如果有人能夠統一四大基本力,那他能否超越牛頓、愛因斯坦?

2020-12-13 鍾銘聊科學

物理學家熱愛統一

我們都知道,牛頓和愛因斯坦是物理學史上最頂級的物理學家。我們會發現,最頂級的幾位物理學家都完成了物理學的部分「統一大業」,比如:

牛頓提出了萬有引力定律和牛頓三定律,讓我們知道物理學定律是具有普適性的,宇宙中的和地球上的都是一致的。

愛因斯坦提出了狹義相對論,統一了時間和空間,他認為空間和時間其實是一回事,應該被並稱為時空,除此之外,愛因斯坦統一了質量和能量,他認為質量和能量其實是一個東西的兩個面,質量裡有能量,能量裡有質量。在廣義相對論中,他提出引力的本質是時空的彎曲。

而麥克斯韋是和牛頓、愛因斯坦平起平坐的物理學,他提出了麥克斯韋方程,統一了電和磁,並預言電磁波的存在以及光就是一種電磁波。

所以,你看,他們三位都是實現了統一理論的物理學家,如果把物理學家分為幾個梯隊,那三位毋庸置疑就是第一梯隊的。其中,牛頓和愛因斯坦都曾經傾盡全力去尋找大一統理論。所以說,對於物理學家來說,最至高無上的成就是完成大一統理論。那什麼是大一統理論呢?

所謂的大一統理論,說白了就是用一個理論解釋全宇宙的所有物理學現象。如今我們要解釋宇宙中的各種現象,需要的是不同的理論來詮釋,所謂的統一,說白了就是從現象中抓到本質,合併一些物理學現象。大一統理論其實就是最終所有現象共同的本質,用一個理論去詮釋。

四大作用力

按照如今的視角來看,大一統理論應該就是統一四大作用力。為什麼這麼說呢?

在上個世紀,物理學發生了劇烈的變化,出現很多超乎物理學家的想像的現象。於是,他們開始進行統一。在這個過程中,他們發現了宇宙中存在著四種基本作用力。

其中,強相互作用力和弱相互作用力是作用在原子核層面的;引力是物質之間的吸引力;強相互作用力和弱相互作用力,引力之外的作用力都是電磁力。它們之間的強度相差甚遠。那我們應該如何「力」或者更嚴謹地說是「作用」的概念呢?

我們可以試想一下,構成宇宙萬物的說白了就是微觀粒子,比如:質子、中子、原子、夸克、電子等等。

但是正常來說,他們應該是一盤沙狀的,而不是像現在這樣構成宇宙的萬物。所以,還存在著「作用」作為「粘合劑」,把這些粒子粘合在一起。

所以,從如今的理論來看,要構建一套大一統理論,就要把這四種作用力統一起來。那現在的進度如何呢?

目前來看,弱相互作用力和電磁力被統一了起來,我們也稱為弱電統一理論,這是溫伯格、格拉肖等人做出來的。而強相互作用力和弱電理論處於半統一狀態,說白了,就是我們可以用一個公式來表達,但並不是完全統一起來。在這個過程中,我們國家的科學家楊振寧做出了極其作用的貢獻。

至於引力,目前的「引力子」理論和實際誤差巨大無比。廣義相對論是解釋引力的主流理論,但廣義相對論和量子力學目前還無法相容,因此,目前來看引力還無法和其他三個力進行統一。

也就是說,雖然大一統理論要求我們統一四個作用力。但實際上,我們距離統一這四個作用力還還遠很遠,但多人寄希望於超弦理論,但目前的實驗做下來,超弦理論也未必可以成為最終的大一統理論。

如果有人可以統一這四個作用力,那完全是可以和牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋平起平坐的水平。但是你要說,他就超越了牛頓、愛因斯坦等人,就不太靠譜。原因其實也很簡單,統一四大作用力很可能並不是最終的大一統理論。為什麼這麼說呢?

大一統理論可能未必存在?

