书趣读

手机浏览器扫描二维码访问

第26章 物理学的统一1（第1页）

正如在第一章中所解释的，一蹴而就地建立一个包括宇宙中万物的完备统一理论是非常困难的。

取而代之，我们在寻求描述有限范围事件的部分理论上取得了进步，这时我们忽略了其他效应，或者将它们用一定的数字来近似表示（例如，化学允许我们计算原子间的相互作用时，可以不管原子核内部的结构）。

然而，最终人们希望找到一个完备的协调的，将所有这些部分理论当作它的近似的统一理论。

在这理论中不需要为某些任意数选值去符合事实。

寻找这样的一个理论被称之为“物理学的统一”

。

爱因斯坦用他晚年的大部分时间寻求一个统一理论，但是没有成功。

因为尽管已有了引力和电磁力的部分理论，但关于核力还知道得非常少，所以时机还没成熟。

并且，尽管他本人对量子力学的发展起过重要的作用，但他拒绝相信它的真实性。

但是，不确定性原理似乎还是我们生活其中的宇宙的一个基本特征。

因此，一个成功的统一理论必须将这个原理结合进去。

正如我将描述的，由于我们对宇宙知道得这么多，现在找到这样的一个理论的前景似乎是好得多了。

但是我们必须小心，不要过分自信——我们在过去有过对成功的错误的期望！

例如，在本世纪初，曾经以为任何东西都可以按照诸如弹性和热传导之类的连续物质的性质予以解释。

原子结构和不确定性原理的发现使之彻底破产。

然后又有一次，1928年物理学家诺贝尔奖获得者马克斯·玻恩告诉一群来格丁根大学的访问者：“据我们所知，物理学将在6个月之内结束。”

他的信心是基于狄拉克新近发现的能够制约电子的方程。

人们认为质子——这个当时仅知的另一种粒子——服从类似的方程，并且那将会是理论物理的终结。

然而，中子和核力的发现对此又是当头一棒。

尽管讲到这些，仍然有理由谨慎地乐观，我们现在也许已经接近探索自然终极定律的尾声。

在前几章中，我描述了引力的部分理论即广义相对论和制约弱力、强力和电磁力的部分理论。

这后三种理论可以合并成为所谓的大统一理论（GUT）。

这个理论并不令人非常满意，因为它没有包括引力，并且因为包含不能从理论预言，而必须人为选择以和观测符合的一些量，譬如不同粒子的相对质量，等等。

要找到一个将引力和其他力统一的理论，主要困难在于广义相对论是一个“经典”

理论；也就是说，它没有将量子力学的不确定性原理结合进去。

另一方面，其他的部分理论却以非常基本的形式依赖于量子力学。

因此，第一步必须将广义相对论和量子力学结合在一起。

正如我们已经看到的，这能产生一些显著的推论，例如黑洞不是黑的，宇宙没有任何奇点，是完全自足的并且没有边界。

正如第七章解释的，麻烦在于，不确定性原理意味着甚至“空虚的”

空间也充满了虚的粒子和反粒子对，这些粒子对似应具有无限的能量，并且由爱因斯坦的著名方程E=mc2得知，这些粒子似应具有无限的质量。

这样，它们的引力的吸引就会将宇宙卷曲到无限小的尺度。

相当类似地，在其他部分理论中也发生似乎荒谬的无限大。