大統一理論是偽科學還是宇宙中的自然美？

大多數物理學家會告訴你，在人類對現實的不懈追求中，我們提出了可測試的、驚人的精確理論，來解釋發生在難以想像的小尺度和無限廣闊的宇宙中的事件。而，目前的數學框架在解釋「巨大」和「微小」時並不一致。在過去的一個世紀裡，主要的物理學家把他們的希望寄托在難以捉摸的統一場論或萬物理論上。

在粒子物理學中，大統一理論是一種在一個單一的理論框架內，試圖描述所有的基本力和基本粒子之間的關係。19世紀中期，麥克斯韋在他的電磁學理論中闡述了第一個場論，證明了電和磁力之間的關係。然後，在20世紀初，愛因斯坦發展了廣義相對論，它是一種關於引力的場論。後來，愛因斯坦和其他人試圖建立一個統一的場論，將電磁和引力作為一個單一的基本場論的不同方面。

一些研究人員說，統一理論是不存在的。然而，絕大多數人，包括愛因斯坦在內，都認為有可能彌合電磁力、強核力和弱核力以及引力之間的差距。

為什麼我們需要一個大統一理論

宇宙和其中的一切是由四種基本力量維繫在一起的：電磁力、強核力和弱核力以及引力。前三種力形成了粒子物理的標準模型，也就是量子力學的世界的概括。引力是這個力量家族中的害群之馬，像個不守規矩的孩子一樣四處走動，讓每個人都覺得很困難。

引力解釋了所有具有質量或能量的事物的行為。1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論，該理論將引力描述為由質量分布引起的時空曲率的結果，而不是一種力。然而，當量子力學和相對論同時應用時，事物就會分崩離析。如果擁有萬有理論，它會把所有的東西結合在一起，形成一個完美統一的理論。然而，這是非常困難的。

萬有理論有多種可能，每一種都有自己的特點，但每一種都同樣令人難以置信。在本文中，我們將集中討論這些理論的核心思想。

弦理論：一個振動的多元宇宙

弦理論可能是最強大的候選者之一，因為它是最被探索的潛在的萬物理論之一。弦理論假設粒子實際上是一維的弦，在非常基本的水平上振動。根據弦理論，這些弦在不同的水平上振動，決定了粒子的類型和屬性，比如質量和電荷。但是，為了使這個理論在數學上起作用，需要把人類無法直接體驗到的額外空間維度考慮進去。

這個想法雖然激進，但卻是解決上述難題的一種優雅的方法。然而，弦理論有多個問題。首先，弦理論只是一個「理論」，理論家們很難找到合適的方法來驗證這個想法，一些物理學家甚至說弦理論是偽科學。主要物理學家認為，建立弦理論的關鍵在於暴漲的概念。

暴漲被認為在大爆炸的最初階段扮演了重要的角色，解釋了為什麼宇宙看起來是這樣的，以及為什麼它經歷了一個極端膨脹的階段。如果弦理論最終能夠用來解釋暴漲理論，那麼它可能就向我們多年來一直在尋找的大統一理論又邁進了一步。然而，這就引出了我們的下一個問題。

目前，這個理論有太多的變體。物理學家嘗試著統一多弦理論的概念，創造了一個更普遍的框架，稱為M理論。然而，M理論打開了通向10^ 500個宇宙的大門。一些人認為這可能是存在多個宇宙的證據，但該理論是不可檢驗的。在科學界接受弦理論之前，它似乎還有很長的路要走。

環量子引力：一個編織在一起的宇宙

環量子引力是目前弦理論「萬物理論」的最大競爭者之一。環量子引力的一般觀點是，空間不是連續的，而是分裂成小塊或量子：直徑約10^-35米的引力場。這些空間的量子被連接起來，形成我們所體驗的空間。當這些連接糾結成「辮子」和「結」時，它們就產生了基本粒子。

環量子引力提出了一些大膽的觀點，包括描述宇宙是如何在前一個宇宙坍塌後形成的。與弦理論不同，環量子引力不引入額外維度，也不試圖統一所有的力。這個理論可以用來解釋一些大的現實世界的想法，並幫助闡明我們宇宙的起源。

量子愛因斯坦引力：指向一點的引力

將引力與量子力學世界聯繫起來的最大問題之一是：在非常小的尺度上引力會發生什麼。目前的模型表明，引力是一種非常弱的力，同樣的模型也會讓你相信，兩個物體距離越近，它們之間的萬有引力就越強，但這在量子層面上是不成立的。量子愛因斯坦引力可能是這個謎題的一個潛在解釋，也是萬有理論的另一個候選。

大統一理論是偽科學嗎

正如你可能已經注意到的，這些理論大多處於科學的邊緣。即使是我們最有希望的候選者弦理論，也仍然在努力尋找被檢驗的實用方法。統一理論是建立在這樣一個假設之上的，即大自然有一個優雅的、對稱的數學解決方案，來解決支配我們現實的原理。然而，科學一次又一次地告訴我們，這種情況很少發生。

法蘭克福高級研究所研究員薩賓·霍森費爾德表示：「萬物理論的整個想法都是基於一個不科學的前提。這根本不是發展科學理論的好策略，事實上情況恰恰相反，從歷史上看，在理論發展中依靠美是行不通的。​」