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物理学理论发展趋势

20世纪初叶起始的现代物理学，以相对论和量子论为理论支柱，成就了无与伦比的辉煌功业；无疑，这辉煌会延续到21世纪，现代物理的理论支柱更显稳固.这两个伟大理论依然充满着蓬勃向上的生命活力，表现在两个方面.一是应用：它们对于现代科技的应用非常广泛，新应用的生长点层出不穷，在新生长点上并形成新的学科和科技前沿领域，如量子信息论即是前景看好之一例.二是理论本身，且就此稍作评述.其一，两理论有深厚的真理涵容，有待进一步挖掘和阐发.例如20世纪末叶由天文观测确定宇宙因暗能量驱使而在加速地膨胀，并测出暗物质、暗能量对于物质总量所占的比例数值，这就促使对广义相对论重作考查，深入研究后已得到满意的理论诠释.而LHC运转后的新发现，也会促成对粒子物理标准模型中尚存疑难深入探讨后予以适当解释.其二，两理论体系在继续拓展.例如已延拓出的相对论宇宙学标准模型、相对论天体物理、黑洞理论、粒子物理标准模型、超统一理论以及与技术应用联系较密切的量子电子论、量子光学等等，都尚待进一步充实、修缮、拓展.其三，两理论的结合体系还会延拓出新的理论领域，例如量子宇宙学、量子黑洞理论、量子真空理论等.其四，量子统一理论探索会取得更大进展，此探索或许会成为新世纪（以至更晚）物理学基本理论深层研究的主流.超弦-超膜理论的缔造者之一威腾说得明白：“弦论是21世纪的物理学，它是出于偶然才闯入20世纪的”.有人以其无实验验证而质疑之.但是优越的实验条件要待21世纪高科技总的水准一再提升以后才可逐步创造；而LHC或许会使近十余年来粒子实验搜索的（相对）冷落景况有所转机.超弦-超膜理论是粒子物理标准模型的逻辑拓展体系，采用优美的对称性数学表述，属于量子规范场论范畴.它虽然没有化解相对论与量子论的观念抵牾，却从原则上实现了引力场的量子化，并推导得出广义相对论的一些结论.而圈量子引力论是另一种超统一模型.它更推崇广义相对论的基本观念，从时空量子化着手实现引力场量子化，以达成其引力理论与量子场论相结合的结果，并可望部分地解除观念抵牾所造成的统一困难.不同的超统一模型都旨在使相对论与量子论进一步结合；这是现代物理基本理论研究最重要、也最棘手的课题，此难题从20世纪遗留到21世纪.解决此难题或许宜以解析真空本质作为切入口.当然，此难题不是短时间所能解决的，因为这归结到对一些最基本概念（诸如时空、量子场等）之认识的革命性转变.然而，本世纪的探索者或许会尽量避开上述观念抵牾的障碍，依然着力于构建一个比现有超统一模型更巧妙、更圆满的高级统一理论体系，把两个理论作为适用于不同场合的特例包容其内；这不失为一种聪明而气度非凡的设想.尚须指出一点，LHC的能量标度与实现大统一、超统一所需的甚高能量尺度相去很远，故而它还只能为弦论等模型提供间接的验证.甚至可能连希格斯粒子和超对称对偶粒子的隐约踪影也搜索不到，则便至少表明这些粒子具有比理论预言值更高的质量下限，抑或就需修改理论模型；即使如此，也算得是一项进展.可见，困难终究不小；但爱因斯坦所倡导之统一场论的壮美建树，毕竟是现代物理基本理论之深层研究的最高目标.所幸者，相对论、量子论及其诸多延拓体系，在21世纪将会显示愈益强大的应用能力；反过来，或可另辟蹊径，亦即为基本理论本身开发多样化的深入探讨和有效验证的途径和手段.因此，以后可能会掀起大统一、超统一研究的新热潮；这研究热潮将会带来基本理论体系的卓越创新和巨大发展，而无数新奇应用更会出乎意料、出神入化.所以说，相对论和量子论还会再创新的百年辉煌，新世纪物理学必定精彩异常、前程似锦.