由傳說中的萬物理論(TOE,AtheoryofEverything)所支配。
正如老子所言“道生一,一生二,二生三,三生萬物”,這個傳說中的道,就是萬物理論^_^,至于道所生的一,則是當前正在研究的大統(tǒng)一理論(GUT,GrandUnifiedTheory)。大統(tǒng)一理論是通往萬物理論的關鍵步驟。
圖示:為了探索物質的盡頭和大統(tǒng)一理論(GUT),人類制造出了各種粒子對撞機。
大統(tǒng)一理論(GUT):
理論物理學家有一個夢想,就是將當前發(fā)現的支配萬物的四大力,全部統(tǒng)一在一個方程之中,這個方程就是傳說中的萬物理論(TOE,atheoryofeverything),它就是支配世間萬物的最底層最本質的規(guī)律。當然,這樣的想法,并非是古代哲學家那樣的玄想,而是有著堅實的前期研究基礎,并且可以通過實驗來進行證實或否定。而探索萬物理論的前置步驟是先搞定大統(tǒng)一理論(GUT),愛因斯坦晚年,沉溺于尋找萬物理論之中,但這事兒實在太難,終其后半生,都沒有任何真正的突破。
但現在,理論物理學家已經知道,一口吃不成胖子,事情要一步一步來,要找到萬物理論(TOE)——如果它真的存在——那么首先要找到大統(tǒng)一方程或理論(GUT)。那么大統(tǒng)一理論,究竟是要統(tǒng)一什么呢?
要統(tǒng)一的就是,老子所言的“三生萬物”的三。將三歸一,就是大統(tǒng)一理論。
這三是指的四大力中
強相互作用(Stronginteraction ):又稱強核力 強核力
約束夸克形成質子、中子,并且也是它將中子和質子約束在原子核中形成原子核。 沒有強核力,就不會有原子,沒有原子,也就不會有提出宇宙萬物到底由什么支配的人類。
弱相互作用(Weakinteraction ):弱核力 弱核力是核裂變和核聚變現象存在的基礎,這種力比強核力弱百萬倍。雖然這種力很弱小,但它是解釋衰變和聚合的關鍵力,在核裂變和核聚變研究中都非常重要。
沒有它,宇宙中就將沒有恒星,太陽系將名不符實,因為壓根不會有點燃核聚變的太陽出現,那么人類自然也就沒機會誕生了。
電磁力(electromagneticforce):形成原子的最后一步 電生磁磁生電,這兩者糾纏在一起,所以合稱為電磁力,當無線電波在空中傳播時,也是通過不斷變化的電磁場進行傳播的。另外, 完整的原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成,正是由于存在電磁力,它們才能結合在一起形成完整的原子。發(fā)現這個秘密,構成了 化學這門自然科學的根基。原子和原子之間發(fā)生的化學變化,本質上就是形成不同的電子組合。除此之外,對電磁力的主動應用,構成了人類現代文明的根基。電力有多重要,就不用我再多解釋了。 圖示:形成一個原子需要強核力和電磁力。原子核占據原子中心的位置,由質子和數量不等的中子組成,質子帶正電。外圍則由帶負電的電子構成,電子圍繞原子核高速旋轉,并具有許多奇異的量子性質,與宏觀世界中旋轉并不能簡單類比。
正是這個成功,激勵著物理學家,嘗試將強相互作用和弱相互作用和電磁力三者合并在一起,構建大統(tǒng)一理論。為了實現這個夢想,人類投下巨資,建造了多個大型粒子對撞機,但要實現大統(tǒng)一理論條件需要的實驗條件,可能需要更加強大的粒子對撞機,有人認為需要一個圍繞太陽系那么大的對撞機。只有那樣,我們才能獲得足夠高能量的粒子讓它們迎頭對撞,模擬宇宙創(chuàng)生之初的微觀環(huán)境。
圖示:歐洲建造的世界最大強子對撞機,
如果理論物理學家們真的能寫出統(tǒng)一前三種力的方程。那么,他們的最終挑戰(zhàn),就是將萬有引力統(tǒng)一到方程中。得到解釋從微觀世界到宇宙星河的終極理論,萬物理論。
圖示:如果我們能回到過去,那么宇宙大爆炸后大約7億年后,星系開始形成。而要形成星系,您就需要萬有引力。
萬有引力是這四種力最弱的力,而且弱到不可思議,它比強核力弱10^。它的影響只有在
這個最弱小的力,之所以能成為決定宇宙結構和命運的力,是因為它有一個性質,那就是它的影響是無遠弗屆的,雖然它會隨著距離不斷衰減,但理論上說它會始終存在,不會衰減到數學上的零,這個性質只有萬有引力和電磁力才具備。而強弱相互作用力,都被限制在微觀世界中。但只有萬有引力才能在極大的物理距離中影響著物質的行動,因為電磁力必須在兩個帶電物體間才存在,一旦帶電的情況被中和,它就消失了。而正負電荷之間的吸引作用,導致這種中和很容易發(fā)生。
圖示:太陽系之所以圍繞銀心旋轉,就是因為受到來自銀心超大質量黑洞的引力的約束所致,同樣地球圍繞著太陽旋轉也是同樣的原因。
有人已經提出,未來的理論物理學家可以利用黑洞來獲得萬物理論,因為黑洞這個引力怪獸,是宇宙創(chuàng)造的一個極其怪異的天體,它將宏觀和微觀捏合在了一起。
總結:
由此我們看到了決定宇宙超宏觀到微觀世界的四種力:
那么,未來的科學家在更強大的技術的支持下,真的能找到統(tǒng)一萬物的萬物理論嗎?
現在,有些什么理論,有可能成為萬物理論的候選呢?
要了解這個問題,您將進入最怪異的研究前沿,比如宇宙膜理論、圈量子理論等等。
沒有掌握專門的數學工具,難以用普通日常語言討論這些問題。
因為,任何類比本質上都是拙劣的。
只不過,人類是否能寫出那個數學方程,則是一個謎。
而就算寫出來了,我們如何知道,它是正確的呢?
也許,我們需要自己創(chuàng)造一個宇宙來證實它。
所以,對這個問題的不懈追尋,也許意味著人類的技術真正走上成神之路,注意是技術成神,人依然還是凡人。
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