这个问题很有趣。
作为一个乐观主义者,我的答案可能和各位不大一样。
早在 90 年代末我就读到过一本书——《科学的终结》。这本书的作者约翰 霍根是个资深科学记者,他采访了几乎所有活着的科学巨匠:霍金、盖尔曼、库恩、费耶阿本德……最终他根据这些资料,在书里提出了科学已经终结的结论。
我凭借记忆,梳理一下他的主要观点:
一、科学的“核心版图”已经绘制完成,人类能发现的所有重大发现都已经被发现。如牛顿力学、进化论、相对论、DNA、量子力学……以后就不会再有这么重要的发现留给后人了。
他的用词很严谨,他说的是“能发现的重大发现都已被发现”,他认为不排除还有重大发现存在着,物理界还有很多未解之谜,但这些重大问题是位于人类认知能力之外了。
二、目前有很多科学是一种“无效科学”,最典型的例子就是弦理论、多元宇宙之类的,这些科学研究得热火朝天,但都是陷入了一种不追求实证、证伪的境界,只追求逻辑自洽的解释现象,不追求预言现象。
他认为这些只是看起来像科学,实际上更像是一些主观解释。照我的理解他是把弦理论和易经是归为一类的。
三、他认为基础科学已经完蛋了,但应用科学领域还是大有可为,甚至科学研究仍然会有长尾收益。他把未来的科学进步描述为“递增的收益递减”,就是猛吸一口还是有奶的,剩下的奶水总量还很可观,但吸的力气要越来越大,吸到的越来越少。
以上列的这三点,这个问题下高赞回答几乎都符合《科学的终结》某一方面的论断。
其中最有诱惑力的观点是:人类大脑已经被开发到了极致,我们已经很难在有生之年达到前辈巨匠的高度,更难以站在他们的肩膀上够到高处的果实。
但是,我当时就注意到这本书里的所有科学巨匠,几乎都当面激烈的反对霍根的观点。
霍根基本上是这么一种态度:我懂我懂,你们肯定不能承认自己手头的研究是在骗经费,我也不会点破你们,大家都要讨生活嘛。
这种态度让我觉得很可疑。
李政道的书评被印在了《科学的终结》一书的封面上:
一本坏书。
李政道对这本书觉得无力吐槽,他举出了几个反驳的观点:
一、他不认可霍根对于“基础科学“中所谓”基础“的定义。他认为很多有决定性意义的现象是发生在不同尺度、不同复杂度、不同层级之间的。例如说我们就算能够用量子力学知道了所有基本粒子的性质,我们仍然无法解释超导和生命现象。生命的起源就并不是发生于最小尺度也不发生在最宏观的尺度,而是发生在原子到分子的尺度。
二、李政道认为霍根秉持的极端还原论观点是错误的,他认为多即是不同,那种所谓地基打好了就万事具备是不对的。复杂系统中的涌现,就是在已经很明确的物理规律控制的系统中出现的新现象。例如现在我们用的 AI,其数学机制并不复杂,但 AI 就可以从简单的数学机制中忽然诞生出智能(虽然这种智能并不一定和人类一样),这就已经证明世界并不是完全可以用还原论描述的。
三、李政道认为霍根犯了历史上出现多次的错误:过于相信自己的判断。他多次提及 19 世纪末的物理学界的那两朵乌云。李直觉的认为霍根正处于这样的傲慢中。
总之,李政道认为,不能说人类一创作出了字母,就已经完成了文学大厦的搭建,更不能说创作出了音符,就标志着音乐艺术的大厦已经建成。
现在看来,李政道说的都是有道理的,霍根也非常坦率的把李对他的吐槽放到了书本封面上(这种君子之争现在很少看到了)。
我在回答一开始说的很有趣,就是有趣在这儿了。尽管李政道的差评都被打在了封面上,为什么人们都还更愿意相信一个科学记者写的”科学已经终结“,而不是相信书里那些伟大科学家说的”科学远没有终结“。
科学终结论的一个最受欢迎的观点在于,人类的大脑已经开发到了极限,无法再发现更复杂、更艰深、更晦涩的物理规律了。
但这不完全是事实。让我们看看远比物理还要抽象、晦涩、复杂的学科:数学,近三十年来的重大突破有哪些。
95 年,安德鲁怀尔斯通解决了费马大定理;
2002 年,格里戈里解决了庞加莱猜想;
2013 年至今,孪生素数猜想不断取得突破。
近 30 年的这三个数学成果,即使是放到过去 300 年历史中,也仍然能够排到前列。所以说,人类的认知能力绝对没有达到极限。
这有个问题,我们现在能够评价这三个发现的历史性意义,是因为这些命题早已有之,上百年来悬而未决,我们能在一个基准上认识到这些成就的可贵。毕竟以前我们解决不了这些问题、现在能解决了。
那么会不会是我们只能在前人划定的数学领域前行,而不能独立开创类似牛顿力学、黎曼几何那样的全新领域了呢?
