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如果有人統一了四大基本力,那他的地位會超越牛頓、愛因斯坦嗎?

為什麼要四大基本力?

關於這個話題,其實我們要想搞懂「統一四大作用力」的意義,我們其實要搞懂兩個問題:

為什麼要「統一」?

為什麼是「四大作用力」

首先,我們要說一說「統一」的事,對於物理學家,尤其是理論物理學家而言,他們都有一個夢想,那就是提出一個大一統理論,這個大一統理論其實就是把所有的物理學理論用一個理論來描述,這個夢牛頓做過,愛因斯坦也做過,只不過他們都失敗了。不過,之所以牛頓、愛因斯坦都名垂青史,是因為他們統一了一部分。

牛頓統一了天上和地上的物理學。(在牛頓之前,人們認為天上和地上用的是兩套不同的理論)

愛因斯坦則統一了「時間」和「空間」,除此之外,還統一了「能量"和「質量」。

其實,歷史上還有一位和牛頓和愛因斯坦齊名的理論物理學家,那就是麥克斯韋,他統一了「電」和「磁」。

所以,我們會發現,歷史前三的理論物理學家都實現了一部分理論的統一,並且他們都是單打獨鬥完成的。這足以說明「統一」這件事有多重要。

那為什麼要統一「四大作用力」呢?

如果我們有一把神砍刀,然後把物質不斷地砍下去,切到最碎最碎,直到根本砍不下去為止。那會剩下什麼呢?其實叫做:費米子。不知道是什麼,沒有關係,費米子其實是一類物質粒子的統稱,我們熟悉的夸克和電子其實就是費米子。

也就是說,它們是組成物質的最小單位。可是你想沒想過,這些粒子是如何組到一起的呢?也就是說這個「膠水」到底是什麼?

根據我們現在對於宇宙的理解,這個「膠水」就是四大作用力。

強力和弱力,你可以粗暴地理解成它們是構成原子核的膠水,同時確保電子不會進入原子核內的作用力,(這裡補充一下,電子不會進入原子核和弱力有關,也和泡利不相容原理有關。)

而引力其實很好理解,是聚合物質的一種力,和質量有關。電磁力是我們日常生活中接觸的最多的力,我們接觸到的只要不是引力的,都是電磁力在其中作用,小到你現在能拿得住手裡的手機,大到我們觀測宇宙中的各種天體,都是電磁力在起作用。

科學家通過粒子物理標準模型將強力、弱力、電磁力統一了起來,其中這些三個作用力都是通過玻色子來實現傳遞。

強力是由膠子來傳遞;(補充一下,還有一種強力是由介子來實現傳遞的)

弱力是由W玻色子和Z玻色子來傳遞;

電磁力是由光子來傳遞。

粒子的質量是由希格斯玻色子來傳遞。

(實際上,這裡我隱去了「場」的概念,這是為了方便理解。)

所以,我們會發現,三個作用力就是通過一套理論來描述了,距離成功就差一步。還差一個「引力」沒有被納入到粒子物理學標準模型當中來,很多科學家都爭先恐後地想要把最後這個「引力」並進來,也就是「引力子」理論。

結果,很遺憾,都是以失敗告終。科學家是講究和現實擬合的,而廣義相對論對於引力的描述實在太精確了,遠不是「引力子」理論能比擬的。

所以,現實的情況是三個作用力被統一在一起,而引力由廣義相對論來單獨描述。(廣義相對論中,引力的本質是時空的扭曲。)

遠超牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋

如果有人可以真的把四大作用力完成統一,說白了就是實現了我們如今認為的大一統理論。

當然,你也應該明白了,牛頓,愛因斯坦,麥克斯韋只是統一了一部分,如果有人統一了四大作用,按理說就是統一了整個物理學,因此,真有這樣的人,那這個人在物理學史上的地位是要超過前面這三個人的。

可能的理論:弦論

目前來看,要用粒子物理學標準模型來統一四大作用力的可能性已經不太大了。更多的人是把希望寄托在了弦論上了。但我們還是要說,物理學其實是一門注重實際和理論相互擬合的科學,對於物理學而言,實驗和觀測是十分重要的。可是弦論描述的對象實在太小太小了,我們現在最精確的儀器的誤差都要比它大多好幾個數量級。所以,我們根本無法通過觀測和實驗來驗證這個理論是不是正確的。

個人看法:認知是沒有終點的

我很少在自己的科普中寫自己的看法。這個話題我想簡單說兩句。我個人認為這個「大一統理論是統一四大作用力」的想法或許是有問題的,因為基於科學家對於目前宇宙的認識。

可是,我們要知道的是,我們對於宇宙是知之甚少的,我們有太多太多的問題沒有解決,我們連暗物質、暗能量到底是什麼都搞不清楚,可它們佔據了宇宙總量的95%以上;

我們還不知道宇宙大爆炸初期發生的事情,我們不知道得太多太多,這是源自於人類的視野是有限的。

翻看科學史的發展,我們就能知道一件事情,人類科學的發展每當向前邁一步,人類就變得更加渺小和無知,這完全是因為「這一步」雖然讓我們知道的越多了,但同時也讓我們發現自己不知道的更多了。

最早,人類認為地球是宇宙的中心,一副唯我獨尊的模樣。結果哥白尼橫空出世,把太陽移到了宇宙的中心,把地球降級成一顆「行星」。

後來,沒有過多久,牛頓橫空出世,讓我們知道太陽也不是宇宙的中心。宇宙或許可能是沒有中心的,或者說處處是中心

再後來,達爾文橫空出世,他讓我們知道,生命的發展史其實是一部演化史,什麼人定勝天都是胡扯,是自然選擇了人類,人類並沒有什麼了不起。

接下來,隨著觀測的進行,人類對於宇宙的尺度有進一步的了解,我們開始發展,愛因斯坦等人的研究讓我們明白「光速對於宇宙的意義」,也讓我們知道,我們其實只是看到一小部分的宇宙,它的尺度達到了930億光年,我們叫做可觀宇宙。

如果你要問,地球在可觀測宇宙屬於什麼位置,很抱歉,在可觀測宇宙的尺度下,銀河系都是可以忽略不計的(銀河系和可觀測宇宙有接近6個數量級的差異。)

同時,更多的觀測器的發展讓我們清楚一件事情,宇宙還在加速膨脹,而且宇宙中有很多我們看不到的物質,宇宙大概率是無限大。

所以,認知宇宙是沒有止境的,不可能這麼快就窮極了一切。所以,我認為並不存在最終那個可以統一一切的科學理論。因為很有可能人類還沒有完全看透宇宙時,就已經滅絕了。

近代科學發展至今,一個個發現和一個個理論都指向了一個事實:人類是多麼的渺小。但人類同樣也是偉大,如果把宇宙的138億年看成是1年,從牛頓至今不過0.8秒鐘的時間,但我們僅僅用這0.8秒就知道了如此多的宇宙往事。

同樣,放眼到個人,我們都是渺小的,如果我們還是把宇宙的138億年看成是1年,假設一個人的一生有80年,那一個人一生只佔到了0.2秒而已。

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