其實我們可以想像一下,牛頓時代,牛頓追求的大一統理論應該是和我們現在不同的。因為他根本不知道存在這四種作用力。愛因斯坦也是如此,他的時代,四大作用力還沒有被發現。那我們真的就確定宇宙僅僅只有這四大作用力嗎?

實際上,我們並不能。舉個例子,在這套理論當中其實至少缺少了對於未知物質的補充。我們如今知道,宇宙存在著暗物質和暗能量,它們的佔比遠比我們看到的物質要多,兩者加和達到了95%以上。我們知道的其實是在這5%不到的世界裡的理論,這個理論解釋不了暗物質和暗能量。

所以,縱觀整個科學史,我們會發現,每當我們多知道一些,我們就發現我們不知道的也多了一些。所以,大一統理論實際上是在變化的,不同的時代所認為的「大一統理論」是不同的。因此,即使統一了四大作用力,這個理論也大概率不是最終的大一統理論。也就是說,統一四大作用力也只是部分統一,因此,這個人也就是和牛頓,愛因斯坦平起平坐而已。況且,如今來看,這個統一之路格外艱難,短時間內可能都不可能完成。

相關焦點

  • 為什麼時至今日,仍然沒有人能統一四大基本力?
    有觀點認為,牛頓三大力學定律的提出奠定了經典力學的基礎,後世的科學家在這個基礎上不斷地開拓,直到18世紀有科學家發現,除了引力之外還存在另外一種基本力,那就是電磁力。一直到科學家發現強作用力和弱作用力之前,人類認為只有引力和電磁力兩種力,於是科學家們嘗試兩種力之間存在的聯繫,即建立起統一理論。之後愛因斯坦做到了這一點,他提出的廣義相對論往電磁力中引入了場的理論,從而使得電磁力和引力統一了起來。在弱作用力和強作用力被發現之後,科學家們又在思考,是否能夠將四種基本力都統一起來呢?
  • 為了統一四大基本力,科學家耗費了多少心血,未來有可能統一嗎?
    眾所周知,牛頓是經典力學的奠基者,後世的科學家在經典力學的基礎上有所創新甚至是超越。起初人類只發現了電磁力和引力,科學家們想方設法想要將這兩種力統一起來,這一工作直到愛因斯坦提出廣義相對論之後才算完成。到現在為止,仍然沒有哪位科學家能夠將四大基本力統一起來,這是為什麼呢?
  • 什麼是四大基本力?假如有人能將其統一,他能超過愛因斯坦嗎?
    所以一直以來,科學家們都在努力將它們統一起來,能夠以一種理論解釋四種力的相互作用。率先提出這一目標的不是別人,正是大名鼎鼎的愛因斯坦。我們熟知他的原因大多都是在宇宙學,量子力學的領域。除此之外,愛因斯坦在力學領域也有不小的奉獻。《廣義相對論》發表之後,愛因斯坦主要研究的方向就是力的統一。
  • 牛頓、愛因斯坦等最頂尖物理學家們的終極夢想
    其實科學家和信仰宗教沒有根本性的衝突,牛頓的「上帝之力」乃是他的終極夢想。不光是牛頓,連愛因斯坦在後期也投入到了其中,直到現在依舊有很多人都想完成這個「上帝之力」的夢想。科學家的夢想——萬法歸宗科學家們做的一切工作,都是為了了解自然的規律,即:化繁為簡。
  • 現代科學家中,可能有人超越愛因斯坦嗎?物理學家表示:真有一個
    而其他科學家和愛因斯坦相比,多少都存在一些短板,比如牛頓雖然厲害,性格卻不招人待見,研究的問題也無法在科普領域取得優越的宣傳效應;霍金雖然幾乎具備了愛因斯坦所有的優點,但研究的黑洞問題暫時沒有取得實驗的證明,同時在純粹的理論貢獻上也沒有愛因斯坦的大,所以他們在人們心目中的熟悉程度,都沒能超越愛因斯坦。