这还是有的,例如彼得舒尔茨在 2012 年提出的拟完美空间、雅各布鲁里在世纪初的导出代数几何、朗兰茨纲领的几何化与 p- 进动力,这些成果的深度是在过去 300 年间排得进前十。
这三个成就,你可能连听都没听说过,其实我也完全搞不懂里面是怎么回事,都是看资料知道个名字。
数学领域有开创性成就的成果,可能需要几十年甚至几百年才能让大众得知。
例如相对论所依托的非欧几何,早在 1854 年就由黎曼奠定。但在爱因斯坦之前,黎曼几何被认为是一套纯粹的智力游戏。矩阵论在 19 世纪中就由凯莱发展,但到了 1925 年,海森堡才用到了这套理论。群论在 19 世纪就由伽罗瓦等人创立,但大多数物理学家认为对称性只是个简化计算的工具,直到一百年后,杨振宁和李政道才深刻理解到弱相互作用中对称性群结构。
因此,不只是大众,就连大多数科学家可能都难以理解最前沿数学家的价值。
何夕有篇科幻小说《伤心者》就描写了一个数学天才倾尽一生研究出的一套数学体系不被主流学界重视,只有他母亲散尽家财、四处奔走保住了他的手稿,直到天才死去 150 年后,人们才发现这个数学体系是大一统理论的基石。
这篇小说描写的数学家的境遇,不是一个特例,它不是一个架空的悲剧性个人故事,而是人类自有数学以来的常态。
霍根以为的那种”学者理应从事一件当下就能看出重大价值、马上可以检验从而获得肯定的研究“,事实上根本就是很天真的想法。
绝大多数数学家,哪怕他做出了极有价值的成果,他也是会一辈子不为人知,他会尝尽世态炎凉,孤独的生活在世界的角落,就算是运气极好的情况下学界有一两个人能认同他的发现,也不大可能给他带来实际的物质财富和社会身份。他会在穷困中抱着自己的成果死去,死的时候普通人会发出这样的感叹——“为什么数学家再也做不出重大的突破?”
2006 年,菲尔兹奖授予了格里戈里佩雷尔曼,他得奖是众望所归,自他在互联网上公布论文以来,学界经过三年激烈的争论,终于承认这个证明是正确的。
但是,佩雷尔曼却没有到场领奖。他之所以拒绝领奖,是因为对数学界在分配信誉和认可时并不公平。他认为数学界是个名利场,缺乏学术独立性。
佩雷尔曼认为,证明彭加来猜想不是他一个人的功劳,美国数学家理查德汉密尔顿早在他之前就已经做出了奠基性的工作,但汉密尔顿的成就却没有得到认可。

到了 2010 年,佩雷尔曼又拒绝了”千禧年大奖“及 100 万美元奖金,他认为,自己的证明得到认可,就已经得到了奖励,他不想像动物园里的动物一样被展示,他认为颁奖仪式是一种无意义的社交表演,会干扰他纯粹的思考。
在那时,佩雷尔曼正失业在家,与他母亲居住在圣彼得堡的陋室里,生活极度清贫。
在霍根和大众的主流认知中,科学的突破是跳跃性的,是忽然之间的顿悟中产生的。
天才的顿悟当然不可或缺,但每次重大飞跃依托的可不是一次顿悟,而是很多很多次顿悟组成的缓慢渐进历程。
让我们看看生物学领域。
DNA 在大众眼中是一个突然出现的大发现。但沃森和克里克应当说只是发现了双螺旋结构——实际上 1952 年富兰克林就已经通过 X 光发现了螺旋结构,沃森和克里克是在这个基础之上用物理建模的方法拼凑出了双螺旋的形态。
