物理学家热爱统一
我们都知道,牛顿和爱因斯坦是物理学史上最顶级的物理学家。我们会发现,最顶级的几位物理学家都完成了物理学的部分“统一大业”,比如:
牛顿提出了万有引力定律和牛顿三定律,让我们知道物理学定律是具有普适性的,宇宙中的和地球上的都是一致的。
爱因斯坦提出了狭义相对论,统一了时间和空间,他认为空间和时间其实是一回事,应该被并称为时空,除此之外,爱因斯坦统一了质量和能量,他认为质量和能量其实是一个东西的两个面,质量里有能量,能量里有质量。在广义相对论中,他提出引力的本质是时空的弯曲。
而麦克斯韦是和牛顿、爱因斯坦平起平坐的物理学,他提出了麦克斯韦方程,统一了电和磁,并预言电磁波的存在以及光就是一种电磁波。
所以,你看,他们三位都是实现了统一理论的物理学家,如果把物理学家分为几个梯队,那三位毋庸置疑就是第一梯队的。其中,牛顿和爱因斯坦都曾经倾尽全力去寻找大一统理论。所以说,对于物理学家来说,最至高无上的成就是完成大一统理论。那什么是大一统理论呢?
所谓的大一统理论,说白了就是用一个理论解释全宇宙的所有物理学现象。如今我们要解释宇宙中的各种现象,需要的是不同的理论来诠释,所谓的统一,说白了就是从现象中抓到本质,合并一些物理学现象。大一统理论其实就是最终所有现象共同的本质,用一个理论去诠释。
四大作用力
按照如今的视角来看,大一统理论应该就是统一四大作用力。为什么这么说呢?
在上个世纪,物理学发生了剧烈的变化,出现很多超乎物理学家的想象的现象。于是,他们开始进行统一。在这个过程中,他们发现了宇宙中存在着四种基本作用力。
其中,强相互作用力和弱相互作用力是作用在原子核层面的;引力是物质之间的吸引力;强相互作用力和弱相互作用力,引力之外的作用力都是电磁力。它们之间的强度相差甚远。那我们应该如何“力”或者更严谨地说是“作用”的概念呢?
我们可以试想一下,构成宇宙万物的说白了就是微观粒子,比如:质子、中子、原子、夸克、电子等等。
但是正常来说,他们应该是一盘沙状的,而不是像现在这样构成宇宙的万物。所以,还存在着“作用”作为“粘合剂”,把这些粒子粘合在一起。
所以,从如今的理论来看,要构建一套大一统理论,就要把这四种作用力统一起来。那现在的进度如何呢?
目前来看,弱相互作用力和电磁力被统一了起来,我们也称为弱电统一理论,这是温伯格、格拉肖等人做出来的。而强相互作用力和弱电理论处于半统一状态,说白了,就是我们可以用一个公式来表达,但并不是完全统一起来。在这个过程中,我们国家的科学家杨振宁做出了极其作用的贡献。
至于引力,目前的“引力子”理论和实际误差巨大无比。广义相对论是解释引力的主流理论,但广义相对论和量子力学目前还无法相容,因此,目前来看引力还无法和其他三个力进行统一。
也就是说,虽然大一统理论要求我们统一四个作用力。但实际上,我们距离统一这四个作用力还还远很远,但多人寄希望于超弦理论,但目前的实验做下来,超弦理论也未必可以成为最终的大一统理论。
如果有人可以统一这四个作用力,那完全是可以和牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦平起平坐的水平。但是你要说,他就超越了牛顿、爱因斯坦等人,就不太靠谱。原因其实也很简单,统一四大作用力很可能并不是最终的大一统理论。为什么这么说呢?
大一统理论可能未必存在?
其实我们可以想象一下,牛顿时代,牛顿追求的大一统理论应该是和我们现在不同的。因为他根本不知道存在这四种作用力。爱因斯坦也是如此,他的时代,四大作用力还没有被发现。那我们真的就确定宇宙仅仅只有这四大作用力吗?
实际上,我们并不能。举个例子,在这套理论当中其实至少缺少了对于未知物质的补充。我们如今知道,宇宙存在着暗物质和暗能量,它们的占比远比我们看到的物质要多,两者加和达到了95%以上。我们知道的其实是在这5%不到的世界里的理论,这个理论解释不了暗物质和暗能量。
所以,纵观整个科学史,我们会发现,每当我们多知道一些,我们就发现我们不知道的也多了一些。所以,大一统理论实际上是在变化的,不同的时代所认为的“大一统理论”是不同的。因此,即使统一了四大作用力,这个理论也大概率不是最终的大一统理论。也就是说,统一四大作用力也只是部分统一,因此,这个人也就是和牛顿,爱因斯坦平起平坐而已。况且,如今来看,这个统一之路格外艰难,短时间内可能都不可能完成。