平衡原理浅谈

贾小京^*

2022年4月24日

 

摘要   平衡原理是遵循唯物价值观、即实证唯一原则（事实具有唯一的科学证明力！其它不足为证，如牛顿定律），通过对物质（存在）演化现象“事实”的直接观察，分析物质的三个性质特征（不可创造或消灭（实在）、不可再细分（基础）、不可或缺（普遍）），发现并定义的“更真实地反映物质性质特征的一组（惯性、物质、力、平衡原理、时间、质点等）物理基本概念”。意味着：平衡原理完善并替代了牛顿力学。 关键词  平衡原理，物质，惯性，力（F=Δ），时间 PACS:  45.20.D-, 45.50.-j

 

 

1 引言

迄今为止，物理学和科学的主要理论基础是牛顿力学²，牛顿力学对人类社会发展的贡献厥功至伟，但是，随着物理基础研究的深入，其缺陷显露，如对物体高速运动计算不准，对惯性和惯性质量、力或引力质量（力形成的原因）、质点（物理模型）、时间等物理基本概念的定义不准，由此衍生出许多科学大难题和错误理论，如物质和暗物质？力是量子性的？宇宙大爆炸？创造质量（惯性）？时间有起点?等——根本原因是：对客观存在与主观意识的关系“唯物价值观、存在（本源）决定意识”认识不清，对物质存在的性质特征即物理基本概念的区分和验证方法“实证唯一原则”认识不清。

平衡原理是遵循唯物价值观、即实证唯一原则（事实具有唯一的科学证明力！其他不足为证，如牛顿定律），通过对物质（存在）演化现象“事实”的直接观察，分析物质存在的三个性质特征 (不可创造或消灭（实在）、不可再细分（基础）、不可或缺（普遍）)，发现并定义的“更真实地反映物质性质特征的一组物理基本概念”；从而解释了物质和力的本质、宇宙的物质分布结构和运动规律。

 

2 物理基本概念的（新）定义、实证依据和相关名词的解释

2.1惯性（和惯性力）的定义    

惯性是物质保持原位置不变的性质（和能力）。

(1) 举例说明：

汽车启动、刹车或转弯时，乘客具有保持“原位置不变”的性质和能力，体现惯性和惯性力。

(2) 飞机（或质点）匀速直线运动实验：

飞机匀速直线运动时，位置在变化、燃料在消耗（否则无法维持匀速直线运动，因为不存在绝对真空、阻力永远存在）、阻力（环境物质的惯性力）空气在变化，总之飞机和阻力空气的原位置变了，本质是“原物质分布（物质分布=惯性分布）变了”。

实验证明：一、任何物体（宇宙局部惯性空间）的运动、包括匀速直线运动，都使“原物质分布变了、产生了差别”——这一定是力的作用、绝无其他可能！二、匀速直线运动不是运动物体惯性的体现，惯性只是物体保持“原位置不变”的性质！

(3) 本定义与牛顿第一、第二定律^[2]的区别

本定义认为：所有物质的运动、包括匀速直线运动“都使原物质的惯性分布变了——这一定是力的作用、绝无其他可能”！只有物质保持原位置不变的性质，才是惯性！

而牛顿第一定律（惯性定律：物体如不受力，则保持静止或匀速直线运动）认为“匀速直线运动是运动物体的惯性、不是力的作用”；牛顿第二定律F=ma（依据第一定律）认为“力是物体速度的变化、即加速度，匀速直线运动是运动物体的惯性、不是力的作用”。

按照传统的解释：牛顿第一定律所说的物体（或质点）匀速直线运动、合外力=0，是指“在理想状态（指绝对真空）下”——这是问题的关键！现实环境不存在理想状态、不存在绝对真空，现实的物体都具有惯性和体积（正如抽真空实验和测量物体惯性实验的证明）！现实是：任何物体的运动、包括匀速直线运动，都使原惯性分布变了“必然是力的作用”！这是“符合事实的、系统的”受力分析；“理想状态、忽略体积的质点、合外力=0和F=ma”是人为假设的局部的近似的受力分析，当然应该以“事实”为准。

