基础物理学为何近百年来都没有重大突破？是什么限制人类的发展？

过去百年，相对论和量子力学的崛起无疑代表了物理学的巨变，尽管如此，基础物理领域似乎没有出现革命性的飞跃。规范场论、粒子标准模型，甚至是弦理论，虽然令人瞩目，却未能达到相对论颠覆牛顿力学的那种震撼效果，更不用说量子力学对传统观念的深刻挑战，彻底改变我们的宇宙观和价值观。

我们不禁要问，为什么会这样？今天，让我们尝试去深入探讨这一疑问。

探讨科学，我们应首要了解科学理论是如何孕育的。这一问题看似复杂，但很多研究者认为，科学理论最初源于哲学的思考。哲学以纯粹理性思辨的方式探究世界，有时显得与现实脱节。不过随着哲学的发展，它开始与现实世界密切关联，因为只有深入现实，哲学才能更好地造福人类。

地心说的提出就是哲学与现实结合的典型例证。尽管现在我们知道地心说是错误的，但我们不能因此否认地心说是一个科学理论，因为一个科学理论并不一定非得是正确的。

科学理论必须能解释观察到的现象。长期以来，古人每天目睹日月星辰围绕地球旋转，这使他们认为地球是宇宙中心。从这个意义上说，地心说并没有错，因为这是古人实际所见。即使现代的我们站在“上帝视角”认为古人错误，但如果我们回到古代，没有现代知识，我们也会得出同样的结论。

人类对世界的认知总是有限的，例如我们的眼睛只能看见可见光，而可见光只是电磁波谱的一小部分。这意味着我们所见的世界总是局限的，由此得出的科学理论也必然有局限性，这种局限性在任何时代都是难以突破的。

例如，牛顿的力学定律仅适用于低速和低引力环境，它有其局限性，在亚光速和强引力的环境下就不再适用。尽管如此，我们不会苛责牛顿，因为我们的生活范围有限，在地球上牛顿力学体系已经足够精确。科学家们只需对自己的观测行为负责，牛顿时代所能观测的范围仅限于地球，得出的理论自然是科学理论。

尽管后人敬仰牛顿和他的力学体系，但科学家对任何理论都持严厉态度，他们不断尝试在极端环境下检验理论。一旦发现与理论不符之处，他们就会提出新理论，并反复验证。

谁不想成为下一个“牛顿”？随着科技水平的提高，到了20世纪，人类的观测能力有了质的飞跃，既能观测微观量子世界，也能观测亚光速和强引力环境。

科学家们发现，无论是在微观世界还是亚光速世界，牛顿力学体系都存在较大偏差，于是我们见证了相对论和量子力学的诞生，以及爱因斯坦等伟大物理学家的辉煌。

牛顿力学只是相对论和量子力学在低速低引力宏观世界的特例，在地球上已足够精确，因此它仍然统治着我们的生活。那么，为什么过了一百多年，相对论和量子力学似乎没有取得突破性进展？毕竟，我们明白它们不可能是科学的终点。

我们不能忽视一个事实，在几百年前的牛顿时代，科学家可以独立制造出良好的实验设备，但到了20世纪，特别是如今，独立研究和制造优秀实验设备已变得不切实际，至少需要团队合作，甚至多个部门的协同工作。

许多前沿科学研究，特别是基础科学理论研究，需要数千人合作才可能实现，并且需要巨额资金和漫长的时间。例如，大型粒子对撞机是研究微观世界的有效工具，但建造和维护它需要巨大的成本。这也解释了为什么像美国这样富有的国家最终放弃了建造对撞机，因为即使建成，也不能保证一定会有重大发现。

不仅是微观世界，在更广阔的尺度上，科学家们渴望探索暗物质和暗能量这两个神秘领域，这需要发射大量精密探测器到太空进行长时间观测，所需的人力物力也是巨大的。

总之，今天的科学发展已不再是单个科学家独立探索的时代，现在很难再出现像牛顿和爱因斯坦这样“一统天下”的科学巨匠。尤其是在科学发展过程中，无论是微观还是宏观领域的观测成本都极其昂贵，如果不能建造更高性能的精密仪器来观测更极端尺度下的物理现象，基础科学就很难有重大突破。

现在，包括中国在内的许多国家都在增加对基础科学的投入。然而，明眼人都知道，对基础科学的投入回报率很低，需要很长时间才能看到回报。

换句话说，对基础科学的投入更像是“吃力不讨好”，短期内看不到回报，甚至可能永远没有回报，因为不知道基础科学的未来方向在哪里，可能一开始就错了。

因此，基础科学在过去一百年没有大的突破，并非人类智力问题，而是我们的观测技术受到限制，无法窥见更极端环境下物质的运行情况。而观测技术的进步需要更精密的仪器，但这种投入有时就像“无底洞”，不管投入多少，最终可能都不会引起太大波澜。