愛因斯坦的遺憾, 統一宇宙間的四種基本作用力, 窺視世界創世真理

說起亥姆霍茲，可能很多人並不知道，但要說道能量守恆定律，很多人就會恍然大悟了，沒錯他就是能量守恆定律的創立者。他說過一段話：“一旦把一切自然現象都化成簡單的力，而且證明自然現象只能這樣來簡化，那麼科學的任務就算完成了。”

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這些話今天看來可能略有偏頗，但並不影響我們今天要討論的內容，即大統一理論。至於這段話究竟是從哲學層面對科學成果的高度概括，還是機械唯物主義就由時間來檢驗吧。

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現代物理學認為，我們世界上所有的物質都受到四種基本力的控制，這就是萬有引力、電磁作用力、強相互作用力、弱相互作用力。萬有引力是牛頓發現的，他從樹上落下的蘋果得到了啟發，發現了引力。

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麥克

斯韋

則統一了電場和磁場，他的麥克斯韋方程組被譽為最美的物理公式，強力把帶有同種正電荷的質子牢牢地靠在鎖在一起，無時無刻不在抵抗電磁力帶來的斥力，而弱力則和原子的衰敗有關。過去的理論認為，這些力是風馬牛不相及的，它們在不同的作用範圍裡起著不同的作用。

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引力的強度比弱力弱得多，引力的強度只有強相互作用力的100萬億億億億分之一，作用範圍卻最大，從理論上說可以一直延伸到無限遠的地方，引力是長程力，現在有一種觀點，引力彌散在多維空間，因此衰減的最快，但是我們要知道引力的傳播不是瞬時的，它的傳播速度是光速。

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而強相互作用力的範圍卻很小，只有1釐米的10萬億分之一，它是短程力，強力把帶有同種正電荷的質子牢牢地靠在鎖在一起，因此它的強度要大於電磁力；弱相互作用力也是短程力，力程不到1釐米的1000萬億分之一，強度是強相互作用力的1萬億分之一，原子核的衰變和弱力相關；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。

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上世紀，

愛因斯坦

發現了相對論，而以波爾為代表的

物理學家

們發現了量子力學，這兩門理論是一切現代物理的基石。相對論是宏觀世界的主宰者，它的統治範圍從廣袤的宇宙到分子，而量子力學則是微觀世界的統治者，它的統治範圍從原子核到黑洞的奇（ji）點。但當物理學家試圖把兩者統一起來，形成一個大統一理論時，卻發現這幾乎是不可能的。

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愛因斯坦的最大夢想就是力圖把四種力統一起來。但電荷之間的相互作用實在太巨大，比上億倍的地心引力還要更大，這一點很容易證明，磁鐵能吸引鐵塊，整個地球施加給鐵塊的引力也無法拉開。相比之下引力實在是太微不足道了，兩者根本無法統一。

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好在科學一直在進步，麥克斯韋統一了電和磁。半個多世紀前，

科學家

又洞悉了電磁力和弱力實質的同一性，建立了弱電統一理論。楊振寧和美國物理學家羅伯特·勞倫斯·米爾斯聯手創立楊-米爾斯規範場論，建立起了現代粒子物理學的標準模型，這是描述強力、弱力、電磁力三種基本力及組成所有物質基本粒子的理論。

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可能您已經發現了，基本作用力中無處不在的引力還沒有被納入進來，大統一理論還遠遠稱不上成功。最近人們把希望寄託在 “弦理論”上，弦理論認為我們世界最深層次的基本單元並不是粒子，而是比粒子更小很多的線狀的“弦”組成，在這個層面就沒有什麼費米子和玻色子之分了，所有的物質都統一於“弦”。而時空也不是我們感受到的3維，而是11維。

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現代大統一是令人困惑的，你經常會看到標準模型作用量展開式，這簡直是最好的物理學勸退材料。

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但是它得出的結論卻異常優美簡單，你甚至可以在一張餐巾紙上寫下整個宇宙的設計。在這一刻，您彷彿就是上帝本人。

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大統一理論的完成還任重道遠。你可能覺得科學家拿著這麼多經費，研究這些虛無縹緲的東西幹什麼？實際上絕大多數有趣的物理問題不在於根本理論是什麼，而在於如何作簡潔的發現我們隨著的宇宙是如何執行的。美麗的理論一定是簡單優雅的，很難想象上帝會用兩套規則創造世界。