发点了吗?)
其实不算一无所获,毕竟发现了标准模型预言的Higgs粒子,但是最后的结果依然是令人失望的——没有新东西。实验只是淘汰了一些旧理论,没有出现新的物理现象,也没有指明新的物理方向。而LHC的造价超过100亿美元。
在这篇预言未来而非总结过去的文章里,我有两个微小的想法要谈一谈。
第一个想法是,我们这一代人所经历的21世纪(特别是上半叶)很可能会是基础科学的低谷。
强调一下,这里的“基础”指的是还原论意义上“处于解释之矢中更靠近尽头位置”。举个例子,与粒子物理相比,原子物理就显得不那么“基础”。与物理学相比,生命科学就显得不那么“基础”。越接近“基础”的科学,这个冬季会越寒冷。
我们在基础科学上的进展将远远没有爱因斯坦时代那么惊心动魄(量子力学和相对论的诞生),也远远不如牛顿时代那般开天辟地。就基础科学而言,21世纪上半叶会类似于19世纪上半叶——对原有的物理学有零碎的修补,若运气好,我们能发现新的物理学危机。但是一场能变革全人类思想和认知的基础科学革命,不太可能会出现。
牛顿被视为第一次科学革命之集大成者。科学革命剧烈冲击了旧的世界观——地球不是宇宙的中心;从天上到地上,全宇宙都收到普适的物理规律的支配。从伽利略认为,重物轻物下落一样快,到牛顿得到三定律、万有引力定律、微积分,这中间竟然只经历了短短一百年。人类走出了蒙昧的蛮荒。
爱因斯坦是第二次科学革命最重要的奠基人。爱因斯坦最重要的贡献是狭义、广义相对论,同时他也是量子力学的奠基人之一。人类与生俱来的时空观被相对论所颠覆,人类更多的常识、对于自然的基本认知更是被量子力学毁灭。因果性?定域性?互补性?人类的世界观从来没有像这般被一个物理理论所毁灭过。
标准模型是好的,但标准模型也好,弦论也好,都是重要的物理理论,但还远远不是好的物理定律,远远没有曾经的牛顿力学和量子力学那般优雅。21世纪,至少我们这一代人活着的时间里,很难见证这样的思想变革了。
因为这个时代不具备科学革命的条件。
不会有集大成的基础科学成果出现。
不是我期待冬天的来临,而是我感受到了冬天的寒意。
Winter is coming.
(我很希望自己能在有生之年里被打脸。热烈地期待着四种基本力背后的物理学定律。)
在黄金时代:科学传奇 - 夏天和四叶草 - 知乎专栏里的讲到过,我们对第二次科学革命的成果严重地消化不足。当然,我们也是有重要的成果,电子计算机(包括超算)- 量子力学,裂变核电站- 相对论。其中电子计算机是可能是第二次科学革命目前为止最重要的技术成果。电子计算机大大反哺了科学的发展。
但是令人遗憾的是,包括但不限于,我们迟迟没有搞定量子计算机,迟迟没有搞定可控核聚变。这些理论早就有了,40年前我们就说50年后大概我们就能用上了,但我们没有。我还远远没有在技术上消化第二次科学革命的理论成果。
在我们彻底消化这些新技术前,我们可能找不到打开新科学之门的钥匙。
就像没有天文望远镜的出现,人类很难观测到大量准确的天文数据,万有引力定律的出现就会大大推迟。
就像没有新的光谱技术和精密加工能力,20世纪的人类就不可能发现量子力学的魅影。我们发现不了原子光谱的精细/超精细结构,哥本哈根学派的大宗师玻尔怎么可能步入量子力学和哥本哈根诠释的大门呢。
这个时代,我们真正缺少的是寻找“新的超精细结构”的技术。这样的技术具备了,生产力就能继续提高,对基础科学的探索就能大步向前。否则,我们只能像19世纪的物理学家一样,对物理学的大厦修修补补,做一些“二流的工作”。我在本科的第一位导师是做量子理论物理的,他在一次lecture上阐述了这样的观点,和20世纪上半叶不一样,这是一个一流物理学家只能做二流工作的时代。
第二个想法是,21世纪上半叶会是技术进步的高峰。我们应当且能够在这一代人的时间里大大加深对第二次科学革命的技术消化。
电子计算机是第二次科学革命最重要的技术成果。它加速了基础科学的探索,也提高了各行各业的生产力。变革我们生活的互联网来自于它。即将变革我们生活的人工智能还是来自于它。最近几年人工智能的发展让绝大多数人工智能科学家瞠目结舌。世界各地拔地而起的研究院,汹涌而来的科研经费,不断涌入的青年俊杰,这些一切都说明,人工智能正在步入一个高峰。
其实不只人工智能,量子技术也正在以前所未有的速度发展。中国的量子卫星项目、欧盟的《量子宣言》,美国几大巨头对量子计算的投入已经比其他所有国家加起来还多得多。量子计算机两个关键参数之一的退相干时间,从大约10年前开始满足摩尔定律。
