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?

2020-12-04 科普探空使者

說到力,人們腦海中通常會想到摩擦力,拉力,牽引力,萬有引力等。但是除了引力之外,摩擦力,牽引力等我們日常生活中常見的力,都屬於電磁力的範圍。除了引力與電磁力之外,宇宙中還存在強相互作用力以及弱相互作用力。

目前而言,宇宙中發生的所有現象,無論是宏觀還是微觀的,都可以用電磁力,引力,強相互作用力以及弱相互作用力來解釋。當然,這四種力都是科學家們單獨將其研究出來的。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。

如果我們稍微了解《廣義相對論》,就會知道愛因斯坦的偉大在於他突破了牛頓的萬有引力。他在引力中引入了場的觀點,顛覆了超距作用的概念。在往後的研究中,因為當時科學家們還沒有發現強相互作用力與弱相互作用力的存在,愛因斯坦將引力場的概念與電磁場相融合,也就是我們現在所說的同一場論。《廣義相對論》告訴我們,時空之所以能夠彎曲的幾何效應就是引力。所以愛因斯坦認為電磁力的存在也會對時空造成同樣的影響。雖然最後愛因斯坦沒有成功地將電磁作用以幾何的形式描述,但卻給後人留下了重要的研究方法。

隨著科學的發展,強相互作用與弱相互作用的概念走進了大家的眼中。首先在上世紀六十年代,溫伯格率先發力,就是他提出了弱電統一理論,將電磁作用與弱相互作用成功地統一。截至到今天,科學家們還有能夠將四種力以統一的理論呈現出來。目前被人們認為希望最大的是M理論、超弦或者弦論。

目前主流的理論都認為,宇宙中所有的物質都是由粒子構成的。分子由原子構成,原子由原子核和核外電子構成,原子核由質子與中子構成,而質子與中子又是由夸克構成。換句話說,我們眼前所有的一切,都是由一顆顆微觀粒子構成的。而超弦理論認為,宇宙中最小的單位並不是粒子,而是「弦」,並且是一維空間中的「弦」。而粒子,其實就是一段一維空間的「弦」圍成的圓圈。