而遗传物质的提出,是从达尔文、孟德尔在 1868 年开始。他们确认了生物体内一定有某种“遗传因子”的存在,到了 1884 年,奥古斯特魏斯曼从老鼠尾巴切除实验重证实,遗传物质与身体物质完全不同。到 19 世纪末,奥斯卡赫特韦西通过显微镜发现遗传物质存在于细胞核中,20 世纪初,萨顿和博韦里发现染色体行为与遗传因子完全一致。1919 年,列文确定 DNA 由四种碱基组成,1944 年,艾弗里经过严谨的生物化学实验,逐一排除蛋白质和 RNA,把遗传物质锁定为 DNA(在此之前科学家还在蛋白质、RNA 和 DNA 之间徘徊),1950 年,欧文查戈夫发现 DNA 是由某种化学物质进行配对编码。到了最后,才是富兰克林发现螺旋结构,而沃森、克里克进行了双螺旋的物理建模。

1953 年 4 月 25 日《自然》杂志上发表了那仅有一页纸的论文。这篇论文让大众豁然开朗,忽然明白了生命如何实现自我复制。
诺贝尔奖归功于沃森和克里克,这种分配机制让大众认为科学的突破是瞬间发生的,之前近百年沉闷的思考、枯燥的实验、一代又一代人往前在迷雾中摸索前路的艰辛,被人们遗忘了。
在 1953 年之前,人们想的是,生物学已经终结,自达尔文提出进化论之后,近百年来再也没有什么重大发现出现,只有一点又一点的缓慢进步。
其实这是错误的,不止 DNA 的现是长期积累导致的重大突破,达尔文的进化论本身,也是一个长期积累的渐进成果。只要往前回顾一下科学史,我们就能发现达尔文之前,也有地质学、拉马克、马尔萨斯的社会学的长期研究作为铺垫。还有一个关键点——必须有大航海时代孕育出发达的航海技术,达尔文才可能登上那个远在天边的海岛。
在 1859 年达尔文出版《物种起源》之前一年,人们想的可能也是生物学已经终结,人类的认知能力是不可能解释地球生物是怎么出现的——很明显,当时的主流思想是只有神才能创造生物,也只有神才能解释生物是怎么被创造的。
所以,我们很有可能正经历进化论和 DNA 的大发现之前的时期,我们只是无视了渐进式进步的意义。
霍根的《科学的终结》很不幸发表在生物学大突破的前夜。这让我们可以通过今天生物学在基础领域的大跃进,非常肯定的说,生物学远未终结。
霍根在书中指出,自 50 年代 DNA 被发现之后,经典遗传学的大厦已经基本建成,很难再有突破。
1996 年之后的 30 年,表观遗传学开始兴起,这是经典遗传学之外的新大陆。以往我们认为遗传物质决定性状,但表观遗传学认为,在不改变 DNA 序列的前提下,外在环境可以通过甲基化等手段来改变基因的表达。
由于基因测序技术的发展,近 30 年来彻底确认了线粒体拥有独立的 DNA,随着阿斯加德古菌和孤单细胞器的发现,内共生现象得到证实。在达尔文式的自然选择之外,人类发现了另外一种进化模式。
近 30 年来,人类对 DNA 的理解由序列进入了空间。蛋白质和 DNA 的三维空间折叠形态,与碱基对序列同样重要,在以往我们无法预测蛋白质如何折叠,也不理解折叠如何精确的影响生物行为,但现在我们已经能够通过 AI 工具进行预测。
对于这三个成果,前两者还不为大众熟知。大多数人还以为达尔文式的适者生存自然选择就是进化的全部、完全没理解到互相协作共生在进化史中的重要意义。大众还以为龙生龙凤生凤,认为每个人的天生禀赋就是由 DNA 序列决定的,他们大多还没意识到上一辈的际遇会对后代的禀赋、性格造成影响。
由于谷歌的阿尔法 fold 获得诺贝尔奖,大众开始熟知第三个生物学成果,但还少有人意识到里面划时代的意义。
大众仍然很荒谬的认为生物技术缺少突破。这三者发现都是生物学上非常基础的发现,生物科学的发展甚至能把生物起源问题溯源到了 40 亿年前的海底热泉中的 LUCA 和更早的 RNA 世界。就算近三十年来的生物技术催生了 RNA 疫苗技术这个大杀器,直观的在公众面前展示生物学基础性的突破如何颠覆性影响医学,人们还是认为——科学怎么完全没有进步?