2.2 物质（或存在）的定义

物质（定性表达）是惯性空间显示的实在；（定量表达）是惯性在空间中的数量（多少），用m表示。

如果设质点（质点的定义详见后文）为物质的基本单位，则质点的密度m/v=1，表示单位体积中质点的惯性数量是1，那么m表示物体所拥有的质点数量。宇宙拥有的质点数量为常数，表示惯性空间不能被创造、消灭或转化，即惯性空间守恒或物质守恒。

（1）实证依据

抽真空实验：无论在何地、无论怎样抽真空，抽的真空度越高，反作用压强（弹性力）越大，真空度与反作用压强始终保持成对的“密度之比等于体积之反比（指在原惯性和空间数量不变的前提下，惯性与空间的变化规律）”的结构关系，抽真空后的空间（包括太空）仍然可以传播光，传播光仍然是“物质空间中的物质演化现象（绝对真空无媒质传播光）”，事实证据是：光在惯性密度不同的媒质（如太空、地球表面的空气、水、玻璃等）中传播、速度不同，说明“是物质的惯性密度（体现阻力惯性和弹性）不同，对光速产生了影响”。

实验证明：惯性与空间不可分割、绝对真空不存在。原惯性分布（指惯性均匀分布）的变化是差别即弹性力产生的原因。物质守恒（惯性和空间的数量始终不变）是差别即弹性力始终保持“密度之比等于体积之反比”结构关系的原因。

测量物体惯性实验：对任何物体惯性的测量“实际是对该物体的惯性和空间（指体积和位置）的共同测量，无一例外”。实验证明：惯性与空间不可分割，惯性与空间是物质不可或缺的性质特征。

（2）与原定义的区别

物质的原定义：牛顿第二定律F=ma中的质量m，为惯性质量（即物质）。关于引力质量，详见本文对力的定义。

牛顿力学对质点（代表一般物体）的原定义是：有质量（惯性）无体积的理想的点。

比较可知：现实中的物体或质点，都具有惯性（质量）和体积（空间），没有惯性的空间、或没有空间的惯性都不存在——惯性和空间是物质实在、不可再细分、不可或缺的性质特征。

（3）物质定义的意义

物质是物理学和科学最基本的概念（没有之一）！ 因为一切“宇宙演化现象即事实”必然以物质为基础（若无物质存在、谁能演化？又怎能观察、感觉和描述）、必然反映物质的性质特征和变化规律，因此“事实（显示的存在）”是一切物理基本概念的本源、是所有逻辑（理论）的起点和（验证对错的）终点！——因此唯物价值观（存在本源至高无上、第一位、唯一、存在决定一切）、即实证唯一原则（事实证据具有唯一的科学证明力，其它不足为证）、是科学研究唯一正确的方法和验证标准。

举例：现代基础物理研究中的许多难题和错误，如什么是物质和暗物质？力是量子性的？时间有起点？宇宙大爆炸？创造质量（惯性）？等，恰恰是源于对“物质”这个最基本的概念定义错误（依据有缺陷的牛顿定律），分不清各种现象的差别、因果关系和本源——基础错之毫厘，逻辑（理论）缪之千里。

举例：本定义解释了宇宙就是物质即惯性空间构成的、就是惯性系（统），所谓非惯性系（不适合牛顿定律的系统）实际不存在，“非惯性系”之说是因为牛顿力学有缺陷而衍生的错误概念，缺陷弥补后“非惯性系”自然消失。

举例：为什么牛顿第二定律F=ma只能计算低速运动物体的近似值，对高速运动的计算误差太大，就是因为忽略了质点的体积、脱离了实际。

上述实例太多，无法全部例举，具有普遍性，说明：当今基础物理研究主流的根本问题是对“唯物价值观即实证唯一原则”认识不清。换言之：基础物理研究应该“像工程技术领域一样，严格遵循事实求是、实践（实证）是检验真理的唯一标准——只用事实验证、实证永远不会错”！不许引证非事实证据“包括有缺陷的牛顿定律、权威著作或观点、数学推导、猜想或假设、大奖、论文等”！！否则正如上述举例，基础错之毫厘、理论谬之千里。

