同學們讀《三體》時，都會被一個情節深深震撼，地球科技被三體文明的智子鎖死，科學從此再無寸進。
現在也不時有同學感慨，物理幾十年沒有新的突破，基礎理論已經原地踏步70年！會不會智子不知不覺中已經降臨人間，外星人暗中操縱了一切呢？大家瞬間表示壓力很大。
科技之鎖示意圖
同學們稍安勿躁，人嚇人嚇死人，大家不要再糾結於劉慈欣大師的科學幻象。科學一直在前進，只是能跟上的人越來越少了而已。原因讓我細細道來。
讓我們把目光沿著歷史回溯，聚焦在公元9世紀前的某個時候，人們剛剛發明了一種可以視為里程碑式的東西——數字符號系統。這種文字由10個符號組成，代表著從0到9的數字，我們今天把它們叫做阿拉伯數字，雖然它們是印度人發明的。它讓儲存和處理數字數據的效率獲得一日千里的巨大進步。不久之後，另幾個其他符號加入了阿拉伯數字系統（例如加號、減號、乘號等），現代數學符號的基礎就產生了。
阿拉伯數字形式
一堆數字符合有什麼用處？很明顯，你無法用數學符號來寫一首詩表達你對情人的熱愛；但是，它有著另一種魔力，只要能將信息轉化為數學符號，無論儲存、傳播和處理的速度或者效率都是革命性的，這可比寫情書實用多了！至今為止，人類歷史上發現的第一份文字記錄就是——「29086單位大麥37個月庫辛」——古代蘇美爾人的一份記帳單。情書之類的比它晚多了。
蘇美爾人的古代記事泥板
數字符號系統的發明，在不久的將來，徹底改變人類歷史的走向。
天才的牛頓發現了數學的價值，並把它和自然規律研究相結合後，通過《自然哲學的數學原理》一書，宣告現代意義上的科學正式誕生。
數學的形象
不到3百年，現代的物理和工程方面，幾乎整個知識領域就和人類的口語語音脫節了，科學語言，逐步由數學符號獨占。
認識自然和理解規律，絕大多數人，靠的是直接的感官認知，以及客觀經驗的積累。除了極少數的例外。人類大腦最容易接受和存儲的是關於動植物、地形、社會的信息。談論起什麼數字、運算符號，大部分人的第一感覺無非是腦力超載，昏昏欲睡而已。但推動歷史前進的，從來都是極少數的那一部分。數學接管人類的認知，說這根本就是反人類的趨勢，也不為過，但現實正是如此！
這就是為什麼直到今天，仍舊有那麼多的同學質疑愛因斯坦的相對論（或者量子力學），喜歡通過操縱兩個手電筒交差反射，論證光速的疊加或者相減，號稱從此終結了相對論的原因。
大部分的同學始終擺脫不掉，從生活經驗中去理解和總結事物的規律；或者儘量減少對麻煩數學模型的記憶，而儘量從簡的本能。
大家對比一下，經典物體運動的伽利略-牛頓運動體系中重力加速度的表達式：
重力加速度公式
相對論的重力加速度的表達式，在解答低速物體運動時，也可以近似簡化為上述的經典物理表達形式，它們其實是等價的，但是它卻長成這樣：
重力加速度表達式
同學們感到瞠目結舌是對的，一般人看到這個的感覺就像黑夜中突然被錘子砸到腦袋一樣——徹底懵掉。這並不代表你天生愚蠢或缺乏好奇，只是人類的大腦本來就沒有玩這個複雜數學的天性。更簡單的說，它運用的數學模型，大大超越了普通吃瓜群眾的理解極限，大家很可能不是不打算嘗試接受新的理論，而是實在是看不懂而已。
很不幸的是，現代科學的兩大理論基礎——相對論以及量子力學，從根本上，它們都不是可以憑藉客觀經驗，或從現實生活中，直接獲知的理論。事實上構建它們的大部分是抽象的數學，沒有掌握高深晦澀的數學工具，根本理解不到理論的精髓，可以說是非常的脫離群眾基礎。
不確定性原理
說完愛因斯坦的相對論，我們再來看看量子力學的世界。海德堡在引入矩陣，發現不確定原理的過程中，是這樣描述量子力學的「在微觀粒子世界裡，一切都看起來是那樣地古怪不合常理，甚至有一些瘋狂的意味。我們日常的經驗在這裡完全失效，甚至常常是靠不住的。物理世界沿用了千百年的概念和習慣在量子世界裡轟然崩坍，曾經被認為是天經地義的事情必須被無情地拋棄，而代之以一些奇形怪狀的，但卻更接近真理的原則。微觀粒子世界就是這些表格構築的。它們不但能加能乘，而且還有著令人瞠目結舌的運算規則。這一切都不是臆想，是從事實——而且是唯一能被觀測和檢驗到的事實——推論出來的。」
