愛因斯坦與年輕學生埃絲特·沙拉曼一起散步時說：我想知道上帝如何創造了這個世界。我對這種或者那種現象，光譜或者元素並不感興趣。我只想知道上帝的想法，其它的只是細節。」了解上帝的想法是現代物理學的終極目標，意味著科學家能夠揭示大自然的法則，創立所謂的「萬有理論」。萬有理論能夠解答所有疑問。不過，創立這一理論可能需要數百年，甚至數千年的不懈努力。
作為物理學巨匠，愛因斯坦一心希望了解「上帝的想法」。了解上帝的想法意味著我們能夠洞察大自然的法則，或者說創立物理學家所說的「萬有理論」。天空為什麼是藍的？為何存在引力？萬有理論能夠用一個單一理論解答所有疑問。不過，創立這一理論的夢想可能需要數百年，甚至數千年才能照進現實。
已知的兩大理論——愛因斯坦的廣義相對論和標準模型——結合起來都能很好地描述我們周遭的世界，但它們距萬有理論仍有數光年的距離。廣義相對論描述大規模的恆星、星系和宇宙的行為。他認為引力是時空結構的扭曲。廣義相對論已多次得到驗證，最出名的一次驗證是2016年發現引力波。標準模型描述亞原子世界。在朝著萬有理論前進的道路上，研究標準模型的科學家取得了最引人注目的進步。
如果能創立所謂的「萬有理論」，我們就能解答宇宙的所有疑問。我們知道萬物由原子構成，原子由質子、中子和電子構成。上世紀60年代，科學家發現質子和中子由更小的粒子——夸克——構成，電子則是輕子家族一員。發現物質的最小構件只是創立萬有理論的第一步，第二步是了解掌控各構件如何交互的各種力。
科學家知道存在四種基本力，在亞原子層面，科學家對其中三種力——電磁力、強核力和弱核力——有著很深的認識。電磁力將原子聚集在一起，同時對化學過程「負責」。強核力將原子核束縛在一起，同時讓夸克滯留在質子和中子。弱核力對某些類型的核衰變「負責」。
標準模型圖解。每個已知的亞原子力都有一個與之相關的粒子或者攜帶這種力的粒子。膠子帶有強核力，光子掌管電磁力，W和Z玻色子控制弱核力。詭秘莫測的希格斯場瀰漫整個宇宙，賦予夸克、輕子和一些帶力粒子質量。這些構件和力構成了標準模型。
利用夸克、輕子和已知攜帶力的粒子，我們可以構建原子、分子、人類、行星以及宇宙內的其它所有已知事物。標準模型是一項非凡成就，有些萬有理論的形了，但仍舊不是真正的萬有理論。萬有理論的目標是找到一個能夠解釋宇宙物質和活動的單一構件和單一力。標準模型涵蓋12種粒子（6種夸克和6種輕子）和4種力（電磁力、引力、強核力和弱核力）。不過，目前還沒有已知的量子引力理論。換句話說，引力還不是當前的標準模型的一部分。
根據所謂的超弦理論，最小的物質構件並不是粒子，而是微小的震蕩弦。物理學家繼續探尋一項更根本的理論。為了做到這一點，他們需要減少構件和力的數量。找到一個更小的構件將面臨巨大挑戰，因為這需要一個超出人類當前能力範疇的超強大粒子加速器。造出這種可運作的新加速器需要幾十年時間，而且它只能在現有基礎上逐漸升級提速。為此，科學家必須猜測更小構件的可能狀態。有一個很流行的概念叫做超弦理論，根據超弦理論，最小的構件並不是粒子，而是微小的震蕩弦。就像大提琴的琴弦能夠演奏出不同音符一樣，不同的震蕩模式對應不同的夸克和輕子。在這種方式下，一個單一類型的弦就是終極構件。
問題是，並沒有任何實驗性證據證明超弦的存在。觀測到超弦所需的能量被稱之為「普朗克能量」，是我們當前能夠產生的能量的一千萬億倍。普朗克能量對應所謂的普朗克長度，即最小的不可分割單位，超出了量子效應的範圍。我們尚無法測量超出這一範圍的更小長度。一旦小於普朗克長度或者超出普朗克能量，光子間引力的量子效應將變得非常重要，相對論不再起作用。在可預見的未來，超弦理論仍只是一種推測。
萬有理論能夠解釋所有已知現象。我們還沒有創立這一理論，但我們在標準模型（黃色）中統一了量子世界的行為，對引力（粉色）也有很深的認知。未來，我們將構想一系列新的統一（綠色）。藍色為我們尚無法理解的問題，需要創立新的理論。此外，我們並不確定，在朝著更高能量級別進發時，我們是否會發現其它現象過多的力也是一個問題。科學家希望「統一」各種力，證明它們只是一個單一力的不同表現形式。牛頓證明讓物體墜落地面的力與掌管天體運動的力是一樣的。麥克斯韋證明電和磁是電磁力的不同行為表現。上世紀60年代，科學家證明弱核力和電磁力實際上是電弱力的兩個不同面。
研究人員希望將電弱力和強核力統一為所謂的「大統一力」。在此之後，大統一力再與引力統一，進而創立萬有理論。物理學家懷疑最終的統一可能仍要在普朗克能量層面，因為在這種能量水平，我們無法再像相對論一樣忽視量子效應。普朗克能量要遠遠超過粒子加速器近期內所能達到的能量水平。
歷史上，科學家多次證明看似不相關的現象如何源自於一個單一力。我們認為這個過程將繼續下去，最終創立萬有理論現有理論與萬有理論相差十萬八千裡。打個比方，如果我們能夠探測到的粒子能量用細胞膜的寬度代替，普朗克能量則相當於地球的直徑。可以想像，一個徹底洞察細胞膜的人或許能夠預測細胞內的其它結構，例如DNA和線粒體，但我們無法想像一個人能夠預測地球上的活動，例如火山、海洋或者磁場。
粒子加速器當前可達到的能量水平與普朗克能量之間存在一條巨大的鴻溝。換句話說，我們幾乎不可能在現在創立萬有理論。但這並不意味著物理學家應該退休回家，仍有很多有意義的工作等待他們去完成。他們仍需研究一系列尚無法給出解釋的現象，例如在宇宙中比重達到95%的暗物質和暗能量，而後利用這些新知識創立一項更全面的物理學理論。這個理論並非萬有理論，但仍遠遠優於當前的理論框架。他們需要重複這個過程，直至讓萬有理論的夢想照進現實。
博科園｜文：堂·林肯轉自：漫步宇宙/qqtaikong博科園｜科學、科技、科研、科普