  • 愛因斯坦升級了牛頓的萬有引力,「他」升級了愛因斯坦的相對論
    若問對人類科學發展做出不朽貢獻的科學家有哪些,相信裡面必然會有牛頓和愛因斯坦。牛頓發現了萬有引力,並提出力學運動三大定律,是天文學發展的推動者,物理科學基礎理論的奠基人,只這兩項被世人熟知的偉大科學貢獻,就足以讓牛頓之名永垂科學史冊。
  • 牛頓與愛因斯坦誰更偉大?
    近代科學大師輩出,牛頓與愛因斯坦之所以能夠毫無爭議地排在前兩名,是因為他們為物理學,乃至整個自然科學體系指明了發展方向。牛頓創造了力學三定律,並通過「萬有引力定律」在一定限度的解釋了運動的本質及規律。牛頓與愛因斯坦如此一來,愛因斯坦與牛頓孰對孰錯,便成為科學愛好者津津樂道的話題,我也是其中的一員,但我發現這個話題對普通人而言毫無意義,因為至今為止都沒誰能夠通俗易懂講清楚此話題,
  • 楊振寧的科學地位到底能不能和牛頓、愛因斯坦相提並論?
    上個世紀最初的二三十年是物理學蓬勃發展的黃金時期,現代物理學的兩大基礎相對論和量子力學就是在那個時期建立起來的,同時也造就了愛因斯坦、狄拉克等一大批傑出的物理學家。尤其是愛因斯坦,幾乎是以一己之力建立起了相對論,同時他提出的光量子概念對之後量子力學的建立也起到了關鍵作用。
  • 是牛頓還是愛因斯坦?
    1692年,一個叫本特利的牧師寫信給牛頓,他說:「因為引力總是吸引,那所有星星將會最終聚集在一起。如果宇宙是有限的,那夜晚的天空不會是永恆和靜態的,星星會彼此相撞匯聚成一個超級星球。如果宇宙無限,那麼作用在物體上的向左和向右的力也是無限的,星星將被撕成碎片。」[1]牛頓被問住了,才創立的理論你不能熱乎兩天再來提問啊?
  • 牛頓和愛因斯坦相提並論,為什麼統一電磁學的麥克斯韋卻低一檔?
    有個比較通俗的說法可以評價這三位大佬的成就,一牛二愛三麥,說的就是科學界的第一大佬是牛頓,第二是愛因斯坦,第三是麥克斯韋,但有朋友會認為牛頓和愛因斯坦應該愛因斯坦排第一位,比如下圖就是科學界的另一種排位方式:其實這都沒有關係,來了解下這三位大佬的成就,大家心裡就對他們的位置排行有個數了!
  • 麥克斯韋明明統一了電磁學,為何只能排在牛頓、愛因斯坦後面?
    從這本書中,我們看到了牛頓在物理學、數學、天文學以及自然哲學領域的深入研究,他建立了完整的科學理論體系,使得人類對自然科學的認識有了飛躍性的進步。當然,牛頓還有光學、熱學等領域的成就,而所有的工作都是牛頓一人完成的,要知道隨便一項成果拿出來都足以名垂千古。
  • 德國是愛因斯坦,英國是牛頓,那中國呢?
    愛因斯坦恐怕是近年來提起過最多的科學家之一,他出生於德國,是德裔猶太人,1905年,是愛因斯坦成名的一年,發表了量子論,提出光量子假說,解決了光電效應,獨立而完整的提出了狹義相對性
  • 如果愛因斯坦沒有為統一場論浪費 30 年,21 世紀物理會成什麼樣
    愛因斯坦是繼阿基米德、牛頓之後有一位偉大的科學家,他提出的相對論可以說是 20 世紀最偉大的成果,相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化,它們共同奠定了現代物理學的基礎。相對論極大地改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」、「四維時空」、「彎曲時空等全新的概念。