让我们归纳霍根在生物学领域中犯错的原因:
一、基础科学的突破需要时间累积前置知识。这些前置知识在传播学上会被误认为不重要、不基础、太缓慢。
二、基础科学的突破需要工具的进步。显微镜、X 射线、电镜、基因测序编辑手段。这些进步需要的不仅仅是一个学科的进步,甚至不只是科学本身,而是整个人类工业体系的逐步升级,才能提供生物学基础性突破所需的工具。
三、由于传播学的原因,大众甚至学界很难判断学界前沿发生事情的意义。不是现在的科学前沿知识晦涩难懂,而是几百年来、以及未来所有的前沿知识注定都是晦涩难懂、难以传播的。
四、人脑达到极限的说法是扯淡。
现在让我们把目光投向题主问题的焦点——物理学。
先说结论,我认为我们距离基础物理的重大突破可能还有几十年时间,这其中的瓶颈不在于人脑极限,也不在于什么文化原因,而在于下一次突破需要的科学工具可能还需要几十年时间才会出现,也许幸运一些,十几年内就会出现。
基础物理学一直在持续进步,只不过能引起传播学爆点的突破是非常少的。
从大众认知的标准来说,只有三次称得上重大的物理学革命,一是牛顿力学和万有引力(17 世纪),二是爱因斯坦的相对论(20 世纪初),三是量子力学的建立(20 世纪 30 年代)。麦克斯韦在 19 世纪统一了电磁光三大领域,但是在大众认知中,这件事就没有知名度。然后标准模型与量子场论其实是 20 世纪 50 年代一直持续至今的进程,但是在大众认知中,他们会觉得这是量子力学的副产品,少有人认同这是 50 年代才开启的新领域。
然后由于相对论和量子力学的出现时间过于接近(其实相差了也有三十年),在大众和学界眼中,其实也就只发生过两次基础物理的大突破,一次发生在 17 世纪,第二次发生在 20 世纪初。
因此我们要知道大众和主流学界在成就判定上存在标准过高的问题。
按常识来判断,基础物理 500 年来才发生了两三次的大突破,大突破隔一两百年来一次就不错了,所以现在没有发生岂不是再正常不过?
这几十年来,物理学界主要在研究的一大问题是暗物质。
暗物质相关议题的提出其实已经有上百年了。但是星系旋转过快的问题在百年前的证据并不强,因为我们当时还不能很精确的测定星系各个部分的移动速度,所以当时还不能当成是一个严肃的问题看待。
直到 1970 年代,也就是 50 年过去了,维拉鲁宾详细测量了仙女座等螺旋星系的旋转速度,才坐实了这个问题的严重性。
之后过了二三十年,物理学家们开启脑洞,提出各种各样的假说,然后想办法去找各种观测方法去检验这些脑洞哪个是对的。直到 2006 年,天文学家直接观测到子弹星系的碰撞,通过引力透镜技术发现碰撞后有大量高质量的不可见物质穿过普通物质,这才把可能性收敛到“星系旋转过快是因为存在不可见的暗物质”这一个可能中来。
那么,自 2006 年以后的这 20 年,暗物质研究有什么进展呢?进展就是,科学家通过各种地上地下、南极北极的探测器和太空中的卫星,一个个的排查暗物质的可能性。其中包括:
暗物质不是宏观天文天体,如黯淡恒星、褐矮星、星云。
暗物质不是中微子。
暗物质不是弱相互作用的有质量粒子
暗物质不是黑洞或者原初黑洞。
暗物质不来源于观测误差和引力定律的失效。
这就是 20 年来的所有发现。别的,没了。
你可能会说,就这?是的,就这。
科学本来就是这么慢,还记得我前面举的 DNA 的例子吗?DNA 的提出(进化论)到查清双螺旋结构花了一百年。而暗物质的正式提出到现在才过了 20 年。
从暗物质的探索过程,我们可以发现这个进步速度与人脑的关系并不大,而与探测工具的相关性更大。
