打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
爱因斯坦耗尽半生精力研究科学终极理论 但可惜宇宙没这么简单

爱因斯坦的坚持

从20世纪30年代提出相对论后不久,到1955年逝世为止,几乎耗尽了爱因斯坦后半生的精力着手研究“大统一理论”,试图通过“弱作用,磁场,强作用”的统一思维来简单的解释宇宙,进一步将当时已发现的四种相互作用统一到一个理论框架下,从而找到这四种相互作用产生的根源。但最终因为统一思维与当时物理学界的主流思想不符,以致于一些科学史学家断言这是爱因斯坦的一大失误。

其实早在20世纪20年代,著名物理学家爱因斯坦就致力于寻找一种统一的理论来解释所有相互作用,也可以说是解释一切物理现象,因为他认为自然科学中“统一”的概念或许是一个最基本的法则。甚至可说在爱因斯坦的哲学中,“统一”的概念根深蒂固,他深信“自然界应当满足简单性原则”。

爱因斯坦所研究的大统一理论简称GUT,又称为万物之理,这一理论最初源于电磁的研究,麦克斯韦研究证明它们是电磁现象的同一种基本相互作用的两个方面,可以用同一组方程式加以描述。到20世纪中叶前,这一描述又改进到包括了量子力学效应,并以量子电动力学形式出现。由于微观粒子之间仅存在四种相互作用力,万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。理论上宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释。通过进一步研究四种作用力之间联系与统一,寻找能统一说明四种相互作用力的理论或模型称为大统一理论。

需要指出,统一理论尚未得到最后验证,而且霍金在《时间简史》中也指出,也许会发现大统一理论。但这个大统一理论并不是爱因斯坦最初想的大统一理论,因为不可能通过一个简单美妙的公式来描述和预测宇宙中的每一件事情,毕竟宇宙是确定性和不确定性相互统一。

目前大统一理论包含的重要理论

简单给大家普及一下目前的大统一理论包含人类发现的大部分科学理论。

超弦理论

超弦理论包含超弦理论、M理论和黑洞物理学。它是物理学家追求统一理论的最自然的结果。爱因斯坦建立相对论之后自然地想到要统一当时公知的两种相互作用--万有引力和电磁力。他花费了后半生近40年的主要精力去寻求和建立一个统一理论,但没有成功。现在回过头来看历史,爱因斯坦的失败并不奇怪。实际上自然界还存在另外两种相互作用力--弱力和强力。目前,超弦理论最引人注目,它距完成超对称统一理论还相当遥远,是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论,自然界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式。

矩阵理论

矩阵理论是M理论的非微扰的拉氏量表述,这一表述要求选取光锥坐标系和真空背景至少有6个渐近平坦的方向。利用这一表述已经证明了许多偶性猜测,得到了一类新的没有引力相互作用的具有洛仑兹不变的理论。显然,没有太多的理由认为矩阵理论是M理论的一个完美的表述。

卡鲁扎-克莱因理论

计算中涉及增加额外维度的所有理论现在都叫做卡鲁扎-克莱因理论,1920年代,引力和电磁场这种五维形式的统一甚至推广到包括了量子效应,就形成了以两位开创此项研究的先驱科学家姓氏命名的卡鲁扎-克莱因理论。

弱电统一理论

今天我们已经知道自然界一共有4种相互作用,除了引力相互作用和电磁相互作用外,还有强相互作用和弱相互作用。这4种相互作用强度大小和作用范围都相差悬殊,也大相径庭。例如,引力的强度只有强相互作用力的100万亿亿亿亿分之一,引力的作用范围却非常大,从理论上说可以一直延伸到无限远的地方,引力是长程力;而强相互作用力的范围却很小很小,只有1厘米的10万亿分之一,说强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1000万亿分之一,强度是强相互作用力的1万亿分之一;电磁力与引力一样是长程力,但它的强度要比引力大得多,是强相互作用力的1/137。4种相互作用在性质上看来有明显的差异,然而科学家们却在思索:自然界为什么有这4种相互作用?这4种相互作用是否只有差异而无共同之处?这4种相互作用能不能在一定条件下得到统一的说明?从科学史来看,第一个认真思索并付诸行动的是物理学家爱因斯坦。爱因斯坦在完成广义相对论的理论建设后,就一直在考虑能不能把引力相互作用和电磁相互作用统一起来。从60年代起,温伯格就着手弱相互作用与电磁相互作用的统一。统一之路并不平坦,1967年秋,温伯格终于确定弱相互作用和电磁相互作用可根据严格的、但自发破缺的规范对称性的思想进行统一的表达。他的理论结果发表在这一年的《物理评论快报》上,题目是“一个轻子的模型”。这是科学上第一个成功的相互作用统一理论。

宇宙目前不可想象

人类关于宇宙的遐想都是基于这些伟大人物目前对宇宙的浅显研究,宇宙之深难以想象,大统一理论的实现还为时尚早,现在真正成为问题的是我们这里的一个十分逆反的观点:所谓大统一理论,首先反映的只是人们有关物理学方面的一个思想意向和主观愿望;至于真正的大统一理论内容究竟是什么或怎么样,到目前为止可能谁也不知道。而且我们还认为这是目前一个关于大统一理论问题的最基本的思想认识;离开了这个最基本的思想认识,一切大统一理论的基本认识都将是脱离实际的。因此前面介绍的那些人们关于统一场论的探索,可能只是人们在跟着感觉走,而事情的一个本来面目,则还远未被人们所了解。比如,一个极其严重的问题可能是统一场理论或大统一理论,不一定就是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和万有引力这四种自然力在现行物理学基础上的机械统一;一个把全部物理学都汇合在一个大综合体里的大统一理论,也不一定是应用数学方法(包括重整化方法)把现成物理学知识做统一性的机械组合,等等。总之,我们估计,人们曾经的统一场理论研究,完全有可能在问题研究的对象、方法、立场和角度的出发点地方,一开始就弄错了。而如果我们要达到大统一理论的研究成功,那就可能首先要探索一条与客观事实相适应的物理学发展新道路。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
大统一理论
假设有人统一了四大基本力,那他的地位会超越牛顿和爱因斯坦吗?
菩萨蛮·终极理论
引力与其他三种力之间的关系和统一规范场理论说明!
窥探到了宇宙虚无的真谛?爱因斯坦为什么死前将研究成果全部烧掉
弦论的困境
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服