  • 愛因斯坦能和牛頓相提並論嗎?為何麥克斯韋統一了電磁學卻不可以
    對於一牛二愛三麥這句話,許多人會認為,牛頓與愛因斯坦的位置應該進行互換,應該是一愛二牛三麥克斯韋。為此,還有人專門進行了一項研究調查,根據人們心目中對他們的影響進行投票,最終的結果表示,排在第一名到第十名的物理學家分別是:愛因斯坦,牛頓,麥克斯韋,玻爾,海森伯,伽利略,費曼,狄拉克,薛丁格,盧瑟福。
  • 麥克斯韋是電磁學的集大成者,為啥感覺比牛頓、愛因斯坦低一檔?
    那問題就來了,為什麼我們說單從成就上看,麥克斯韋並不亞於牛頓和愛因斯坦?又為什麼,麥克斯韋並不如牛頓、愛因斯坦為人所知?那為什麼是大一統理論呢?說白了就是用一套理論解釋所有的物理學現象。這個夢想不僅牛頓有,愛因斯坦也有,而且兩人晚年都為此付出了許多的努力,但都沒有任何結果。 不過,從這個方面,我們也能了解到,就像古代帝王喜歡統一,理論物理學家也喜歡統一。而凡是能僅憑一人之力或者說單打獨鬥,就完成部分統一的理論物理學家都可以躋身到理論物理學史上第一梯隊的行列當中。
  • 我國有沒有超過愛因斯坦,或者和愛因斯坦差不多的科學家?
    先說答案:別說是中國,就是放眼全球,也沒有任何一個科學家可以接近或者齊平愛因斯坦,更不用說是「超越」愛因斯坦了。當然,民科們例外。民科屬於「超科學」團體,他們每一個的實力都遠遠超越了愛因斯坦。柏格森愛因斯坦不僅創建了相對論體系,刷新了我們對於世界的認知,而且對量子力學也有貢獻。可以說,能夠比肩他,甚至於可以緊跟他身後的科學家也是寥寥無幾。
  • 統一四大基本力將會在物理學史上擁有怎樣的地位?
    引力即萬有引力,是由引力子傳遞,與質量成正比,距離成反比,長程力,在四種力中最弱,而在愛因斯坦的相對論中被提出來其本質是時空的彎曲。最好這個大一統理論要把所有的物理學理論用一個理論來描述,不過現在還沒有一個人可以做到,而牛頓、愛因斯坦之所以一直被津津樂道,就是因為他們統一了一部分,雖然還沒統一完,但是他們的功績也是值得炫耀的。
  • 人們把牛頓和愛因斯坦相提並論,麥克斯韋對電磁學的貢獻又如何?
    牛頓統一了物理學,愛因斯坦統一了空間和時間、能量和質量,而麥克斯韋統一了電和磁,三人都是人類科學史上的集大成者。在物理學中,牛頓和愛因斯坦的地位不相上下,1999年英國廣播公司(BBC)發起的評選「千年思想家」當中,前三名依次是馬克思、愛因斯坦和牛頓,而麥克斯韋排在第九位。
  • 理論物理學四大輝煌時期,最後一個,愛因斯坦一生都未曾解開
    那麼理論物理學到底都有什麼,看看這四大時期,你便知道理論物理學的魅力所在。牛頓時期牛頓作為理論物理學鼻祖,真是開了個好頭啊,先搞出來了微積分,堪稱數學和物理相互結合的最初典範,簡單明了的三個公式,便可預測天體運動,解釋斜坡上的小滑塊,真是讓人不服不行。
  • 三大基本力都被統一,只剩下引力沒有,它的本質是什麼?
    引力是物理學中的四大基本力之一,另外三個是強力、弱力和電磁力。後面三種已經統一,唯獨引力格格不入,沒有參與到統一的進程中。要知道,發現大一統理論最有可能的方法就是統一四大基本力。統一了它們,就有可能發現各種物理現象深層的規律,推動大一統理論誕生。