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第十一章 物理学的统一(1 / 7)

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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”。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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