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万有理论

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未解決的物理學問題請問弦理論超弦理論M理論等等類似理論,是否向萬有理論的康莊大道邁上一大步,還是一條死胡同? Question mark2.svg

萬有理論theory of everything)指的是假定存在的一種具有總括性、一致性的物理理論框架,能夠解釋與結合宇宙的所有物理奧秘。[1]:6經過幾個世紀不懈的努力,物理學者已發展出兩種理論框架,假若將這它們總合在一起,可以說最貌似萬有理論。這兩種理論框架是廣義相對論量子場論。廣義相對論專注於用引力來明白宇宙的大尺寸與高質量現象,例如,恆星、星系、星系團等等。量子場論專注於用非引力來明白宇宙的小尺寸與低質量現象,例如,亞原子粒子、原子、分子等等。量子場論成功地給出標準模型,按照大統一理論弱力強力電磁力這三種非引力統合在一起。[2]:122

經過多年的研究,這兩種理論分別在適用範圍內的所有預測幾乎都已被實驗肯定。根據這些實驗結果,物理學者認為,廣義相對論與量子場論互不相容,除非將它們的當今表述加以修改,因為它們不可能都正確。由於這兩種理論的適用範圍迥然不同,對於大多數狀況,只需用到其中一種理論。這兩種理論的不相容之處在非常小尺寸與高質量範圍只是表觀論題,例如,在黑洞內部、在宇宙大爆炸開始後的立即片刻。為了解釋這衝突,透露更深層實在、將引力與其它三種作用力統合在一起的理論框架必需被找出,這樣才能和諧地使得廣義相對論與量子場論合併在一起,原則而言,成為能夠描述所有物理現象的單一理論。近期,在追逐這艱難目標的過程中,量子引力已成為積極研究領域。

万有理论用来指那些试图统合自然界四种基本相互作用引力相互作用强相互作用弱相互作用电磁相互作用成一体的理论。是在电磁作用和弱相互作用連成一体的电弱作用理论之後,再加入強相互作用連成一体的大統一理論基础之後,又加上引力作用連成一体的理論,对统合自然界基本力的进一步努力。目前被认为最有可能成功的萬有理论是M理论超弦理论

現代物理[编辑]

常見的理論系列[编辑]

萬有理論試圖統合大自然的所有基本相互作用:引力、強作用力、弱作用力、電磁力。由於弱相互作用能夠將基本粒子從這一種變換成另一種,萬有理論應該也會對於各種可能粒子給出深奧的瞭解。以下給出通常假定的理論路徑,每一次的統合步驟會導致更上一層樓級。

 
 
 
 
萬有理論
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
量子引力
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
引力
 
 
 
 
電核力(大統一理論
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
宇宙學標準模型
 
 
 
粒子物理學標準模型
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
強相互作用
SU(3)
 
 
 
 
 
電弱相互作用
SU(2) x U(1)Y
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
弱相互作用
 
 
 
 
電磁學
U(1)EM
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
電學
 
 
 
 
磁學
 
 
 
 

電弱統合發生於大約100 GeV,大統一發生於大約1016 GeV,與引力統合猜想應會發生於普朗克能量,大約1019 GeV。

至今為止,已有幾種大統一理論被提議來統合電磁力與核力。大統一意味著電核力的存在,猜想應會發生於大約1016 GeV,遠超過任何地球的粒子加速器所能達到的能量。雖然,最簡單的大統一理論已被實驗排除,它的整體概念,特別是當與超對稱連結在一起時,仍舊是理論物理學術界的喜好。超對稱大統一理論似乎很有道理,這不僅是因為它們在理論方面的美感,而且因為它們自然地製備出大量暗物質,還因為宇宙暴脹可能與大統一物理有關(雖然宇宙暴漲並不是大統一理論的必然結果)。但是,大統一理論明顯地不是終極答案;當今標準模型與所有提議的大統一理論都是量子場論,需要使用可能隱藏瑕疵的重整化方法來獲得有意義的答案。物理學者通常將這需求視為它們只是有效場論的標誌,它們遺漏了在非常高能量時才會出現的關鍵現象。

量子引力步驟涉及到解決量子力學與廣義相對論之間的分歧。至今為止,尚未出現任何可以廣被接受的量子引力理論,因此也尚未出現任何可以廣被接受的萬有理論。

除了解釋圖表裏的作用力以外,萬有理論也可能解釋現代宇宙學提出的兩種候選作用力:暴脹力暗能量。更加地,宇宙學實驗建議暗物質存在,而且是由標準模型以外的基本粒子組成。但是,這些作用力與粒子的存在尚未被實驗驗證。

参考[编辑]

外部链结[编辑]

  1. ^ Steven Weinberg. Dreams of a Final Theory: The Scientist's Search for the Ultimate Laws of Nature. Knopf Doubleday Publishing Group. ISBN 978-0-307-78786-6. 
  2. ^ Stephen W. Hawking. The Theory of Everything: The Origin and Fate of the Universe. Phoenix Books; Special Anniv. 28 February 2006. ISBN 978-1-59777-508-3.