(4) 小结

惯性与空间是物质实在（若如无惯性谁在演化、若无空间惯性何存，惯性和空间不能被创造或消灭、即物质守恒）、不可再细分（反映根本、基础性）、不可或缺（普遍）的性质特征；物质是惯性空间——此定义更符合事实。

意味着：宇宙是物质即惯性空间构成的，是连续、即无限包含一切，不存在独立的惯性或空间、不存在外部或外因、守恒、封闭的整体；一切存在现象（事实）都是以物质即惯性空间为基础的演化。

2.3力的定义

力是物体惯性分布对宇宙惯性均匀（或平均密度）分布之差别（或变化）、弹性力；简称：力F是差别Δ；

（1）力的表达式

F=Δ=m(Δr+x)/t ；                                     （1a）

式（1a）中，m为质点或物体的惯性；Δr是质点受力后半径的变化、表示体积的变化；       Δr=r-r1；r为球形质点未受力（惯性均匀分布）时的原半径，r1为质点受力、弹性变形后形成的、凝聚态的、体现引力效应的质点半径；x为质点m质心位移的距离；t 为变化过程所用的时间；mx表示质点m位移x的距离、原惯性分布的变化量；mΔr分两种情况解释：

当质点（或飞机）m运动、x≠0时：可视飞机m为刚体（体积不变），此时mΔr表示对飞机m的阻力空气压强（反作用力）“反映阻力空气的变化量、即飞机m运动x距离造成的空气原惯性分布的变化——相当于将飞机前面的空气，移到了飞机后面”，

mΔr=（飞机的阻力面积×距离x×空气密度m/v）×阻力空气质心的位移Δr（此时Δr=x）

此时，F=Δ==m(Δr+x)/t=2mx/t=2 mΔr/t；               （1b）

式（1b）是力的动态描述、即质点的运动方程（相当于F=ma），表示力F是原惯性分布的变化（包括质点的变化mx/t和阻力空气的变化 mΔr/t）；mx=mΔr说明运动质点m与阻力空气是相互作用关系，反映了质点的阻力面积（与质点的体积和形状相关）与距离x的比例（逻辑）关系。

当质点m受力、质心不动即x=0时：必然形成质点对结构，因为一个质点若受力、必然与另一质点产生相互作用、共同形成球形的內密外疏的、两个质点单位构成的质点对结构（最小的差别、力结构），此时mΔr表示“质点对”受力后原惯性分布的变化量（相当于一个质点被压缩Δr的体积，另一个质点被扩张相同的Δr体积），相当于质点对原惯性均匀分布在（内、外）Δr体积内的惯性m位移了Δr距离，

mΔr=（4πr³/3-4πr1³/3）×质点密度m/v×Δr/2；

此时F=Δ==m(Δr+x)/t=2mΔr/t；                             （1c）

式（1c）为力F的静态描述“物体惯性分布对宇宙惯性均匀（或平均密度）分布之差别或变化Δ”。

（2）力定义的理由

如果宇宙原本没有差别、惯性都均匀分布，就不可能区分物体（即局部惯性空间——只能由惯性分布之差别显示）与宇宙整体、不可能产生变化（体现相互作用）、更不可能有千变万化的现实世界，所以“宇宙惯性均匀（或平均密度）分布，是物质不受力的原状态、是宇宙中所有差别（或变化、运动）即力的基准（0点或平衡点）”——因此“物体惯性分布、对宇宙惯性均匀分布之差别，是力形成的原因，差别就是力”！这是根据物质定义的合理推断，再看事实证据：

（3）事实证据

 飞机匀速直线运动实验【详见2.1.（2）节】。

 弹簧产生和释放弹性力实验

弹簧受外力后，原惯性分布变化了、产生了差别、弹性力，从显微镜观察和受力分析可知“弹性力的惯性分布结构为：高密度分布与低密度分布始终成对分布在弹簧的平均密度面（平衡面）两边，密度之比等于其体积之反比”，弹性力即密度分布差=高密度分布差与低密度分布差之和；外力去除后，弹簧恢复了原惯性分布、弹性力即密度分布差消失。

