爱因斯坦和牛顿是否被严重高估了?

先说答案,爱因斯塔和牛顿实至名归,没有被高估。

给大家讲一个故事吧,关于地心说与日心说的故事。

1 地心说与日心说
1.1 地心说

自古以来,人们就观察到日出日落:

很自然的我们会认为,太阳会围绕地球旋转(中心蓝色的是地球,绕着转的黄色的是太阳):

太阳好解释,但是火星的运行轨迹就比较难了。

我们在地球上观察到的火星轨迹是这样的(图片来源):

火星看上去就像在天空“徘徊”(古人把行星称为“徘徊者”或者“planetai”,这也是行星的词源),不像是绕着地球运转啊。

古人绞尽脑汁,终于想到了怎么安放火星的运动。

那就是火星围绕太阳转,并且跟随太阳围绕地球转:

这样的模型就可以解释,地球上观察火星的轨迹了(图片来源):

这就是地心说,认为地球静止不动,而所有天体都围绕地球转动。在此前提下,尝试对天体的运动进行解释。

克劳狄乌斯・托勒密(约100-170),是一位埃及希腊数学家。在他的著作《至大论》中,完善了地心说。

1.2 日心说

如果,我们换一个视角,把太阳当作中心,地球、火星都在各自的轨道上,围绕着太阳转,也可以解释火星的轨迹:

是不是清爽了很多?这就是日心说。

来,看下,日心说下的太阳系运行vs地心说下的太阳系运行(图片参考):

地心说看起来真是一团糟。

尼古拉·哥白尼(1473年2月19日-1543年5月24日)是文艺复兴时期波兰数学家、天文学家,他提倡日心说模型,提到太阳为宇宙的中心。一般我们认为哥白尼真正让日心说走上了历史舞台。

1.3 小结

托勒密以及地心说,确实可以解释和预言大量的天文现象。但是太复杂。

并且随着新的天文观测事实的出现,原有的模型无法解释,就需要修正。

比如为了解释太阳和月亮与地球间的距离变化,只有让地球不在正中心,稍微偏离一点。可以想象,这让计算更加复杂。

这么复杂的模型,以及当时没有电脑这样的工具,让天文学的发展已经举步维艰。

哥白尼以及日心说,建立了全新的模型,问题一下变得简单(并不说非要哥白尼来发现日心说,没有哥白尼,我想或许开普勒也会提出日心说吧。但是历史上,确实是哥白尼摘下桂冠)。

日心说,开启了现代天文学的时代。解放后的天文学家,在新的模型的基础上展开工作,让整个天文学都获得了长足的进步。

2 牛顿和爱因斯塔

没有牛顿和爱因斯坦,物理也会像地心说一样,充满了混乱。

2.1 牛顿

牛顿之前也有物理方面的研究。

比如,丹麦贵族第谷,在国王赐予的小岛上观测了20年的天文数据。他的助手开普勒通过这些数据,花了6年的时间推算出了开普勒第一、第二定律,又花了十年时间推算出了开普勒第三定律。

开普勒第二定律,在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的:

而牛顿的力学三定律、万有引力定律,可以轻松的推出这些定律(当然,力学三定律是牛顿在开普勒、笛卡尔这些巨人的基础上归纳总结的)。

之后的科学家,就在牛顿开创的现代物理学基础上,构建出了宏伟的物理大厦。

2.2 爱因斯塔

开个脑洞,要是爱因斯塔没有发现广义相对论。或许我们还是可以让卫星上天,但是我们会发现通过卫星进行的GPS的定位总是有误差。

于是,我们就开始修正,或许是增加、改变某个常数,或许是增加、修改某个方程,最后用十几个方程模拟出类似广义相对论的效果。

直到最后,人类在增加到一百个方程的时候,另外一个“爱因斯坦”发现了广义相关论。

2.3 小结

事物发展有他的客观规律,历史车轮滚滚向前,物理学终究会出现,相对论终究会出现。但是,牛顿、爱因斯塔正是开创时代的英雄。

3 粒子物理学

现代的粒子物理学或许也在等待某一个英雄。

可以看下,现在粒子物理学的标准模型(图片来源):

虽然标准模型对实验结果的解释很成功,但它也有很大的缺陷。首先,模型中包含了许多参数,如各粒子的质量和各相互作用强度。这些数字不能只从计算中得出,而必须由实验决定。弱电对称破缺还没有满意的解释。再次,理论中存在所谓的自然性问题。最后,这理论未能描述引力。

真的应该这么复杂吗?

“天不生仲尼,万古如长夜”。

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