我们这一代人要见证的、要完成的主要使命应当是,彻底消化目前基础物理理论衍生的科技成果。从还原论中解释之矢的另一头出发,逐步迈向“基础尽头”,也许是更符合目前实际情况的科技之路。
顺利的话,我们可以在21世纪上半叶得到那个打开新科学大门的钥匙,在21世界下半叶获得类似于“超精细结构”的发现,再之后才能找出比量子力学更基础的物理定律(比如弦论)。
我不确定这个关键技术会是什么。但人工智能和量子计算机大概会是重要的工具。
基础科学的命运啊,当然要靠科学家的奋斗,但也要考虑到历史的进程才行。
最后,一点私货:
基于上面这些原因,在2016年的时间点,私以为大科学项目不应当再给大型加速器了。我们没有任何把握发现新物理。而一个加速器的经费能养活千百个顶尖的物理/化学/生物组,足够20个欧洲「量子宣言」。中国在这个时间点投加速器只会把科技的领导地位拱手让人。不是说永远都不造更大的加速器了,而是说这个冬天不是好时机。我们更应当把经费合理分配给那些同样重要却耗资不那么多的领域,包括但不限于前几年诺奖的蓝光LED、iPS细胞等,比如正在兴起的量子通信、量子计算、基因编辑技术、脑科学等。因为一个加速器的投入可以投至少20个其他领域的大科学项目了。这些领域的价值和影响没有哪个比一个加速器来得更次要。特别是,加快消化量子科技才是未来数十年最重要的科技方向。(人工智能怎么办?已经能赚钱的技术交给企业办。)
应尽早设立量子科学国家实验室,开启量子大科学项目。
Summer Clover8 个月前
——我坚持认为,我们这一代人所处的时代不会是基础科学的黄金时代。相反,我们这一代将长期处于科学的低谷和技术的高峰中。
我在黄金时代一文(黄金时代:科学传奇 - 夏天和四叶草 - 知乎专栏)里阐述了科学革命发生的规律了。
现在历史上有两次影响深远的科学革命。两次都是基础科学的黄金盛世。历史上的超级天才们大多诞生于这个时代,他们既是是黄金时代的幸运儿,又是黄金时代的缔造者。接下来下来就来讲讲黄金时代和物理学家们的故事。
在技术达到某个临界点时,基础科学才会迎来大爆发式的发展。关键技术的出现则是基础科学大爆发的前提。这个规律是贯穿科学史的重要脉络。
今天偶然看到一则LHC的新闻:没有新东西。(LHC一无所获:物理学要回到出发点了吗?)
其实不算一无所获,毕竟发现了标准模型预言的Higgs粒子,但是最后的结果依然是令人失望的——没有新东西。实验只是淘汰了一些旧理论,没有出现新的物理现象,也没有指明新的物理方向。而LHC的造价超过100亿美元。
在这篇预言未来而非总结过去的文章里,我有两个微小的想法要谈一谈。
第一个想法是,我们这一代人所经历的21世纪(特别是上半叶)很可能会是基础科学的低谷。
强调一下,这里的“基础”指的是还原论意义上“处于解释之矢中更靠近尽头位置”。举个例子,与粒子物理相比,原子物理就显得不那么“基础”。与物理学相比,生命科学就显得不那么“基础”。越接近“基础”的科学,这个冬季会越寒冷。
我们在基础科学上的进展将远远没有爱因斯坦时代那么惊心动魄(量子力学和相对论的诞生),也远远不如牛顿时代那般开天辟地。就基础科学而言,21世纪上半叶会类似于19世纪上半叶——对原有的物理学有零碎的修补,若运气好,我们能发现新的物理学危机。但是一场能变革全人类思想和认知的基础科学革命,不太可能会出现。
牛顿被视为第一次科学革命之集大成者。科学革命剧烈冲击了旧的世界观——地球不是宇宙的中心;从天上到地上,全宇宙都收到普适的物理规律的支配。从伽利略认为,重物轻物下落一样快,到牛顿得到三定律、万有引力定律、微积分,这中间竟然只经历了短短一百年。人类走出了蒙昧的蛮荒。
爱因斯坦是第二次科学革命最重要的奠基人。爱因斯坦最重要的贡献是狭义、广义相对论,同时他也是量子力学的奠基人之一。人类与生俱来的时空观被相对论所颠覆,人类更多的常识、对于自然的基本认知更是被量子力学毁灭。因果性?定域性?互补性?人类的世界观从来没有像这般被一个物理理论所毁灭过。
标准模型是好的,但标准模型也好,弦论也好,都是重要的物理理论,但还远远不是好的物理定律,远远没有曾经的牛顿力学和量子力学那般优雅。21世纪,至少我们这一代人活着的时间里,很难见证这样的思想变革了。
因为这个时代不具备科学革命的条件。
不会有集大成的基础科学成果出现。
不是我期待冬天的来临,而是我感受到了冬天的寒意。
Winter is coming.
