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愛因斯坦科學生涯最大失敗!研究20年一無所獲,統一場論到底是啥
2023/09/11

愛因斯坦的名聲無人不知,無人不曉,被認為是現代物理學的「天降紫微星」, 是他創立了現代物理學的兩大支柱相對論與量子力學,當人們說起現在的科學家,甚至會用一種感嘆的語氣道: 「像愛因斯坦這樣的科學家,已經百年沒有出現了!」

然而就連這位「大咖」都有無法求解的問題,這個所謂的「大統一理論」到底是什麼呢?

愛因斯坦也失敗了

1933年,納粹黨成為德國執政黨,當時正在美國的愛因斯坦當機立斷地宣布 放棄自己的德國國籍,并向普魯士科學院提交辭呈。

同年10月,愛因斯坦成為 普林斯頓高等研究院的常駐教授。這位憑借光電效應,在1921年 獲得諾貝爾物理學獎的物理學牛人,在普林斯頓時期也沒閑著,他仍然在做大量的計算。 當時的愛因斯坦希望能發展出統一場理論,以此駁斥量子物理的哥本哈根詮釋

愛因斯坦晚年一直致力于研究統一理論,不過在他的年代, 強相互作用與弱相互作用的概念還沒有形成,所以愛因斯坦研究的只有 引力和電磁力

當時的物理學主流恐怕是量子力學,而愛因斯坦的努力看起來也似乎過于超前,這讓愛因斯坦逐漸偏離了物理學大方向。 不過遺憾的是,愛因斯坦直到自己逝世前都沒有發展出統一理論。

統一場理論

統一場論,聽名字就非常「霸氣」, 只要有它這一個理論,就能完美解釋宇宙中所有種類的基本粒子之間的基本相互作用

基本粒子是 構成世間萬物的最基本物質 雖然最基本,但直到現在物理學家也沒能弄明白基本粒子的內部結構是什麼,也不知道宇宙中是不是還存在比基本粒子還要基本的粒子。在目前的標準模型理論架構下, 基本粒子可以分為費米子和玻色子

知道了基本粒子是什麼,要理解基本相互作用就很簡單了。 基本相互作用是物質間最基本的作用,雖然看起來什麼都沒解釋,但其實你已經明白它的含義了。

基本相互作用也被稱為 宇宙基本力,也就是說它 不僅支配著原子,還支配著整個宇宙。這四個基本相互作用 可以解釋迄今為止人類觀察到的所有物質的物理現象,它們就是: 強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用、引力相互作用

只用四種相互作用就可以解釋宇宙中所有的物理現象,這已經十分神奇了,試想一下物理學家要是能用一個簡潔的公式,就能將它們全部概況,進而解釋各種不同粒子之間的關系, 這將成為人類科學難以想象的進步

還有一個理論與統一場論極其相似,但這種理論 并不要求將自然界的基礎當作一個場,這個理論就是萬有理論。

萬有理論

萬有理論也是假定存在的一種理論,它假設世間存在一種 具有總括性、一致性的物理理論框架,憑借這一個框架就可以解釋宇宙間所有的奧秘

萬有理論的開始絕對早于你的想象。 阿基米德被認為是我們已知的,最早的一位使用公理來描述自然,并從中演繹出新結果的科學家。

經過幾個世紀物理學家的努力,現在已經發展出兩種理論框架—— 廣義相對論與量子場論,只要將二者結合,那麼就可以得到最接近物理學家想象中的萬有理論

研究現狀

可惜的是,無論是將自然基礎看作一個場的統一場理論,還是希望合并巨觀與微觀科學的萬有理論, 到目前為止都沒有被研究出來

目前, 沒有任何候選理論能夠給出 精細結構常數或電子質量,物理學家期望能從新的實驗中探索出 新的粒子,或直接在 暗物質的研究上取得更大的進展,以此為契機朝著萬有理論前進。

結語

難道說人類的科學真的無法再進一步了?在劉慈欣的科幻作品《三體》中,三體人就使用了人類無法想象的高維武器, 將人類的前沿科學全部封鎖,首當其沖的就是理論物理學。在許多陰謀論中,地球也只是高等文明的實驗場,難道人類真的被「針對」了?

筆者認為真實的情況肯定沒有陰謀論說的那麼夸張,人類用幾個世紀才弄清光的特性,科學的發展需要時間也需要契機, 或許在不久的未來,人類就能完成萬有理論也說不定

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