实验证明：1），差别即原惯性分布的变化是弹性力产生的原因；2），弹性力的惯性分布结构为“高密度分布与低密度分布始终成对分布在同一系统平均密度面（平衡面）两边、密度之比等于体积之反比。

 波动事实

声波、电波、光波均依靠媒质（导体）的弹性变形、即弹性力传播能量，证据是：波动后、媒质的原结构没有变，波动频率（物体每秒振动的次数）恰恰反映的是“媒质的弹性变形的次数；弹性力的惯性分布结构（与弹簧弹性变形相同）和变化规律始终遵循“密度之比等于体积之反比”——反映弹性力是“物质密度与体积、即惯性分布疏密成对的连续变化”。

实验证明：力是物体惯性分布的差别、弹性力，是以相互作用的方式、连续传递的惯性密度波，力没有粒子性和量子性——光的粒子性和力的量子性之说，显示人对力（差别）认识的不同阶段，正如人对物质结构尺度的认识越来越细微、越深刻。

氢气球悬浮实验

氢气球经过不同的配重，可以使其在不同的海拔高度静止悬浮，而且一旦将静止悬浮的氢气球抬高或压低、它都会自动恢复原高度；由此分析：1），氢气球能在不同高度静止悬浮，说明它配重后的密度与相应高度的空气密度相等、即惯性平衡；2），说明地球引力场不同海拔高度的空气密度不同、体现为不同的浮力；3），当氢气球在任意高度静止悬浮时：如果氢气球被抬高、它的密度会大于周围空气密度、它会自动向下（地心方向）运动，体现引力效应；如果氢气球被压低、它的密度会小于周围空气密度、它会自动向上运动，体现平衡力（引力的相反力）效应。

实验证明：1）力是“物体对环境平均密度的惯性密度差”——因为静止悬浮时“氢气球的密度与环境密度相等、没有密度差、既不相互吸引也不排斥”。2）所谓引力是氢气球密度大于周围空气平均密度时的密度差（重力）、它使氢气球向平衡点（与它密度相等的区域、地心方向）运动、体现与地球的相互吸引的引力效应；但当氢气球的密度低于周围空气平均密度时的密度差、不是引力，体现平衡力（张力、排斥力）效应；3）由此可以推论：只要宇宙的物质即惯性空间守恒，宇宙平均密度就是永远不变的绝对的宇宙系统平衡点，所有差别、变化或运动都以它为基准、0点！！宇宙局部的平均密度（正如本例）是相对系统平衡点。4）证明“力是相互作用”，因为相互作用只能以差别显示，若物质均匀分布则无法体现相互作用。5）证明“密度差是弹性力”即物体（自动）恢复原状态的能力。

（4）弹性和弹性力的定义

弹性和弹性力是物体恢复原状态（指宇宙平均密度分布状态）的性质和能力；弹性力简称“力”。实验依据是弹簧产生和释放弹性力实验、波动事实和氢气球悬浮实验。

（5）分析

惯性力（物体保持原状态的能力）=弹性力（物体恢复原状态的能力），因为它们是物质的同一个性质、两种状态的描述。

（6）小结

力是差别、是弹性力——这是力普遍（无一例外）、不可再细分（基础）、最简明（若无差别、必无变化）的性质特征，逻辑自然、证据普遍且确凿，统一了所有的能量形式！

本定义纠正了“牛顿第一和第二定律认为：匀速直线运动是运动物体的惯性、不是力，力是物体速度的变化、加速度，”的缺陷，同时证明了“引力不是万有的”，意味着：平衡原理完善并替代了牛顿力学。

2.4平衡原理（或平衡关系）的定义

差别即力的结构为：高于宇宙平均密度的高密度差（呈凝聚态、是引力形成的原因）与低于宇宙平均密度的低密度差（呈扩张态、是平衡力形成的原因、引力的相反力）大小相等方向相反、始终成对分布在同一宇宙平均密度面（平衡面）两边、惯性分布为“密度之比等于体积之反比”——这种惯性分布结构，称“平衡关系或平衡原理”。始终遵循平衡原理的变化（或运动）规律称为“动平衡”。

