物理學為什麼沒能從理論上預測巨磁阻效應？

01-03

考慮到物理學的理論大廈彼時應該已經很完備了。

物理這個學科，可以分為理論物理和實驗物理。我認為理論的作用有二：預言和解釋。相應的，實驗的作用也是二條：探索和驗證。理論家可以從自己的論證推導出可能的結果，對實驗工作者提出指導；實驗工作者也可以發現新奇的現象，然後讓理論家們做出解釋。理論家們預言了某種物理現象並被實驗所驗證（如近年來的希格斯玻色子，拓撲絕緣體），這很正常；而實驗工作者發現了前人沒有想像到的新奇物理現象，也沒有什麼不能接受的。

對於題主的問題，我分兩點來進行回答：

第一，物理學的理論大廈遠遠算不得完備。就拿凝聚態物理來說，超導已經造就了4次諾貝爾獎了，它必然還會造就幾次諾貝爾獎，因為目前離解開超導的秘密，以及得到室溫可用的超導體還遠得很。

在參加去年8月在中山大學開的凝聚態理論會議時，物理所劉邦貴老師指出，在近20年來，凝聚態理論基本沒有新的進展，大家基本都只是拿著以前發展的工具方法來應用到新的材料上而已。

第二，對於巨磁電阻這個現象，為什麼沒有理論上的預言。

實驗物理中的新發現有兩種，一種是基本上所有人都想不到，偶然發現了之後，大家都大開眼界。以凝聚態領域舉例：比如說偶然把材料降到低溫，發現電阻會變成0，而且在這個材料中電流幾年都不衰減（超導）；比如說某些液體在低溫下，把它倒進碗里，它會沿著碗壁向上流到碗外（超流）；比如說拿激光去打石墨，發現碳原子會形成足球一樣的結構（富勒烯的發現）。這些發現都是顛覆人類的認知的。要理解這些現象，人類將付出很大的努力。這種發現，誰都想不到，因此，你不能單單責怪為什麼理論工作者沒有預言。

另一種發現，就是大家原本沒想到，只有少數人想到了。發現之後，大多數人就會懊惱地揪頭髮：「我為什麼沒有想到！」

巨磁電阻就是這樣的一個現象。它的重要性在於給信息存儲技術上帶來的巨大變革，而並非有多麼高深的物理內涵。它只是電子在鐵磁/非磁/鐵磁層這樣的多層結構中的輸運行為，其機制在當時的理論水平裡面是完全能夠理解的。它的發現，更多的是技術問題。我認為巨磁電阻的兩個發現者在有意識地設計這樣的實驗的時候，已經對將要出現的物理現象有所預期了。

既然只是一個技術問題，那麼理論工作者沒有考慮到也情有可原。在研究中理論實驗各有分工，理論工作者們挖掘出最基本的原理，而實驗物理學家或者工程師們準備怎麼去用這些原理，那理論工作者不一定了解，不一定關心。誠然，很多理論工作者也會設想出一些方案來指導實驗從而改變世界，但有時他們不了解某方面的現實需求，不清楚某方面的技術細節，就沒有去想，想不到，這也沒什麼問題。巨磁電阻這個點子，並不需要非得是做理論的人才能想到啊，既然如此，理論家們不去預言它，又有什麼好責怪呢？

所以總結一下，還是像開頭說的那樣，理論工作者做出了預言，這很正常，理論工作者沒有想到，那也很正常啊。

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最後用題主的語氣說說幾乎所有物理/化學/材料工作者心中永遠的痛：

考慮到彼時人類用透明膠布的經驗已經非常豐富了，為什麼其他人沒有想到拿透明膠布粘石墨能粘出一個諾貝爾獎呢？
（石墨烯：透明膠帶成就的諾貝爾獎）

物理學最基礎的理論可能已經比較完備了，但跟具體的問題又是兩回事了，就像你學會了微積分的定義和原理，許多微分方程你還是一樣解不出來的，只有某一天突然發現咦這個微分方程有個很有意思的解，然後才會去研究這個方程，然後總結解法，這樣又多了一個數學知識。

物理也是一樣，比如說量子力學，已經有許多基本原理了，處理單個粒子可能已經比較完備了，多粒子體系也有數學原理，但是對處理真正的多粒子體系還是一樣一籌莫展，因為你不可能去解一個10^23量級的變數的方程。所以物理學還是要有許多困難的地方。

理論真正能預測的不多。。。

1、物理學還遠談不上完備，遠的不說，量子物理與相對論不兼容的問題到現在也沒有好的解決方案。從天文尺度到微觀尺度，幾乎每個尺度都有大把不能解釋，或者有多種解釋的問題。

2、即使是非常完備的體系，例如數學這算是非常完備的體系吧，所有的定理都是從少數幾個公理經過嚴格的推理得出的。但就在數學領域也會發現一大堆莫名其妙的現象而無法解釋，不過數學領域管這些東西叫做猜想，例如哥/黎猜想。例如最近才被解決的四色定律和費馬大定律。

3、從四色定律和費馬大定律特別費紙的證明也可以看出來，很多時候描述起來非常簡單的現象，要從現有的理論去推導出來是非常費勁的。四色定律和費馬大定律這些都是已經反覆確認現象存在了，再從現有的理論來證明都特別費勁。所以在這兩個現象都沒發現之前，要從現有的理論毫無目的的推算得出這兩個現象的存在，以現在的計算能力根本是不可能的事情。

首先不得不說的是，物理理論很大程度上是離不開數學的。這樣說的意思是，至少我自己常常發現物理理論在選擇了正確的數學工具以後，一切都似乎很自然地顯現在眼前，由此發生的問題是，為什麼數學總是那麼有效？進一步，現有物理理論很多時候可以說是在一定可信的實驗事實基礎上建立起來的能夠基本解釋與預言所發現的物理現象的理論的集合。這樣其實可以從一個側面看出來一些新的現象的發現卻不能在現有理論中找到解釋或者尚未被預言過這件事是及自然的，恰恰因為這樣才推動了物理學乃至整個科學技術的發展。

理論沒能夠預測實驗，你們說搞理論的不給力啊。而實驗未能夠證實理論，你們還是說搞理論的不靠譜啊。搞理論的已經哭暈在廁所。

就算物理學大廈完備，預測到某個效應和給定條件讓物理學家判斷事件結果顯然是兩回事。就算是給定條件判斷結果，牛頓力學完備，但多體問題仍然難解。自然數論的公理人人都知道，但哥德巴赫猜想仍然難以證明。