科普：大一统理论

（不喜欢或者已经是很了解相关知识的读者可直接跳过这一章）

大一统理论（grand unified theories，GUTs），简称GUT，又称为万物之理，又有人叫大统一理论。

由于微观粒子之间仅存在四种相互作用力，万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。

理论上宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释。

通过进一步研究四种作用力之间联系与统一，寻找能统一说明四种相互作用力的理论或模型称为大一统理论。

需要指出，统一理论尚未得到最后验证。

而且霍金在《时间简史》中也指出，也许会发现大一统理论，但这个大统一理论并不是爱因斯坦最初想的大统一理论。

因为不可能通过一个简单美妙的公式来描述和预测宇宙中的每一件事情，毕竟宇宙是确定性和不确定性相互统一。

早在20世纪20年代，著名物理学家爱因斯坦就致力于寻找一种统一的理论来解释所有相互作用，也可以说是解释一切物理现象。

因为他认为自然科学中“统一”的概念或许是一个最基本的法则。

甚至可说在爱因斯坦的哲学中，“统一”的概念根深蒂固，他深信“自然界应当满足简单性原则”。

从30年代提出相对论后不久，爱因斯坦就着手研究“大统一理论”。

试图通过“弱作用，磁场，强作用”的统一思维来简单的解释宇宙，进一步将当时已发现的四种相互作用统一到一个理论框架下，从而找到这四种相互作用产生的根源。

这一工作一直到他1955年逝世为止，并几乎耗尽了他后半生的精力，而且统一思维与当时物理学界的主流思想不符，以致于一些科学史学家断言这是爱因斯坦的一大失误。

自然界一共有4种相互作用，除了引力相互作用和电磁相互作用外，还有强相互作用和弱相互作用。

这4种相互作用强度大小和作用范围都相差悬殊，也大相径庭。

引力的强度只有强相互作用力的100万亿亿亿亿分之一，引力的作用范围却非常大，从理论上说可以一直延伸到无限远的地方，引力是长程力。

而强相互作用力的范围却很小很小，只有1厘米的10万亿分之一，说强相互作用力是短程力。

弱相互作用力也是短程力，力程不到1厘米的1000万亿分之一，强度是强相互作用力的1万亿分之一。

电磁力与引力一样是长程力，但它的强度要比引力大得多，是强相互作用力的1/137。

4种相互作用力在性质上看来有明显的差异，然而科学家们却在思索：自然界为什么有这4种相互作用？

这4种相互作用力是否只有差异而无共同之处？

这4种相互作用力能不能在一定条件下得到统一的说明？

从科学史来看，第一个认真思索并付诸行动的是物理学家爱因斯坦。

在这近百年的时间中，无数的科学家进行了研究。

真正成为问题的是一个十分逆反的观点：所谓大一统理论，首先反映的只是人们有关物理学方面的一个思想意向和主观愿望。

至于真正的大一统理论内容究竟是什么或怎么样，可能谁也不知道。

而且我们还认为这是一个关于大一统理论问题的最基本的思想认识，离开了这个最基本的思想认识，一切大一统理论的基本认识都将是脱离实际的。

因此前人关于统一场论的探索，可能只是人们在跟着感觉走，而事情的一个本来面目，则还远未被人们所了解。

比如，一个极其严重的问题可能是统一场理论或大统一理论，不一定就是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和万有引力这四种自然力在现行物理学基础上的机械统一。

一个把全部物理学都汇合在一个大综合体里的大统一理论，也不一定是应用数学方法把现成物理学知识做统一性的机械组合，等等。

总之，我们估计，人们曾经的统一场理论研究，完全有可能在问题研究的对象、方法、立场和角度的出发点地方，一开始就弄错了。

而如果我们要达到大一统理论的研究成功，那就可能首先要探索一条与客观事实相适应的物理学发展新道路。

大一统理论的突破将会是人类科技史上根本性的突破，它将使人类真正认识到我们所在的这个宇宙的本质，宇宙浩瀚的空间再也不是人类的障碍。

但以我本人来看，我们这几代人应该是看不到这一天了。