宇宙万物都在原来的地方。

你是在问所谓的“万物皆合理”吗?

有一种说法,所有的物理原理都是综合的,所有的物理理论都可以用一个理论或者一组公式推导出来。这个想法一直是物理学家的终极梦想。他们称这样的理论为“终极理论”或“大统一理论(GUTs)”。有人说,这个梦想的实现意味着理论物理的终结。但是到目前为止,这个梦想还很遥远,也许是明天,也许是100年后。

大多数人认为这个梦是建立在统一四种自然力量的基础上的。这四种力分别是引力、电磁力、强相互作用力(强力)和弱相互作用力(弱力)。不包括物体相互接触产生的机械力。

上世纪上半叶,随着原子结构和原子能的发现,量子力学和相对论的建立,有物理学家断言“理论物理将在几十年后终结,宇宙万物,从遥远的星系到你的妻子,都可以用一组数学方程来表示”。

爱因斯坦在建立广义相对论后,用了一生的时间试图统一引力和电磁力。但是他失败了。后人评价爱因斯坦走错了路,他不应该试图统一引力和电磁力,因为这两种力的差别太大了。据说霍金在1970年代还和别人打了个赌,说物理学会在30年内终结。他也失败了,损失了100。

在20世纪30年代和40年代,随着一系列基本粒子的发现,物理学家们确信他们已经找到了通向终极理论的道路。在1950年代,一个名叫汤川秀树的日本人想知道质子和中子是如何结合的。于是,介子被发现了。但是到了60、70年代,新的“基本粒子”越来越多,比元素周期表中的元素还多。连物理学家都很尴尬:“这还能叫基本粒子吗?”于是他们把“基本粒子”的名字改成了“亚原子粒子”。然后,两个年轻人(一个以色列人,一个美国人)用佛教中的“八义”对所有亚原子粒子进行分类,称为“八义”。接着,两个年轻的美国人提出了“夸克”理论,认为所有的亚原子粒子都是由更基本的叫做“夸克”的粒子组成的(夸克这个名字是他们盲目发明的,夸克也是他们的猜测)。他们一针见血,物理学家真的发现了组成亚原子粒子的更小的粒子,它们的性质真的和他们猜测的一样。但与此同时,夸克组合中出现了胶子。

根据量子力学,力的产生是粒子在两个物体之间的转移,一个粒子对应一个力场。粒子越多,场越多。。。越来越乱了。物理学家终于意识到了“老虎吃天,没办法吃”的窘境。其中的规范场理论(杨-米尔斯场)也是这一类,它成为研究粒子和力场的“标准模型”。

同时,大爆炸理论认为大爆炸发生时,四种力是统一的,称为“统一力”。随着温度和密度的降低以及宇宙膨胀导致的物质产生,统一力被分离出来,出现了四种力。从四种力的大小来看,电磁力最类似弱力,离引力最远(这也是物理学家认为爱因斯坦走错路的原因)。所以电磁力和弱力最有可能率先实现统一。

经过物理学家的努力,在1960年代,三个美国人提出了统一电磁力和弱力的“弱电理论”(又称“弱电理论”)。

广义相对论解释引力时,用的是空间弯曲理论。引入量子力学的超对称理论,产生超引力,要求空间维度大于4维。同时,引入超对称性后,麦克斯韦电磁场方程和广义相对论方程可以相互转化,某种意义上电磁力和引力是统一的。

在1960年代,几个美国人(还有美国人)提出了弦理论,认为所谓的“基本粒子”只是空间中振动的弦。弦的振动模式决定了粒子的质量和性质,计算出弦理论所需的空间维度是10维(实际是11维,但11维与0维重合)。在1970年代,弦理论与超对称理论结合成为超弦理论。这个理论可以包括各种粒子,夸克和电磁力,强力和弱力,但是引力进不去。

到目前为止,超弦理论和超引力理论好像是两个圈,超弦理论的圈还是有点乱,不是一个完美的圈,而且它包括电磁力、强力和弱力。而它遇到另一个圆(也就是引力,不是圆),却无法合并。

这就是“万物皆合理”的现状。