第106章 科普：大一統理論

（不喜歡或者已經是很了解相關知識的讀者可直接跳過這一章）

大一統理論（grand unified theories，GUTs），簡稱GUT，又稱爲萬物之理，又有人叫大統一理論。

由于微觀粒子之間僅存在四種相互作用力，萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。

理論上宇宙間所有現象都可以用這四種作用力來解釋。

通過進一步研究四種作用力之間聯系與統一，尋找能統一說明四種相互作用力的理論或模型稱爲大一統理論。

需要指出，統一理論尚未得到最後驗證。

而且霍金在《時間簡史》中也指出，也許會發現大一統理論，但這個大統一理論并不是愛因斯坦最初想的大統一理論。

因爲不可能通過一個簡單美妙的公式來描述和預測宇宙中的每一件事情，畢竟宇宙是确定性和不确定性相互統一。

早在20世紀20年代，著名物理學家愛因斯坦就緻力于尋找一種統一的理論來解釋所有相互作用，也可以說是解釋一切物理現象。

因爲他認爲自然科學中“統一”的概念或許是一個最基本的法則。

甚至可說在愛因斯坦的哲學中，“統一”的概念根深蒂固，他深信“自然界應當滿足簡單性原則”。

從30年代提出相對論後不久，愛因斯坦就着手研究“大統一理論”。

試圖通過“弱作用，磁場，強作用”的統一思維來簡單的解釋宇宙，進一步将當時已發現的四種相互作用統一到一個理論框架下，從而找到這四種相互作用産生的根源。

這一工作一直到他1955年逝世爲止，并幾乎耗盡了他後半生的精力，而且統一思維與當時物理學界的主流思想不符，以緻于一些科學史學家斷言這是愛因斯坦的一大失誤。

自然界一共有4種相互作用，除了引力相互作用和電磁相互作用外，還有強相互作用和弱相互作用。

這4種相互作用強度大小和作用範圍都相差懸殊，也大相徑庭。

引力的強度隻有強相互作用力的100萬億億億億分之一，引力的作用範圍卻非常大，從理論上說可以一直延伸到無限遠的地方，引力是長程力。

而強相互作用力的範圍卻很小很小，隻有1厘米的10萬億分之一，說強相互作用力是短程力。

弱相互作用力也是短程力，力程不到1厘米的1000萬億分之一，強度是強相互作用力的1萬億分之一。

電磁力與引力一樣是長程力，但它的強度要比引力大得多，是強相互作用力的1/137。

4種相互作用力在性質上看來有明顯的差異，然而科學家們卻在思索：自然界爲什麽有這4種相互作用？

這4種相互作用力是否隻有差異而無共同之處？

這4種相互作用力能不能在一定條件下得到統一的說明？

從科學史來看，第一個認真思索并付諸行動的是物理學家愛因斯坦。

在這近百年的時間中，無數的科學家進行了研究。

真正成爲問題的是一個十分逆反的觀點：所謂大一統理論，首先反映的隻是人們有關物理學方面的一個思想意向和主觀願望。

至于真正的大一統理論内容究竟是什麽或怎麽樣，可能誰也不知道。

而且我們還認爲這是一個關于大一統理論問題的最基本的思想認識，離開了這個最基本的思想認識，一切大一統理論的基本認識都将是脫離實際的。

因此前人關于統一場論的探索，可能隻是人們在跟着感覺走，而事情的一個本來面目，則還遠未被人們所了解。

比如，一個極其嚴重的問題可能是統一場理論或大統一理論，不一定就是強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和萬有引力這四種自然力在現行物理學基礎上的機械統一。

一個把全部物理學都彙合在一個大綜合體裏的大統一理論，也不一定是應用數學方法把現成物理學知識做統一性的機械組合，等等。

總之，我們估計，人們曾經的統一場理論研究，完全有可能在問題研究的對象、方法、立場和角度的出發點地方，一開始就弄錯了。

而如果我們要達到大一統理論的研究成功，那就可能首先要探索一條與客觀事實相适應的物理學發展新道路。

大一統理論的突破将會是人類科技史上根本性的突破，它将使人類真正認識到我們所在的這個宇宙的本質，宇宙浩瀚的空間再也不是人類的障礙。

但以我本人來看，我們這幾代人應該是看不到這一天了。

(本章完)