(我很希望自己能在有生之年里被打脸。热烈地期待着四种基本力背后的物理学定律。)
在黄金时代:科学传奇 - 夏天和四叶草 - 知乎专栏里的讲到过,我们对第二次科学革命的成果严重地消化不足。当然,我们也是有重要的成果,电子计算机(包括超算)- 量子力学,裂变核电站- 相对论。其中电子计算机是可能是第二次科学革命目前为止最重要的技术成果。电子计算机大大反哺了科学的发展。
但是令人遗憾的是,包括但不限于,我们迟迟没有搞定量子计算机,迟迟没有搞定可控核聚变。这些理论早就有了,40年前我们就说50年后大概我们就能用上了,但我们没有。我还远远没有在技术上消化第二次科学革命的理论成果。
在我们彻底消化这些新技术前,我们可能找不到打开新科学之门的钥匙。
就像没有天文望远镜的出现,人类很难观测到大量准确的天文数据,万有引力定律的出现就会大大推迟。
就像没有新的光谱技术和精密加工能力,20世纪的人类就不可能发现量子力学的魅影。我们发现不了原子光谱的精细/超精细结构,哥本哈根学派的大宗师玻尔怎么可能步入量子力学和哥本哈根诠释的大门呢。
这个时代,我们真正缺少的是寻找“新的超精细结构”的技术。这样的技术具备了,生产力就能继续提高,对基础科学的探索就能大步向前。否则,我们只能像19世纪的物理学家一样,对物理学的大厦修修补补,做一些“二流的工作”。我在本科的第一位导师是做量子理论物理的,他在一次lecture上阐述了这样的观点,和20世纪上半叶不一样,这是一个一流物理学家只能做二流工作的时代。
第二个想法是,21世纪上半叶会是技术进步的高峰。我们应当且能够在这一代人的时间里大大加深对第二次科学革命的技术消化。
电子计算机是第二次科学革命最重要的技术成果。它加速了基础科学的探索,也提高了各行各业的生产力。变革我们生活的互联网来自于它。即将变革我们生活的人工智能还是来自于它。最近几年人工智能的发展让绝大多数人工智能科学家瞠目结舌。世界各地拔地而起的研究院,汹涌而来的科研经费,不断涌入的青年俊杰,这些一切都说明,人工智能正在步入一个高峰。
其实不只人工智能,量子技术也正在以前所未有的速度发展。中国的量子卫星项目、欧盟的《量子宣言》,美国几大巨头对量子计算的投入已经比其他所有国家加起来还多得多。量子计算机两个关键参数之一的退相干时间,从大约10年前开始满足摩尔定律。
我们这一代人要见证的、要完成的主要使命应当是,彻底消化目前基础物理理论衍生的科技成果。从还原论中解释之矢的另一头出发,逐步迈向“基础尽头”,也许是更符合目前实际情况的科技之路。
顺利的话,我们可以在21世纪上半叶得到那个打开新科学大门的钥匙,在21世界下半叶获得类似于“超精细结构”的发现,再之后才能找出比量子力学更基础的物理定律(比如弦论)。
我不确定这个关键技术会是什么。但人工智能和量子计算机大概会是重要的工具。
基础科学的命运啊,当然要靠科学家的奋斗,但也要考虑到历史的进程才行。
最后,一点私货:
基于上面这些原因,在2016年的时间点,私以为大科学项目不应当再给大型加速器了。我们没有任何把握发现新物理。而一个加速器的经费能养活千百个顶尖的物理/化学/生物组,足够20个欧洲「量子宣言」。中国在这个时间点投加速器只会把科技的领导地位拱手让人。不是说永远都不造更大的加速器了,而是说这个冬天不是好时机。我们更应当把经费合理分配给那些同样重要却耗资不那么多的领域,包括但不限于前几年诺奖的蓝光LED、iPS细胞等,比如正在兴起的量子通信、量子计算、基因编辑技术、脑科学等。因为一个加速器的投入可以投至少20个其他领域的大科学项目了。这些领域的价值和影响没有哪个比一个加速器来得更次要。特别是,加快消化量子科技才是未来数十年最重要的科技方向。(人工智能怎么办?已经能赚钱的技术交给企业办。)
应尽早设立量子科学国家实验室,开启量子大科学项目。