在创立相对论后,爱因斯坦花了30年研究一个理论,结果失败!
在支配宇宙的所有作用力中,都可归结为四大基本作用力:电磁力、强相互作用力、弱相互作用力、引力。长久以来,物理学家试图描述这四种自然基本力,以及如何把它们统一到单一理论之中。这种统一场论甚至难住了阿尔伯特•爱因斯坦,在他创立相对论之后,他把余生都投入到这个理论研究之中,但始终没有结果。
在物理学中,场是指在某些力(如引力或电磁力)的影响下的一片区域。场论一般指物理现象发生的原因,以及这些现象如何与自然相互作用。
首先,来简单了解下这四大基本力:
电磁力:它是影响带电粒子的相互作用力,特别是对于光这样的类型。这个力的粒子为光子。
强相互作用力:这是把中子(不带电粒子)和质子(带正电粒子)结合在原子核中的作用力。这个力的粒子是胶子。
弱相互作用力:这种力导致一些类型的放射性,并且对诸如电子、夸克和中微子等粒子有活性。这种力的粒子是W玻色子和Z玻色子。
引力:引力是自然界中最普遍的力,影响宇宙万物。尽管还未发现,这种力的理论粒子为引力子。
爱因斯坦的工作
著名物理学家詹姆斯•克拉克•麦克斯韦在19世纪中叶创立了关于电磁学的首个场论。之后在20世纪初,爱因斯坦创立了广义相对论,这与引力场论有关。
此后,爱因斯坦试图发展统一场论,但他受到了重重的阻碍,因为当时还未完全认知到四大基本力。虽然电磁力和引力当时已被公认,但原子的研究还处于起步阶段,电子和质子是仅有已知的亚原子粒子。
爱因斯坦以其他科学家的工作为基础——他们正在试图将时空呈现在五个维度上。具体来说,在爱因斯坦的研究中,时空占据四维,而另外一组方程(代表麦克斯韦的电磁方程)则是第五维。
爱因斯坦关于同一场论的第一篇论文是在1922年发表的。卡尔萨在1921年发表的工作颇为重要。爱因斯坦在他生命的最后三十年中进行了艰难的探索,但都没有成功。甚至在去世前一天,他还要求助手把笔记拿给他。
较新的方法
爱因斯坦后期工作的一个局限是他忽略了量子理论。但即使在今天,熟悉量子理论的物理学家也难以提出统一的理论。
目前,物理学家提出了多种理论,弦理论是其中最有希望的。弦理论将所有基本粒子描述为振动弦,不同的振动模式产生不同的粒子。
虽然弦理论有望成为大统一理论,实现爱因斯坦的梦想,但物理学家也指出,弦理论的一大缺点是还没有被数据证实。