没有引力透镜技术,根本就没法发现暗物质这个话题。但是大众和学界又怎么能意识到引力透镜技术的意义呢?他们只关心谁是最后实锤暗物质真相的人,也就是那个得诺贝尔奖的人,对于这种过程技术是毫无意识的。
对于暗物质的进一步探索,还有很多种理论需要检验,但无论如何,都需要观测技术的巨大进步。
我举个例子各位就明白科学界对于这个问题的疯狂程度了:
现在学界已经承认,暗物质粒子很有可能过轻,不大可能通过探测原子核位移的方式发现它。因此有科学家转而从米格达尔效应来追踪暗物质粒子。
什么是米格达尔效应呢?就是原子核受到轻微撞击时,虽然原子核的移动很难观测到,但电子云会发生微弱的变化从而可能被发现。2026 年 1 月,中国科研团队就首次直接观测到米格达尔效应。
要观察到电子云的轻微变化,需要单电子分辨率的探测器,以及极端的背景噪声屏蔽能力,还要有强大的算力来模拟出米格尔效应的特征。
这种能力,不是一个人拍脑袋就想得出来的,也不是一个国家专门进行暗物质研究就能研究出来的,那是要各行各业都发展到现在,把最拔尖的设备、人才拢到一块,才能干的成的。
因此这项基础物理研究,就是个超级资金技术密集型的事业。
是不是觉得基础物理太难了?其实基础物理不是现在才难,真相是基础物理从来就没有过“低垂的果实”,第二次基础物理大突破发生在 20 世纪初的德国,那是因为德国拥有当时最发达的工业,给研究机构的钱最多、全世界最顶尖的人才都往柏林跑,其它国家根本就没有这个能力。而且也不是德国以一国之力引起了第二次物理大突破,而是全欧洲加上美国的全球之力的成果。
“相对论是个靠爱因斯坦一支笔取得的成果”是个广为传播的谬误,在爱因斯坦之前,除了前面提到黎曼提供的前置知识点,还有美国“迈克尔逊 - 莫雷”实验发现的光速不变现象。而这个实验,就是要求有一台极度精密的仪器——分光干涉仪,迈克尔逊也因为这台仪器成为了美国历史上第一位获得诺贝尔物理学奖的人。如果没有这个测量工具,爱因斯坦根本就不可能提出相对论。
在霍根的年代,暗物质还并没有成为物理学界的核心议题。在当年物理学界已经意识到暗物质可能具有很大的质量,但是由于观测技术的落后,只能估计暗物质占宇宙总质量的 20%-95%不等,还有很多人认为暗物质是黑洞、暗恒星等常规物质,因此霍根会认为物理学的大厦已经很完备,暗物质只是个局部问题。
但是这三十年来,暗物质问题已经由一朵小乌云成长为一场超级风暴,暗物质已经明确占据宇宙总质量的近七成,而且基本不可能是已知粒子,这场风暴会分分钟把物理学的大厦连根拔起。
到了 2026 年,我们能够确定,牛顿力学、相对论、量子力学和标准模型只能解释物质世界的一小部分。
霍根那本书出版两年后,1998 年物理学界的另一大发现——暗能量,则更进一步让我们确定这个宇宙是受另一套未知法则支配的。
暗能量的发现,一样是由于观测技术的进步。
当年两个拥有最顶尖观测能力团队,开始分头测量宇宙的膨胀速度。他们采取的方法是观测某种超新星在不同距离远离我们的速度。
按照常理,宇宙大爆炸后向四面八方飞行的天体,理应在引力的作用下减速越飞越慢。
这两个团队同时发现,遥远的超新星(以往很难观测到)不止没有减速,而且还以非常快的速度加速远离我们,这证明我们的宇宙有一股比引力强大得多的力量,在把所有天体加速推开。
这个力量,远大于我们以为支配天体运行的引力,暗能量要比暗物质和常规物质加起来转换成的能量还要大三倍。
暗能量的发现,同样取决于观测工具的进步。