（1）实验依据：

目的是：通过实验，观察差别即力的形成结构和变化规律。

利用气缸活塞（或质点）产生密度差实验：气缸是宇宙局部的任意封闭的惯性空间（缩小的宇宙模型），利用活塞施加力、使气缸内原惯性均匀分布、变成惯性分布不均（模仿宇宙原本物质分布不均的状态）；可以看到：活塞（或质点）在外力作用下的运动，会造成前面的惯性空间被压缩Δv，同时使后面的惯性空间被扩张相同的Δv，使活塞前后两部分原惯性均匀分布（密度差=0）、变成了惯性分布不均即形成了密度差（即弹性力），其中体积被压缩Δv形成凝聚态、高于系统平均密度的高密度差、体现引力效应，体积被扩张Δv形成扩张态、低于系统平均密度的低密度差、体现平衡力（引力的相反力）效应，它们大小相等方向相反、始终成对分布在同一系统平均密度面（或运动物体）两边，惯性分布为“密度之比等于体积之反比”，这种惯性分布结构，称为“平衡关系或平衡原理”。

分析：为什么会形成这种结构关系呢？因为气缸（即宇宙）所代表的客观前提是“无论气缸内的物质即惯性空间如何变化，气缸内惯性和空间数量始终不变、即物质守恒”；换句话说，在物质守恒的客观前提下“差别即力只能以疏密成对的平衡结构存在”——意味着：由于宇宙的惯性空间守恒、并且原本惯性分布不均（存在差别、力）；所以宇宙内的所有物体（体现差别）的结构和变化，都遵循平衡原理。正如本文例举的所有事实和实验的证明。

（2）小结：

平衡关系即平衡原理揭示了宇宙和力的惯性分布结构和运动规律。

2.5时间的定义

时间是物质的变化规律；用t表示。

（1）事实依据

人通过观察日、月等自然现象的规律性变化，而产生时间的概念、观相授时；本质是对“物质的变化规律”的认识。

（2）分析

物质性是时间的基本性质、是本源，脱离物质就无法理解时间。时间的物质性体现为物质的差别性、顺序性和变化的规律性：

00001 差别性

差别是指物体的惯性分布对宇宙惯性均匀分布之差别；换言之，物体是以局部的差别（惯性分布不均）区别于宇宙整体（惯性均匀分布）而显示的——若无存在实体（惯性空间）、谁能演化？又怎能观察到差别（物体）和差别的变化规律。

00002 顺序性

宇宙的物质性决定了它是一个连续（不存在独立的惯性或空间、包含一切、不存在外部或外因）、守恒的惯性空间系统，而且原本惯性分布不均、在不断变化；意味着宇宙惯性分布的变化“排列组合”近似无限，因此其顺序不可逆。事实证据：生命不可逆；过去、现在和将来不可逆；如果宇宙不连续，则逻辑性、因果关系、规律性不成立。

00003 规律性

任何物体原惯性分布的变化、必须除以时间，才能比较力即差别的大小——可证明：时间以宇宙惯性均匀分布为基准，反映了物体局部（惯性分布的差别）与宇宙系统（惯性均匀分布）之间“统一的变化关系即“规律”。

（3）小结

时间是物质的变化规律——与前人的众多观点相比，这是证据确凿、普遍、最简明（一语道破）的定义；真理一定是简明的。

举例：当今的宇宙大爆炸理论源于“对物质和力的错误定义（依据有缺陷的牛顿力学错误地认为：引力万有、惯性质量=或等效引力质量（指引力形成的原因））”，时间又起始于大爆炸——这是典型的“以非事实证据为理论基础，推导出错误和更错误的理论”，即基础错之毫厘、逻辑谬之千里。

2.6质点的定义

宇宙平均密度处球形（半径为r）的单位惯性空间。设质点的密度m/v=1，表示一个宇宙平均密度的单位空间、对应一个惯性单位。

（1）与原定义的区别

牛顿力学对质点的原定义是“有惯性无体积的理想的点”，比较可知，原定义脱离实际“因为实际的物体包括质点都具有惯性和体积，它们不可分割”——这是造成牛顿第一、第二定律对惯性和力的定义不准确的原因。

