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大统一理论是伪科学还是宇宙中的自然美？

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大多数物理学家会告诉你，在人类对现实的不懈追求中，我们提出了可测试的、惊人的精确理论，来解释发生在难以想象的小尺度和无限广阔的宇宙中的事件。而，目前的数学框架在解释“巨大”和“微小”时并不一致。在过去的一个世纪里，主要的物理学家把他们的希望寄托在难以捉摸的统一场论或万物理论上。

在粒子物理学中，大统一理论是一种在一个单一的理论框架内，试图描述所有的基本力和基本粒子之间的关系。19世纪中期，麦克斯韦在他的电磁学理论中阐述了第一个场论，证明了电和磁力之间的关系。然后，在20世纪初，爱因斯坦发展了广义相对论，它是一种关于引力的场论。后来，爱因斯坦和其他人试图建立一个统一的场论，将电磁和引力作为一个单一的基本场论的不同方面。

一些研究人员说，统一理论是不存在的。然而，绝大多数人，包括爱因斯坦在内，都认为有可能弥合电磁力、强核力和弱核力以及引力之间的差距。

为什么我们需要一个大统一理论

宇宙和其中的一切是由四种基本力量维系在一起的：电磁力、强核力和弱核力以及引力。前三种力形成了粒子物理的标准模型，也就是量子力学的世界的概括。引力是这个力量家族中的害群之马，像个不守规矩的孩子一样四处走动，让每个人都觉得很困难。

引力解释了所有具有质量或能量的事物的行为。1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，该理论将引力描述为由质量分布引起的时空曲率的结果，而不是一种力。然而，当量子力学和相对论同时应用时，事物就会分崩离析。如果拥有万有理论，它会把所有的东西结合在一起，形成一个完美统一的理论。然而，这是非常困难的。

万有理论有多种可能，每一种都有自己的特点，但每一种都同样令人难以置信。在本文中，我们将集中讨论这些理论的核心思想。

弦理论：一个振动的多元宇宙

弦理论可能是最强大的候选者之一，因为它是最被探索的潜在的万物理论之一。弦理论假设粒子实际上是一维的弦，在非常基本的水平上振动。根据弦理论，这些弦在不同的水平上振动，决定了粒子的类型和属性，比如质量和电荷。但是，为了使这个理论在数学上起作用，需要把人类无法直接体验到的额外空间维度考虑进去。

这个想法虽然激进，但却是解决上述难题的一种优雅的方法。然而，弦理论有多个问题。首先，弦理论只是一个“理论”，理论家们很难找到合适的方法来验证这个想法，一些物理学家甚至说弦理论是伪科学。主要物理学家认为，建立弦理论的关键在于暴涨的概念。

暴涨被认为在大爆炸的最初阶段扮演了重要的角色，解释了为什么宇宙看起来是这样的，以及为什么它经历了一个极端膨胀的阶段。如果弦理论最终能够用来解释暴涨理论，那么它可能就向我们多年来一直在寻找的大统一理论又迈进了一步。然而，这就引出了我们的下一个问题。

目前，这个理论有太多的变体。物理学家尝试着统一多弦理论的概念，创造了一个更普遍的框架，称为M理论。然而，M理论打开了通向10^ 500个宇宙的大门。一些人认为这可能是存在多个宇宙的证据，但该理论是不可检验的。在科学界接受弦理论之前，它似乎还有很长的路要走。

环量子引力：一个编织在一起的宇宙

环量子引力是目前弦理论“万物理论”的最大竞争者之一。环量子引力的一般观点是，空间不是连续的，而是分裂成小块或量子：直径约10^-35米的引力场。这些空间的量子被连接起来，形成我们所体验的空间。当这些连接纠结成“辫子”和“结”时，它们就产生了基本粒子。

环量子引力提出了一些大胆的观点，包括描述宇宙是如何在前一个宇宙坍塌后形成的。与弦理论不同，环量子引力不引入额外维度，也不试图统一所有的力。这个理论可以用来解释一些大的现实世界的想法，并帮助阐明我们宇宙的起源。

量子爱因斯坦引力：指向一点的引力

将引力与量子力学世界联系起来的最大问题之一是：在非常小的尺度上引力会发生什么。目前的模型表明，引力是一种非常弱的力，同样的模型也会让你相信，两个物体距离越近，它们之间的万有引力就越强，但这在量子层面上是不成立的。量子爱因斯坦引力可能是这个谜题的一个潜在解释，也是万有理论的另一个候选。

文章来源：《自然科学史研究》网址: http://www.zrkxzzs.cn/zonghexinwen/2020/0825/627.html

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