為了統一四大基本力,科學家耗費了多少心血,未來有可能統一嗎?

科學家們經過數百年來的研究發現,宇宙中所有現象都可以歸結為四種基本力的作用,即強力、弱力、電磁力和引力。眾所周知,牛頓是經典力學的奠基者,後世的科學家在經典力學的基礎上有所創新甚至是超越。起初人類只發現了電磁力和引力,科學家們想方設法想要將這兩種力統一起來,這一工作直到愛因斯坦提出廣義相對論之後才算完成。到現在為止,仍然沒有哪位科學家能夠將四大基本力統一起來,這是為什麼呢?

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首先我們需要了解一下統一的概念,這個概念最早由愛因斯坦提出,指的是發現不同種類力之間的聯繫。他將人生的大半輩子都用在研究如何將引力和其它力統一起來,因為他始終相信這是大自然已經存在的法則,人類所要做的就是去發現這一法則。於是愛因斯坦開始把場的觀點和引力的觀點結合起來,於是就有了最初的統一場論。他在廣義相對論中指出,時空會發生彎曲現象,而此彎曲現象造成的幾何效應就是引力。

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除此之外,他認為引力也是另一種幾何效應,由此可見他想像幾何化引力那樣將電磁力幾何化,雖然到最後他都沒有成功,但為後人留下了寶貴的經驗。在強力和弱力相繼被發現之後,科學家又試圖將它們與原有的引力和電磁力統一起來。雖然這項工作至今還沒有完成,但它一開始就有一個恢弘的名字,那就是“大統一理論”。直到上個世紀60年代,科學家溫伯格成為第一位將弱力和電磁力統一起來的人,建立了弱電統一理論。

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從那之後,四大基本力的統一工作似乎就沒有突破性的進展,但各國的科學家依然在不斷努力。當然發展到了今天也不能說一無所獲,其中被認為有希望成為大統一理論的是超弦理論。和以往理論不同的是,超弦理論指出構成物質的基本單位並非電子、夸克等基本粒子,而是一維空間裡的弦。超弦理論將基本粒子的構成解釋為不同的振動和運動,但該理論至今仍未成熟。除了超弦理論之外,其它理論似乎並不能擔起統一四種基本力的大任。

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由此看來,想要將四種基本力統一起來並不容易,即使是愛因斯坦也還做不到。因此有人會問,如果未來出現了一位完成大統一理論的科學家,他對人類文明發展的貢獻會超越牛頓或者愛因斯坦嗎?如果真的出現這麼一位人物,他毫無疑問會被認為是當代最傑出的科學家,這個頭銜沒有“之一”。在大統一理論提出的很多年後,人類也會將其放在歷史的長河中與牛頓、愛因斯坦等傑出科學家進行比較。

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至於他們之間誰的地位高一些,這完全取決於個人的傾向,並不存在統一標準答案。這些假設成立的前提是,有人能夠統一四大基本力,目前看來還不會出現這樣的人。


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