正如在第章中所解释,下子建立个包括宇宙中每件东西完整统理论是非常困难。取而代之,们在寻求描述发生在有限范围部分理论方面取得进步。们忽略其他效应,或者将它们用定数字来近似。(例如,当们用化学来计算原子间相互作用时,可以不管原子核内部结构。)然而,最终人们希望找到个完整、协调、将所有这些部分理论当作它近似统理论。在这理论中不需要选取特定任意数值去符合事实。寻找这样个理论被称之为“物理学统”。爱因斯坦用他晚年大部分时间去寻求个统理论,但是没有成功,因为尽管已有引力和电磁力部份理论,但关于核力还知道得非常少,所以时间还没成熟。并且,尽管他本人对量子力学发展起过重要作用,但他拒绝相信它真实性。看来,不确定性原理还是们在其中生活宇宙个基本特征。所以,个成功统理论必须将这个原理合并进去。
正如将描述,由于们对宇宙知道得这多,现在找到这样个理论前景似乎是好得多。但是们必须小心,不要过份自信——们在过去有过错误奢望!例如,在本世纪初,曾经以为每件东西都可以按照连续物质(诸如弹性和热导)性质予以解释。原子结构和不确定性原理发现使之彻底破产。然后又有次,1928年物理学家、诺贝尔奖获得者马克斯·玻恩告诉群来哥丁根大学访问者:“据们所知,物理学将在6个月之内结束。”他信心是基于狄拉克新近发现能够制约电子方程。人们认为质子——这个当时仅知另种粒子——服从类似方程,并且这是理论物理终结。然而,中子和核力发现对此又是当头棒。讲到这些,在谨慎乐观基础上,仍然相信,们可能已经接近于探索自然终极定律终点。
在前几章中,描述引力部分理论即广义相对论和制约弱、强和电磁力部分理论。这后三种理论可以合并成为所谓大统理论(GUT)。这个理论并不令人非常满意,因为它没有包括引力,并且因为包含譬如不同粒子相对质量等不能从理论预言,而必须人为选择以适合观测些量。要找到个将引力和其他力相统理论,困难在于广义相对论是个“经典”理论;也就是说,它没有将量子力学不确定性原理合并在里面。另方面,其他部分理论以非常基本形式依赖于量子力学,所以第步必须将广义相对论和量子力学结合在起。正如们已经看到,这能产生些显著推论,例如黑洞不是黑;宇宙没有任何奇点并且是完全自足、没有边界。正如第七章所解释,麻烦在于不确定性原理意味着甚至“空”空间也是充满虚粒子和反粒子,这些粒子对具有无限能量,并且由爱因斯坦著名方程E=mc2可知,这些粒子具有无限质量。这样,它们引力吸引就会将宇宙卷曲到无限小尺度。
相当类似地,在其他部分理论中也发生颇似荒谬无限大,然而,所有这些情形下无限大都可用称之为重正化过程消除掉。这牵涉到引入其他无限大去
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