這些很小的「弦環」通過不同的運動或者振動形成前面所說的各種粒子。更有專家認為,這些「弦環」工作在多維度的情況下,就是「引力子」。

但是霍金曾經也斷言,力的統一理論不會出現。因為量子力學的出現,已經為科學帶來了不確定性。即使有人能夠統一,未來也會出現第五種,第六種力的。

相關焦點

  • 如果有人統一了四大基本力,那他的地位會超越牛頓、愛因斯坦嗎?
    為什麼要四大基本力? 關於這個話題,其實我們要想搞懂「統一四大作用力」的意義,我們其實要搞懂兩個問題: 為什麼要「統一」?
  • 為什麼時至今日,仍然沒有人能統一四大基本力?
    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?
  • 如果有人掌握四大基本力,那會是神嗎?
    如果有人統一四大基本力,那麼他的地位能超越牛頓、愛因斯坦嗎?不過,之所以牛頓、愛因斯坦都名垂青史,是因為他們統一了一部分。其實,歷史上還有一位和牛頓和愛因斯坦齊名的理論物理學家,那就是麥克斯韋,他統一了「電」和「磁」。所以,我們會發現,歷史前三的理論物理學家都實現了一部分理論的統一,並且他們都是單打獨鬥完成的。這足以說明「統一」這件事有多重要。那為什麼要統一「四大作用力」呢?
  • 如果有人能夠統一四大基本力,他的地位能否超越牛頓、愛因斯坦?
    ,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。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。
  • 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?
    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。
  • 宇宙四大基本力是什麼,連愛因斯坦都沒能統一它們
    那這4大基本力分別是什麼?它們分別又是怎麼定義的呢?重力與壓力今天就給大家做個力的科普,說說宇宙中的四大基本力。大嘴巴子也是電磁力其中值得一提的是電磁力和引力可以通過場從而統一起來,而別的力就無法統一了。
  • 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?
    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?首先我們需要了解一下統一的概念,這個概念最早由愛因斯坦提出,指的是發現不同種類力之間的聯繫。
  • 自然界四大基本力, 你知道幾個?
    隨著物理的研究越來越靠前,很多概念也就逐漸開始被細分,那麼你知道自然界四大基本力是哪個嗎?接下來,原理君為大家解讀物理上的四大基本力。自然力中最小的力——引力雖然引力的力量非常小,小到我們幾乎在生活中不能夠用最精密的儀器測量到。在牛頓力學裡面,我們得知引力與質量和物體之間的距離相關。
  • 愛因斯坦錯了?科學家稱發現第五大基本力,可能顛覆現有物理體系
    我們知道宇宙存在四大基本力,分別是強核力(Strong nuclear force)、弱核力(weak nuclear force)、電磁力(electromagnetic force)以及引力(gravitation)。可以說自愛因斯坦起(愛因斯坦時代就只發現了引力和電磁力),科學家就一直想要實現宇宙的大一統。
  • 牛頓、愛因斯坦等最頂尖物理學家們的終極夢想
    麥克斯韋之所以這麼有名,其中有一個原因就是因為他實現了電和磁兩樣事物的統一,使得人們發現這兩樣事物的本質其實是同一個東西,而且描述它們的方程組很是簡單,甚至可以將方程組再度提煉成一個方程!一個方程就能解釋世界上所有的電磁學現象,這就是小範圍的「萬法歸宗」。
  • 假如有人能從理論上證明愛因斯坦的相對論是錯誤的,會怎麼樣?
    關於這個問題,我們要搞清楚:科學家到底在追求一些什麼?簡單來說,科學家在追求兩個極致,首先,每個科學家都有個夢,那就是大一統理論,具體的意思就是說,用一個理論解釋宇宙中所有的物理學現象。那就比較我們的理論對於物理現象的解釋能力,誰更貼近現實,也就是誰的誤差更小,誰的理論更能預測更多的物理現象。知道了這些,你就會發現,科學家並不是在「拼對錯」。因為對於終極理論(如果有)來說,任何理論就今天來看都會是錯的。如果沒有終極理論,那未來的理論和現在的理論相比較,現在的理論肯定錯了。
  • 四大基本力的和諧統一
    文/樸道玄燈時間是什麼現代物理學尤其量子力學的發現認為,普朗克時間10^(時間奧妙:剎那即是永恆嗎?,其小無內」,沒有尺寸大小,萬物萬象宇宙萬有都是「無中生有:萬物生於有,有生於無」,並且空性指出「色空不二」:色不異空,空不異色;色即是空,空即是色;真實不虛。
  • 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。
  • 如果牛頓還活著,他能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    如果牛頓能夠穿越到今天,以他的興趣愛好及性格特點,他也許仍然會選擇做一名物理學家,不過他在莘莘物理學家中很可能不再出人頭地。最偉大並不意味著他是萬能的,牛頓也有沒有成功解決的問題。愛因斯坦是能夠和牛頓齊名的偉大物理學家,晚年的愛因斯坦致力於統一幾種相互作用,但是沒有完成。在他之後,幾位物理學家完成了部分統一。
  • 下一位可以媲美愛因斯坦和牛頓的科學家,需要有什麼成就?
    「愛因斯坦」「瓦特」,他們都是我們耳熟能詳的科學家,他們的成果都讓人類的科學飛躍式發展,那麼,未來的科學家需要有什麼成就,才可以媲美愛因斯坦或者牛頓?,他一直在尋找「大一統理論」,因為量子力學中的一些現象是他的相對論也無法解釋的,為此他多次批判量子力學的不完備性,甚至還聲稱量子糾纏是物理學中的「鬼魅」,大一統理論」究竟有什麼魅力?
  • 弦理論真的能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    在愛因斯坦撰寫的《相對論的意義》(The Meaning of Relativity)重印版本的前言中,弦理論物理學家布賴恩格林寫道,超弦理論成功地結合了廣義相對論和量子力學。除此之外,它也有能力平等的包含電磁力、弱相互作用力和強相互作用力。
  • 愛因斯坦尚未統一電磁力,量子力學就橫空出世了
    量子力學誕生愛因斯坦最初的統一之夢尚且只局限在統一引力與電磁力,然而這兩種力尚未完成統一,物理史上一場更加翻天覆地的新理論誕生了,它就是量子力學。無論是相對論還是電磁理論,都無法解釋原子裡面各種微觀粒子的運動。正是在這種環境下,量子力學誕生了。
  • 困擾科學家很久,能解釋一切的理論,愛因斯坦想了30年沒有答案
    有人說:「當代物理已死。」這是科學家面對現實的無奈嘆息,自從蒸汽器出現,人類工業革命開始,科學的發展進入了前所未有的飛躍年代,幾乎每過一段時間就會有讓人震撼的重大發現,但是進入二十世紀後,物理學的發展逐漸緩慢了下來。
  • [福利] 愛因斯坦-複利是世界第八大奇蹟,其威力甚至超過了原子彈
    😁愛因斯坦為歷史上最偉大的科學家,曾經有人問他:世界上最強大的力量是什麼?他的回答不是原-子-彈的威力,而是「複利」,在愛因斯坦的心中,"複利"是世界上第八大奇蹟。「複利堪稱是世界第八大奇蹟,它的威力甚至超過了原子彈」。