（2）基本粒子的定义

基本粒子是高于宇宙平均密度的质点。

（3）场的定义

场是惯性空间。举例：宇宙是惯性空间（表示它的性质特征）、或称惯性场、惯性系（统）。

宇宙惯性场=高于宇宙平均密度的引力场（体现凝聚态的引力效应）+宇宙平均密度（平衡面）+低于宇宙平均密度的平衡力场（体现扩张性的平衡力效应）；

举例：太阳引力场（高于宇宙平均密度的球形心部）+太阳引力场边缘（宇宙平均密度的球形平衡面）+太阳引力场边缘外的球形平衡力场（低于宇宙平均密度）。

（4）引力和引力场的定义：

引力是高于宇宙平均密度的惯性分布差（高密度差）；高于宇宙平均密度的惯性空间是引力场。如地球、太阳、水分子、原子、基本粒子的引力场。

（5）平衡力（引力的相反力）和平衡力场的定义

平衡力是低于宇宙平均密度的惯性分布差（即低密度差）；低于宇宙平均密度的惯性空间是平衡力场。平衡关系证明了“引力与平衡力”、“引力场和平衡力场”始终是成对存在的。

（6）质点的物理意义

质点是物质不受力的原状态（指宇宙惯性均匀分布状态），是物质最小的标准单元、物理模型——意味着所有物质的演化现象都以它为基础、从它开始：

举例：质点一旦受力、必然与另一个质点产生相互作用、共同形成內密外疏的球形的质点对结构、即最小的差别即力结构：相当于一个质点体积被压缩（体积的变化用质点半径的变化Δr表示，详见力表达式）、呈高于宇宙平均密度的凝聚态球形心部、体现引力效应、称引力场；另一个质点体积被扩张（与压缩的体积相同）、呈低于宇宙平均密度的扩张态、体现平衡力（引力的相反力）效应、称平衡力场（引力场+平衡力场=两个质点单位）——它们始终成对分布在同一球形宇宙平均密度面（平衡面）两边“密度之比等于体积之反比”。

高于宇宙平均密度的不同密度的质点即基本粒子，在其引力场范围内相互吸引（在密度相同位置停止吸引、正如氢气球实验）、体现引力效应、可以组成各种不同凝聚态的物体（如太阳引力场内的所有物质）；低于宇宙平均密度的质点、在扩张性的平衡力作用下、与周围质点融合、形成低于宇宙平均密度的平衡力场，正如太阳系边缘外的球形太空。

由于宇宙原本惯性分布不均、具有惯性分布之差别即弹性力，所以具有差别即弹性力（物体恢复原状态的能力）的基本粒子或物体（基本粒子的组合体），必然向平衡点变化（正如基本粒子都有半衰期、生命有期限、物体不能永存一样），但此局部物体惯性差别的弹性恢复（减少或消失），意味着其他局部物体惯性差别的增多或产生，因为宇宙的能量（差别、力）守恒——由此形成此起彼伏、循环往复、永恒的宇宙动平衡运动；而各种不同密度基本粒子的密度变化、或叠加湮灭、排列组合、构成了千变万化的现实宇宙。

3结论

3.1宇宙是物质即惯性空间构成的，原本惯性分布不均；惯性分布之差别是弹性力即力，力的惯性分布结构为平衡原理（惯性疏密成对分布、密度之比等于体积之反比）；宇宙的演化以惯性均匀分布为基准、以弹性力自驱动、以物质守恒和力（总差别）守恒为客观前提、按动平衡规律运动，时间是物质的变化（动平衡）规律。——平衡原理揭示了物质和力的本质、宇宙的物质分布结构和运动规律。简述：力是差别F=Δ；宇宙是动平衡的惯性空间。意味着：平衡原理完善并替代了牛顿力学。