我們必須學會面對現實。物理，必須從唯一可以被實踐的數據出發，而不是靠想像和常識習慣。我們要學會依賴於數學，而不是日常語言，因為只有數學才具有唯一的意義，才能告訴我們唯一的真實。我們必須認識到這一點：數學怎麼說，我們就得接受什麼。
所以，不論是相對論還是量子力學，其實很大程度上，這兩者代表的物理學發展並沒有到達了什麼所謂的瓶頸。而是，一般吃瓜群眾們，對於科學的理解到達了瓶頸。
突破這個瓶頸需要唯一的鑰匙，就在大家的身邊，可也是同學們可能一生都無緣去克服的——學習高等數學。
我科普道路上的啟蒙大師「老和山下小學僧」曾經說過：所謂前沿科技，往小了說就是粒子，往大了說就是天文，往虛了說就是時空，往實了說就是生命。
這幾樣東西再往細了說，歸根結底都是講數學。
數學的表達形式
物理學的最高教義就是統一，科學家們為了撮合引力和強力、弱力以及電磁力的統一，前仆後繼，自從科學誕生以來就不曾停止過戰鬥。從牛頓到麥克斯韋，從愛因斯坦到楊振寧，物理學的宮殿建起了又被摧毀，摧毀了又復興，推動之力都是出於對大統一的渴望。
我們先來講講，試圖接替標準粒子模型的超弦理論。
超弦理論示意圖
這種理論假設，基本粒子中的夸克和輕子，實際上都是「弦」——振動的能弦，它們在11維中擺動，包括我們已知的3個維度和時間，以及另外7個別的維度。這種弦非常微小——小得可以被看成是點粒子。超弦理論通過引入額外的維度，引力統一到把量子定律中來，初步完成物理學夢想中的大統一。
這不是終點，維度太多也煩，科學崇尚的是簡潔之美。於是從弦理論出發，又進一步產生了M理論。M理論把所謂「膜」的面，作為其物理學世界解釋的靈魂。
M理論示意圖
它是這樣解釋宇宙誕生：大爆炸過程以一對又平又空的膜開始；它們互相平行地處於一個捲曲的5維空間裡，兩張膜構成了第5維的壁，很可能在更遙遠的過去作為一個量子漲落產生於無。
聽不懂就對了！物理學家的思考，是因為他們拋下了傳統的人類思維方式，從頭學習了如何在外部數據處理系統的協助下思考。這些理論的思考過程有很重要的一部分並不是在他們的腦子裡，而是在計算機里或者演算的紙板上。
而作為普通的吃瓜群眾的一員，你沒有理解這些的深厚數學功底，當然以為上面的敘述是在跟你聊哲學或者瞎扯淡；而物理學家們，同樣沒有簡潔明快的科普文字表達手段，將數學概念文字化。
最後，我就隨便拋個標準粒子模型公式出來，讓大家感受一下前沿科學之美。
標準粒子模型表達式——部分截選
這個先進成果彙報，造成同學們任何不適的話，大家互相體諒一下吧。
近年來，數學符號已經帶來了另一種更革命性的文字系統，對，就是計算機使用的二級製程序語言，全部的符號只有兩個：0和1。
矩陣
計算機並不會理解我們的文化、感覺或者夢想，但是我們現在卻致力於用一種只有計算機才能夠理解的數字語言，來建立科學或者人類的未來。如果有一天，這些二級制語言，打破人類給予的枷鎖，這個世界又會如何呢？世界的未來還屬於人類自己嗎？
你看過《黑客帝國》了吧？
科學自誕生以來，人類社會的變化早已天翻地覆。無論你是愛因斯坦的信徒還是敵人，都不能否認。
現代生活縮影
現代社會隨著分工的日益細化，社會福利保障的逐步提升，一般群眾，只要掌握特定的技能，就能生活得挺好。理解不了一日千里的前沿科學，讀不懂那扯淡的數學公式，是很正常的情況。
不過請放心，那不是三體人在使壞，也沒有智子鎖死人類科技。同學們只是數學差點火候而已。或者，單純的享受科技的美好，正如笛卡爾這樣描述科學的目的「科學發展就是為了讓人類生活得更容易一些」。
我是貓先生，歡迎關注，感謝閱讀！