返回240难也(2 / 2)黑科技从钢铁战衣开始首页

“你能理解就最好了,虽然你的成就已经足够你躺在功劳簿上睡大觉了,但是我还是希望你能够走的更远。”

“你可以做更多更加实际的事情,更加具有现实意义的工作。”

“当然,我并不是指的是大统一理论不重要,但是对于我们来说,也许它并不是最合适的,我们需要更多的,更加实用的成果。”

“在一项理论没有被证明之前,没有人能够确定它是不是有用,不管是我们还是其他人,所以武断地下决定绝不是一个好主意。”

“但是你也要明白,纯理论真正能够用得上的确实不是特别多,不是吗,而且这并不是关键点。”

“关键点是,他确实是难度很大,不是吗?”

“我虽然学习一般,也没有出国留学,但是好歹是中科大毕业的。”

“物理学的高度统一性我是能够理解的,那一座丰碑的诱人程度我大概能够感觉到,但是你也知道,你将会面临着什么。”

在20世纪之前,物理学其实是高度统一的,牛顿力学可以解释小到颗粒尘埃,大到太阳星体运动的几乎所有问题,只不过在不同的领域,其应用方式和形式具有不同的表象。

不过牛顿力学也不是完美的,特别对于光的本质和规律,其一直不能做出很好的解释,这也为后来的物理学危机买下了一颗大雷。

牛顿本人支持光的粒子学说,这样能够很好地解释光的反射,但折射、衍射等现象则无法自洽。

后来,惠更斯、托马斯·杨对于光的波动学说做出了一系列深刻而令人信服的理论和实验,最后又由麦克斯韦将光电磁场理论发展到了极致。

至此物理学已堪称完美。

但盛极必衰,随后围绕着光和辐射进行的两个改变人类科学史的重大实验,开始倾覆这座精心建造的宏伟大厦:一个是迈克尔逊莫雷实验,发现了光速不变原理;另一个是黑体辐射实验,其能量分布无法用经典电磁场理论解释。

于是于是,为了分别解释这两个与经典物理背道而驰的实验现象,爱因斯坦提出了狭义相对论,普朗克提出了辐射的能量量子化,二者便是今天物理学的两大根基。

由于这两套理论当初是为了解释不同的现象而分别独立发展出来的即使爱因斯坦当年是因为光量子学说获得了一生中唯一的诺贝尔奖,但相对论跟这却没什么关联,所以其体系有较强的不相容性。

在狄拉克等人的努力下,相对论效应被引入量子力学之中,并进一步发展出量子场论和规范场,对除万有引力外的其他三种基本场特别是弱、电场进行了较好的统一,但万有引力无论如何也无法在这套体系下相融。

虽然量子力学与相对论都能在各自领域很好地解释他们的物理现象,但这种必须由“两套理论”共同统治物理界的现状,是让真正的理论物理学家们抓狂的事情。

据说爱因斯坦去世之前的几个小时,还在为“大统一场”理论作着生命中最后的几笔运算。如今,超弦理论、m理论都在朝着这个终极目标艰难地前进着,而能够验证他们真伪的实验装置貌似还遥遥无期。

了结爱因斯坦的夙愿,终结物理学分裂的局面,依然是广大物理学家长期而艰巨的任务……

尤其是最后的阶段。

自从爱因斯坦降临于世,物理学就开始向变态的方向发展了。。。在牛顿时期,是先有物理学的直观,然后才发展出了所需要的数学。

而爱因斯坦时期恰恰相反,有一些之前数学家随便瞎玩的东西,本来没觉得和现实世界有任何关系,在这一时期却被引入了物理学,具体来说指的是微分流形,群论等。

试图统合自然界的四种基本相互作用引力相互作用、强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用的理论被称作万有理论theory o everything,这需要漫长的时间来进行大量的探索、反复检验与试错、做出预言并被证实、在生产生活中使用。出现一个经得起检验的万有理论才算是迈出了漫长旅途的前几步。

现状是,经过多年努力,物理学者仍旧无法将引力纳入量子力学框架中,更不要谈跟其他基本力统合了。试图统合电磁力、弱力、强力的“大统一理论”也还没有完成。在低能量状况,电磁力与弱力难以统一,因为传递弱力的w玻色子及z玻色子具有非零的不变质量[1]。标准模型靠希格斯机制处理这问题,但在它的体系里电弱力与强力还是明显不同。

弦理论需要额外的维度,而且可以提出源源不绝的大量模型将额外维度蜷缩到微观中的四维时空可能有1e500种,被一些反对者讥讽为没有可证伪性、不能做出有意义的预测、是数学物理。

m理论是将5种相容的超弦理论统一起来的理论,由爱德华·威滕于1995年提出,需要11维时空,可描述二维膜、五维膜、低能量下的11维超引力,用二维膜描述基本粒子。m理论能做出的任何预测都超越了可预见的未来能造出的任何对撞机的能力范围,处于数学假说阶段。

圈量子引力论只能再现标准模型的一小部分特性,对费米子的建模举步维艰,而且指向的宇宙图景是个涨落态宇宙论。这要当万有理论恐怕在根本上就不那么合适。

其它诸如因果费米子系统、因果集合、e8理论、cdt理论的状况参差不齐,但完成度都接近零,甚至还无法对粒子的质量进行计算或预测。

目前的现实情况是——强力、弱力、电磁力,都是微观作用力,被量子力学模型所描述,而引力是宏观作用力,被广义相对论模型所描述,这两套理论模型,虽然在各自的领域,都被证明是正确的,但却无法适用于对方的作用范围。

在微观尺度上,也就是粒子层面,引力的作用微弱到可以忽略不计,广义相对论无法解释粒子的运动规律,但量子力学可以。

而在宏观尺度上,也就天体星系层面,强力、弱力、电磁力的作用微弱到可以忽略不计,量子力学无法解释天体星系的运行规律,但广义相对论可以。

事实上,尺度越宏观、引力场越强,广义相对论的预测就越准确,如果尺度不是那么宏观,引力场不是那么强,如在地球表面这种情况下,牛顿定律的预测就近似很准确。

我们知道,广义相对论,是利用数学工具——黎曼几何,把宏观时空映射成了——可以弯曲的几何结构,那么:

从数学上说,时空曲率类似床垫的弯曲,就反映了时空点之间,距离关系的扭曲。

从物理上说,引力及其感受,就是这种距离关系扭曲的直接结果。

那么在宇宙背景中,天体星系相对于宇宙都小的可怜,把它们看成质点没什么问题,接着它们的距离关系,就可以以这种粗略的方式,使用黎曼几何来近似的精确描述——广义相对论在宇宙学中的成功预测,已经证明了这样的可行性。

可见,广义相对论在根本上,依赖于需要距离概念的黎曼几何结构,但在超微观尺度下,如普朗克长度附近或者更小时,量子力学的不确定性原理,将会使黎曼几何的距离概念不再精确,从而导致广义相对论的场方程不再有效。

我们还是缺乏必要的理论支撑。