3.2平衡原理是遵循唯物价值观、即实证唯一原则（事实具有唯一的科学证明力！其他不足为证，如牛顿定律），通过对物质（存在）演化现象“事实”的直接观察，分析物质存在的三个性质特征（不可创造或消灭（实在）、不可再细分（基础）、不可或缺（普遍）），发现并定义的“更真实地反映物质性质特征的一组物理基本概念（惯性、物质、力、平衡原理、时间、质点等）”——因此它们构成了严密自洽的逻辑链！

3.3本文引证的事实和实验都极易重复验证，具有普遍性（无一例外），篇幅所限，无法全部例举，叙述较简单。（本文结束）

备注：本文与当今学术主流相悖，就像历史上日心说与地心说之争。可参考以下德国理论物理学家霍森菲尔德的专著（摘要）。

物理学基础研究正停滞不前：并不正常

物理学基础研究正停滞不前：并不正常

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关于物理学基础研究的停滞，问题不在于实验，而是在于理论物理学家的大量错误预测。

　　新浪科技讯 北京时间11月28日消息，如今的物理学基础研究是一潭死水。一个又一个实验返回的是毫无意义的结果：没有新的粒子；没有新的维度；没有新的对称性。没错，数据中可能存在着这样或那样的异常，其中有些最终会成为真正的大新闻。但是，实验物理学家们只是在黑暗中摸索。他们不知道新的物理学会出现在哪里，而从事理论工作的同事并不能提供多少帮助。

　　有些人认为这是一场危机。但我不认为“危机”并不能很好地描述当前的形势：“危机”这个词太乐观了。这个词给人的印象是，理论物理学家们意识到了他们的方法错误，并开始尝试改变；换句话说，他们正在觉醒，并将放弃有缺陷的方法。然而，我没有看到任何觉醒。这一学术共同体的自我反思微不足道，甚至可以说完全没有。他们做的是40年来一直在做的事情，喋喋不休地讲述自然性和多重宇宙，然后（再一次）将他们的“预测”转移到下一个更大的粒子对撞机上。

　　我认为“停滞”这个词能更好地描述这一状态。让我明确一点，关于这种停滞，问题不在于实验，而是在于理论物理学家的大量错误预测。问题也不是我们缺少数据。我们拥有大量数据。但是，已有的理论——粒子物理学标准模型和“和谐宇宙模型”（cosmological concordance model）——已经对所有数据进行了很好的解释。不过，我们知道情况并非如此。现有理论是不完整的。

　　之所以这么说有两个原因。首先，我们知道暗物质只是用来描述某种我们不理解的东西的临时名；其次，粒子物理学的数学公式与我们用来研究引力时用的数学并不兼容。早在20世纪30年代，物理学家就知道了这两个问题。直到20世纪70年代，他们取得了很大的进展，但自此之后，物理学基础理论的发展就停滞了。如果实验中发现了什么新东西，那并不是因为有成千上万的错误预测，而只能说是“尽管”有这些错误预测，仍然取得了进展。

　　成千上万的错误预测听起来很惊人，但其实还是低估了。我只是总结了对物理学的预测，这些预测超出了大型强子对撞机（LHC）应该发现的标准模型：所有具有多种形状和构造的额外维度、所有的对称群，以及所有名称很花哨的新粒子。你可以通过统计论文，或者统计在该领域工作的人数和他们的平均产出来估计这些预测的数量。

　　他们都错了。即使在大型强子对撞机尚未获得的数据中能发现某些新的东西，我们也已经知道，理论物理学家的猜想并不成立。一个都没有。他们还需要多少证据才能证实他们的方法不能成功呢？

　　这一缺乏进展的漫长阶段是前所未有的。没错，从古希腊哲学家德谟克利特首次提出原子的猜想，到它们真正被探测到，花了大约两千年时间。然而，这是因为在这两千年时间里，人们除了思考物质的基本结构之外，还有许多其他事情要做，比如建造更加牢固的房屋。因此，援引年代学时间是没有意义的。我们更应该看看物理学家实际的工作时间。

