人類這種渴望解釋的奇怪物種費(fèi)盡心思，總想要給所有問題一個(gè)大統(tǒng)一的回答，而這個(gè)回答的核心，就是“宇宙究其根本，源于什么？”

如果你一度也曾為這問題著迷，并且曾經(jīng)從方方面面冥思過它，那么今天的故事會(huì)讓你既熟悉又陌生：本期出現(xiàn)的重要知識(shí)點(diǎn)我們都曾經(jīng)講過了，然而相比那些雄心勃勃，以雄辯自圓其說的哲學(xué)大統(tǒng)一，我們將要展示的是另一條貫穿人類認(rèn)知?dú)v史的重大線索。

同時(shí)這也回答了，愛因斯坦提出相對(duì)論之后干什么去了。

注：因工作調(diào)動(dòng)，原定今天的心理學(xué)節(jié)目，延期到本周三。

－文字稿－

人類這種渴望解釋的奇怪物種費(fèi)盡心思，總想要給所有問題一個(gè)大統(tǒng)一的回答，而這個(gè)回答的核心，就是“宇宙究其根本，源于什么？”

只可惜歷來的哲學(xué)與宗教都是紙上談兵，大統(tǒng)一之夢(mèng)在現(xiàn)實(shí)中的第一步要等到牛頓才能踏出：1687年，他在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》首版的前言中講到：我愿我們能像對(duì)力學(xué)原理那樣，用同類的推理導(dǎo)出其余的自然現(xiàn)象——許多原因促使我懷疑，它們可能都依賴于一定的力?！?/span>

牛頓這種同類的推理，就是將萬物解釋為原子以力凝聚起來，并因此體現(xiàn)出宏觀上的各種性質(zhì)。

果然，在此后200多年里，我們確立了分子和原子，隨后又發(fā)現(xiàn)原子還有帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核，它們以電磁力締結(jié)成原子，并以盈余的電磁力展現(xiàn)出種種力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)乃至化學(xué)的性質(zhì)——而足夠質(zhì)量的物質(zhì)又將展現(xiàn)出萬有引力。

1817年，菲涅爾的實(shí)驗(yàn)確定了光也不外是一種波動(dòng)，半個(gè)世紀(jì)之后，麥克斯韋方程組統(tǒng)一了光學(xué)和電磁學(xué)，人們開始?xì)g呼經(jīng)典物理的盡善盡美，自然科學(xué)的大統(tǒng)一似乎唾手可得——但誠如開爾文勛爵在1900年感慨的，“現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽，顯得黯然失色了”

這兩朵烏云，一朵是黑體輻射的紫外災(zāi)變，即按照當(dāng)時(shí)的理論，任何物體都會(huì)輻射出無窮強(qiáng)大的紫外線；另一朵是以太不可觀測(cè)，即真空中的光速不變。

前者從1905年愛因斯坦解決光電效應(yīng)開始，在20多年的時(shí)間里由普朗克、波爾、費(fèi)米、狄拉克、玻色、海森堡、薛定諤、德布羅意、戴維森等群英共同解決，創(chuàng)立了量子論，重新解釋了電磁力；后者則在1905年由愛因斯坦獨(dú)立解決，開創(chuàng)了狹義相對(duì)論，并在10年后發(fā)展出廣義相對(duì)論，重新解釋了萬有引力。

愛因斯坦接著又希望像19世紀(jì)的物理把各種力都統(tǒng)一成電磁力和萬有引力那樣，用一個(gè)模型統(tǒng)一解釋電磁力和萬有引力，或者說把量子論和相對(duì)論統(tǒng)一成一種理論，達(dá)至最后的大統(tǒng)一。但那時(shí)的現(xiàn)代物理學(xué)才剛剛起步，這場過于超前的大統(tǒng)一之夢(mèng)注定要破滅了。

隨后就在30年代，我們發(fā)現(xiàn)宇宙中除了萬有引力和電磁力，還有一種令粒子衰變、釋放輻射的作用力，它比電磁力弱而被稱為弱核力——大統(tǒng)一的局面一時(shí)復(fù)雜起來。

好在另一方面，從20年代到50年代，狄拉克、泡利、楊振寧等人成功地統(tǒng)一了量子論和狹義相對(duì)論，成就了規(guī)范的量子場論，每一種粒子，包括構(gòu)成物質(zhì)的電子和夸克，都對(duì)應(yīng)為一種彌漫于整個(gè)宇宙的場，粒子則是它們的激發(fā)狀態(tài)。

借此，溫伯格等人在1968年將弱核力與電磁力統(tǒng)一成了電弱力，一種存在于1015K以上，宇宙大爆炸最初10–36秒到10?12秒之內(nèi)的作用力。

70年代的物理學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了將夸克束縛在中子和質(zhì)子之內(nèi)，又將中子和質(zhì)子束縛在原子核內(nèi)的強(qiáng)核力——也就是宏觀物體的質(zhì)量和核能的主要來源。在1027 K以上的環(huán)境中，比如大爆炸之后10–43秒至10–36秒，強(qiáng)核力將與弱電力統(tǒng)一起來，成為一種力。

總而言之，今天的我們有了一個(gè)精美的“標(biāo)準(zhǔn)模型”，它完美描述了迄今為止微觀世界的一切電磁現(xiàn)象、放射現(xiàn)象與核現(xiàn)象；而廣義相對(duì)論也在過去的100年里無懈可擊地解釋了宏觀世界中所有的時(shí)空現(xiàn)象和引力現(xiàn)象。

現(xiàn)在看來，只要在標(biāo)準(zhǔn)模型中加入萬有引力，或者說將量子場論與廣義相對(duì)論統(tǒng)一起來，我們就將實(shí)現(xiàn)千古以來的大統(tǒng)一之夢(mèng)了——這種渴盼中的強(qiáng)大理論，更加尊崇地稱為“萬有理論”。

于是從70年代到90年代，一批候選的萬有理論成長起來，試圖解決這個(gè)矛盾，其中最著名的莫過于弦論：基本粒子并不是一個(gè)0維的點(diǎn)，而是有1維長度的弦，這些弦以10維空間才能滿足的復(fù)雜方式持續(xù)振動(dòng)，而不同的基本粒子就來自不同方式的振動(dòng)，恰如不同的樂音來自琴弦上的不同振動(dòng)。

膜理論則是五種不同版本弦論的整合版本，其中振動(dòng)的不再是弦，而是n維空間中的薄膜，但這一理論太過于雄心勃勃——在可以預(yù)見的未來，我們都無法集合足夠的能量驗(yàn)證它，自然科學(xué)的終極統(tǒng)一還有漫長的路要走——這就是最令Sheldon痛苦的事實(shí)了。

本文系網(wǎng)易新聞·網(wǎng)易號(hào)“各有態(tài)度”特色內(nèi)容