当时采用了一种超大通量的相机通过望远镜成像——当时正是数码相机革新最快的时期,可以看作是当时最先进的大底。
另外还采用了一种 10 米口径的双子望远镜——可以看作是当时最先进的镜头。
另外,这两个团队还使用了当时最强的超算(硬件),以及最先进的图像处理软件。
所以,这是一个依靠 90 年代末一系列最先进技术才能做出来的发现。这不是一个行业的事,而是无数个行业的事。
在 1998 年之后,暗能量的研究又涌现出很多个诺贝尔奖的成果——但是这些事关宇宙全局的进步却不被大众认知为重大突破。
到了最近两年,韦伯望远镜开始参与暗能量的测量。
韦伯的测量其实产生了一个有点类似于波粒二象性的结果。本来根据哈勃望远镜和普朗克卫星测定的宇宙膨胀速度各不相同,韦伯只是需要作为第三者确认下哪个是对的,或者确认两者都是错的。
但韦伯返回了一个诡异的结果,就是哈勃和普朗克卫星都是对的。经过反复检查,科学家发现韦伯也是对的。
这就像当年发现光即是粒子又是波,两种常规理论中互斥的状态同时出现。宇宙在以非常快的速度膨胀的同时又以没那么快的速度膨胀,这就必须要引入一种颠覆性的理论来解释让人精神分裂的现象。
韦伯还发现,在宇宙的极早期就已经形成了过于成熟的天体,那么之前对于宇宙年龄的测定有可能是错的,或者暗能量的性质是随时间变化的。
总之,我们可以确定过往的基础物理学,只是物理学大厦中的一个小房间。还有另外很多个房间在等着我们去探索。
我们不像霍根所描述的一样,对宇宙的重大秘密无知无觉,我们对这些大秘密有知觉,而且理解得越来越深刻。
上面所列的暗物质、暗能量、相对论、DNA 的发现,都取决于观测仪器的进步。
我为什么要反复强调这一点?
因为我们的物理学大厦,从一开始就取决于观测技术的进步。
早在牛顿、伽利略时代,现代科学的第一个奥秘,就是人类透过望远镜揭开的。牛顿不是被苹果砸到的顿悟想出来的万有引力,而是伽利略用望远镜观测到了万有引力对天体的影响。
那么牛顿和伽利略为什么能造出望远镜呢?除了他们很聪明之外,还有因为当时玻璃技术的突飞猛进。
在伽利略之前,欧洲只能制作出绿色的玻璃,你可以想象绿色啤酒瓶的玻璃是不能磨出望远镜片的。到了 15 世纪中叶,安杰洛巴洛韦耶才发明出制造清澈玻璃的工艺。这个工艺又取决于化学原材料的进步。
到了 16 世纪,欧洲的眼镜工业日益成熟,庞大的镜片市场催生出专门的玻璃打磨匠人,这才能有人能用玻璃制作出望远镜片。
牛顿当年没有玻璃镀锡技术,他为了制作出反射镜片,亲自研发出一种合金,然后再发明出一种研磨盘,才创作出牛顿望远镜。
到了现在,观测技术的进步方向有好多种。例如,利用合成孔径技术,我们现在已经可以对遥远的黑洞进行成像。另外最重要、也必然会发生的观测技术的进步是太空望远镜的突破。
可回收火箭正快速降低入轨成本,以后可以花更少的钱,把更大的望远镜发到天上去。
以往觉得遥不可及的太空合成孔径望远镜星座、月球陨石坑射电望远镜、太阳引力透镜望远镜,都将成为现实。
科学终结论对于未知过于傲慢,李政道的直觉判断是对的,我们已经发现基础物理还有巨大的未知领域。
科学终结论对于人类认知能力过于不自信。数学领域和生物学的各种成就可以证明,人类完全有能力解决以往解决不了的老难题,提出以往提出不了的新理论。
科学终结论对于科学进步的认定过于不合理,默默工作着的无名科学家的贡献被忽略了。我们应当认为,包括你我在内的普通人在人类工业文明上的日常成就,都是对未来基础科学突破的必要贡献。
人类的进步不是孤立的,商业航天技术的进步,AI 的浪潮,你我的工作,都正在推动基础物理学朝向下一个大突破迈进。