　　对此，我也可以为你列出一些数字。是的，我爱数字，它们是如此的真实。

　　根据美国物理学会和德国物理学会的会员数据，在1900到2000间，物理学家的总数增加了大约100倍。这些物理学家中绝大多数都不是从事基础物理学的工作，但就出版活动而言，物理学的各个子领域都以大致相当的速度增长。而且，（撇开第二次世界大战前后的变动）出版物的数量和作者的数量基本上都呈指数性增加。

　　现在，为了简单起见，让我们假设今天物理学家每周工作的时间和100年前的物理学家一样长——考虑到增长是指数级的，细节并不重要。然后我们可以问：如果从今天开始算，多长时间的工作量能相当于100年前开始的40年的工作量？好好猜一下！

　　答案是大约14个月。只按工作时间来看，今天物理学家应当能在14个月里完成一个世纪前需要花40年才能做到的事情。

　　当然，你可以质疑这种“进步”不能如此简单地扩展，因为尽管大家都在谈论集体智慧，但研究毕竟都是个人完成的。这意味着，仅仅雇佣更多的人，并不能任意减少研究时间。个人也需要时间来交流和理解彼此的见解。另一方面，我们已经大大提高了信息传输的速度和便利性，我们现在还利用计算机帮助思考。无论如何，如果你想争辩说雇佣更多的人并不能有助于进步，那为什么还要雇佣他们呢？

　　所以，不，我对这一估计并不认真，但它解释了为什么许多人不知道目前这种前所未有的停滞现状。今天我们对基础物理学的投资比以往任何时候都多，但没有产出任何东西。这是个问题，而且是一个我们应该谈论的问题。

　　最近有人跟我说，利用机器学习来分析大型强子对撞机的数据标志着科学共同体正在反思。但事实并非如此。首先，粒子物理学家运用机器学习工具来分析数据已经有至少30年时间。他们现在用得更多，是因为更容易用，因为所有人都在用，还因为《自然-新闻》对此作了报道。因此，不，粒子物理学中的机器学习并不意味着反思。

　　另一个我必须经常忍受的评论（而非问题）是，我只是在抱怨，但对物理学家应该做什么没有任何更好的建议。

　　首先，这是一个愚蠢的批评，它让你更关注批评者而不是被批评者。假设我不是在批评一群物理学家，而是一群建筑师。如果我告诉公众，这些建筑师花了40年时间建造的房屋都倒塌了，那么，为什么是我来负责想出更好的房屋建造方法呢？

　　其次，这一批评是错的。我已经多次非常清楚地指出，理论物理学家应该做出什么改变。只是他们并不喜欢我的答案。他们应该停止尝试解决不存在的问题。一个理论不漂亮并不是问题。我所说的，是应该专注于数学上定义明确的问题。而且，看在老天份上，不要因为科学家忙于同事间流行的工作而奖励他们了。

　　我的这一建议并非没有根据。如果你审视物理学的历史，你会发现这门学科致力于解决能够带来突破的数学难题。看看科学的社会学，你会发现糟糕的激励手段会导致严重的低效率；你再看看科学的心理学，就知道没有人喜欢改变。

　　开发新的方法比发明数十种新粒子难得多，这也是他们不喜欢我的结论的原因。任何改变都会减少论文产出，而他们不希望这样。这种阻力并不是来自制度压力，而是科学家自己不愿意挪动屁股。

　　也许你会问，他们还能坚持多久？他们的理论“传说”还能持续存在多久？我觉得，恐怕没有什么能够阻止他们了。他们互相评审论文，互相评审基金申请，并且不断告诉彼此他们做的是好科学。他们为什么要停下来？对他们来说，一切都很顺利。他们举办会议，发表论文，讨论伟大的新想法。从内部来看，一切如常，只是没有什么有价值的结果出来。

　　这不是一个会自行消失的问题。（任天）

　　作者简介：萨拜因·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）是德国法兰克福高等研究所的理论物理学家，研究领域涉及标准模型、量子引力现象和广义相对论的改进。如果你想了解更多物理学研究中存在的问题，可以阅读她的著作《在数学中迷失：美如何使物理学误入歧途》（Lost in Math： How Beauty Leads Physics Astray）。