完成對自然界四種基本作用力的統一,是科學界任重道遠的任務!
把主導世界的作用力統一起來解釋,是科學界已經煩惱了100年的事情。有不少人提出,既然已經把強弱和電磁力三種力統一了,爲啥引力就統一不了呢?其實這是一種不準確的認識,下面我們就來討論一下。
4種基本作用力的統一是一個非常複雜的問題,不是一般吃瓜羣衆輕易能夠弄懂的。
時空通訊本來就是吃瓜羣衆之一,當然也是一臉懵逼。只不過時空通訊有點自知之明,不懂就學,可能就比那些不願學習,卻自作聰明想憑空創造一個重大理論,推翻現代物理學支柱的人好那麼一點點。
因此我相信科學界的結論:迄今爲止,這個世界的一切運動變化,都是由引力、電磁力、強力、弱力這4種基本力作用的,無一例外。如果誰發現例外就是一個重大突破,將獲得諾貝爾獎。
通過全球很多科學家的幾十年的不懈努力,已經將電磁力和弱力兩種力捉進了一個籠子,統一了,強力的統一還在研究中,並沒有結論。引力就更沒有頭緒了,還有很長的路要走。因此已經統一了3種力的說法是不準確的。
早期的人類,把世界簡單看成由金木水火土組成(東方物質觀),或者由水、火、土、氣組成(希臘古典物質觀),不知有基本相互作用力的存在。
一直到了伽利略、牛頓時代,人們知道了萬有引力,世界上萬事萬物(宏觀)都受引力羈絆,在引力作用下運行。
到了19世紀中葉,麥克斯韋的電磁理論統一了電和磁的作用,發現了世界的第二種力~電磁力。到了20世紀初,愛因斯坦發現了經典力學的某些缺陷,把場的觀點引進了牛頓的引力理論中,發現了引力的本質是時空彎曲,破除了牛頓引力論中超距作用的觀念。
這樣人類知道了這個世界有兩種基本作用力統治着世界,而這兩種作用力都有一個“場”,這兩個“場”(引力場、電磁場)是否可以統一爲一個“場”呢?
於是一波統一引力場和電磁場的研究熱潮就掀起了,被冠之爲“統一場論”。
愛因斯坦從上世紀20年代就投身其中,雄心勃勃的希望能夠在有生之年有所突破,但可惜他一直堅持到1955年逝世,也沒有弄出個子醜寅卯。而其他的科學家後來就被方興未艾的量子力學所吸引,就漸漸冷淡了這項研究。
到了上世紀50年代,量子力學的飛速發展,使人們對世界認識從宏觀到了微觀的更深層次,發現主導這個世界的力除了引力和電磁力,還有強力和弱力,而且這些力都是通過不同的數理模型得到的。
由於科學界對世界認識的不斷深化,人類感覺到我們的世界越來越複雜。但不管怎麼複雜,這個世界都是引力、電磁力、強力、弱力四個兄弟玩轉的。強力、弱力主管着微觀世界原子以下的運行規律,電磁力、引力管理着世間萬物中長力的運行規律。這些力各有各的規律,都有一套科學家們摸索了幾個世紀弄出來的數理定理,尤其是數學結構,精準而複雜。
爲什麼不能更簡單些呢?有沒有一種理論能夠把這四種力都匡進去,放在一個模子裡解決呢?
經過一段量子力學如火如荼的發展,人們又撿起來被丟棄的統一場論,開始思考這個問題。不過現在的範圍更廣了,不是統一兩種力,而是4種力,就叫大統一理論。
1954年,楊振寧和R.米爾斯的規範場論,揭示了電磁作用和其他作用力的共同本質很可能是規範不變性,開闢了用規範原理來統一各種相互作用的新途徑,爲科學界研究大統一理論撕開了一道裂口。
1967年,格拉肖、溫伯格、薩拉姆提出了一個新的模型,成功的改造了電磁力和弱力的數學表達式,使這兩種力進入了一個統一的數學框架中。
這是科學史上第一個成功將相互作用力統一的理論,他們的理論均在今後一系列實驗中被證實,由此三位科學家獲得1979年度諾貝爾物理學獎。1983年,歐洲核子研究中心找到了理論所預言的中間玻色子W和Z,象徵着電磁力和弱力的統一從實驗中得到正式驗證。
到了這裡人們看到了所有力統一起來的一線曙光,人們開始試着把強力加入到電、弱的統一框架中來。
科學家們企圖通過大型強子對撞機解決這個問題,但迄今爲止,實驗結果與理論有矛盾,理論預言的質子衰變並沒有出現,探索的進展並不順利。因此很多人都認爲三種力已經統一了的傳言,似乎只停留在事出有因,查無實據的階段。
而要把引力加入其中,距離就更遠,更加前途渺茫,霧鎖迷城啊。這裡面有一個引力子問題,就是引力的傳達子,是量子力學提出的一種假設,認爲引力就是靠這種無質量的粒子傳遞的。但這種粒子存在還是不存在,目前既沒有發現也存在着爭議。
科學界依然在孜孜不倦地探索和追求着,新的理論和猜想不斷涌現,如弦理論、超弦理論等,這些理論爲解釋宇宙更深層次問題提供了一種新的思考。與此同時,量子理論的發展對粒子運動一些迷人的特性也產生了更多的疑問,除了這四種基本力還有沒有一種主導粒子運動的力存在呢?於是在大統一理論提出基礎上,超統一理論又被提出了。
人類探索將所有力統一起來的路還會很漫長,但是一件非常有意義的重大事件,弄清楚了這些,人類對世界的認識就會得到重大突破。
事實上,我們宇宙就是從最簡單過來的,大爆炸之前和最開始的時候那個最早的宇宙並沒有這四種力,那個時候的宇宙是最質樸最簡單的,具有驚人的數學之美,就是0或1。從普朗克時間開始,才分化出了這些複雜的結構和力。
愛因斯坦在思考質能關係時,採用了複雜的運算模式,最終得到了一個最簡單的質能方程:E=mc^2。就是這個最簡單的方程,揭示出這個世界蘊含着的最質樸最簡單又是最核心的一種關係~物體質量就是其所含能量的度量,從而引領人類進入核能利用時代。
把世界上的各種力統一起來的理論,就是科學界正在尋找這樣一種最簡單的總公式。
這個總公式將把四種力的本質統一起來解釋,是比愛因斯坦質能關係方程站在更高層次,更廣泛概括世界本質的理論,它將成爲打開世界核心機制大門的鑰匙,找到宇宙深處最樸實的真理,從此世界變得更簡單,更明白。
解決了這個問題,人類將更清晰的瞭解我們世界出生時那一刻的狀況,那個嬰兒宇宙時刻,最質樸最簡單的時刻。從此人類瞭解了自己的身世,很可能就會走出嬰兒期,開始更快的成長。