導(dǎo)讀：每一個(gè)想建立物理大統(tǒng)一理論的人，都要先解決引力量子化問題。
現(xiàn)在除了引力，其他三種力可以在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)解釋。但引力和量子力學(xué)的矛盾不可調(diào)和。所以要建立萬有理論，引力量子化問題是第一問題。
物理大統(tǒng)一理論（Grand Unified Theory, GUT）是物理學(xué)家的一個(gè)夢(mèng)想。人們希望能夠用一種理論來解釋引力、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用導(dǎo)致的物理現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)物理界的萬有理論。雖然目前還沒有一個(gè)完整的物理大統(tǒng)一理論，但是科學(xué)家們?cè)谶@個(gè)方向上做了很多的努力，并取得了部分的成果。
建立物理大統(tǒng)一理論需要先了解現(xiàn)有的物理學(xué)知識(shí)，尤其是電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用等基礎(chǔ)知識(shí)。進(jìn)一步理性思考，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以便建立新的理論模型。另外，需要掌握先進(jìn)的數(shù)學(xué)工具，如群論、拓?fù)鋵W(xué)等，這些數(shù)學(xué)工具可以幫助我們處理復(fù)雜的物理量和方程式。
為了建立物理大統(tǒng)一理論，還需要發(fā)展新的物理實(shí)驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)。這些實(shí)驗(yàn)和技術(shù)將有助于我們更好地了解物質(zhì)的特性和相互作用。比如，開發(fā)高能量加速器、引力波探測(cè)器、新型探測(cè)器等設(shè)備，可以幫助我們更加深入地研究基本粒子和宇宙演化等問題。
為了打破現(xiàn)有的理論桎梏，還需要開展一些風(fēng)險(xiǎn)性的革新性研究?？茖W(xué)家可以從不同的角度出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)的物理學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)疑，提出更加合理的理論模型。這種創(chuàng)新思維需要在一定程度上解放思想和敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念的勇氣。
靈遁者量子力學(xué)科普《見微知著》
為了實(shí)現(xiàn)物理大統(tǒng)一理論的建立，我們可以采取以下具體操作建議：
1. 加強(qiáng)基礎(chǔ)研究：基礎(chǔ)研究是建立物理大統(tǒng)一理論的重要基礎(chǔ)。國(guó)家和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)該加大對(duì)基礎(chǔ)研究的投入，鼓勵(lì)科研人員進(jìn)行更多創(chuàng)新性研究。
2. 進(jìn)行重點(diǎn)研究：確定物理大統(tǒng)一理論研究的重點(diǎn)方向，通過制定科研計(jì)劃和課題，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域和分支學(xué)科的深入研究。
3. 搭建國(guó)際合作平臺(tái)：搭建國(guó)際合作平臺(tái)，吸引全球物理學(xué)家積極參與大統(tǒng)一理論的研究?？梢酝ㄟ^組織國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議、開展合作項(xiàng)目等方式推進(jìn)合作。
4. 發(fā)展測(cè)量技術(shù)：發(fā)展新的物理實(shí)驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)，探索物質(zhì)特性和相互作用。加強(qiáng)對(duì)核探測(cè)器、超導(dǎo)磁體等設(shè)備的研發(fā)。
5. 提高數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用水平：提高科學(xué)家的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，加強(qiáng)對(duì)群論、拓?fù)鋵W(xué)等數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用。
總之，建立物理大統(tǒng)一理論需要全球物理學(xué)家的共同努力，需要采取多種手段，包括加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、建立國(guó)際合作平臺(tái)、發(fā)展測(cè)量技術(shù)、提高數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用水平等。我們相信，在未來的不遠(yuǎn)處，人類一定會(huì)實(shí)現(xiàn)物理大統(tǒng)一理論的夢(mèng)想！
這個(gè)時(shí)候，就有一個(gè)很明顯的問題，那就是為什么引力不能納入到標(biāo)準(zhǔn)模型的規(guī)范場(chǎng)論中。你怎么回答這個(gè)問題？
引力不能納入標(biāo)準(zhǔn)模型最重要的原因是引力量子化的實(shí)施會(huì)帶來一些非物理的結(jié)果。具體你可以從以下幾個(gè)方面理解。
1、如果我們承認(rèn)不存在無理由的作用，那么引力子理論就是可以想象的。可是引力子沒有被發(fā)現(xiàn)。倘若被發(fā)現(xiàn)了，那么是不是就非常好了。通過引力子理論，就可以納入到標(biāo)準(zhǔn)模型了。而不需要“引力量子化”這種操作了。
2、第二點(diǎn)是我們以為引力理論非常成熟了，但其實(shí)還不成熟。牛頓引力理論是正確的，愛因斯坦理論也是正確的，我們通常說，他們適用于不同的范圍。這種說法是沒有錯(cuò)的，但為什么兩種引力理論差別如此之大。牛頓引力理論可以看做是近似“線性的”，而愛因斯坦引力理論是“非線性的”，要得一個(gè)解都非常困難。更別說通過愛因斯坦場(chǎng)方程去計(jì)算某兩個(gè)物體之間的引力。包括現(xiàn)在發(fā)射火箭啊，人造飛船等等，都是用牛頓引力理論來計(jì)算數(shù)值的。
由此值得去細(xì)細(xì)思考的東西特別多。比如說庫(kù)倫定律和牛頓引力定律如此相似，是偶然嗎？在比如說慣性定律和楞次定律，又如此相似，是偶然嗎？然后引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量相等，是偶然嗎？肯定不是偶然啊。但我們現(xiàn)在沒有完全弄懂這些關(guān)系之間的秘密。那么談何去將引力納入到規(guī)范場(chǎng)論中。
不是說量子力學(xué)和引力完全沒有關(guān)系，搭不上邊，肯定是能搭上的。任何物體，粒子都必須受到引力的影響。你比如說狄拉克方程其實(shí)就具有相對(duì)論性。
我們知道了量子電動(dòng)力學(xué)起源于1927年保羅·狄拉克將量子理論應(yīng)用于電磁場(chǎng)量子化的研究工作。他將電荷和電磁場(chǎng)的相互作用處理為引起能級(jí)躍遷的微擾，能級(jí)躍遷造成了發(fā)射光子數(shù)量的變化，但總體上系統(tǒng)滿足能量和動(dòng)量守恒。
狄拉克成功地從第一性原理導(dǎo)出了愛因斯坦系數(shù)的形式，并證明了光子的玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)是電磁場(chǎng)量子化的自然結(jié)果?，F(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)，能夠精確描述這類過程是量子電動(dòng)力學(xué)最重要的應(yīng)用之一。
另一方面，狄拉克所發(fā)展的相對(duì)論量子力學(xué)是量子電動(dòng)力學(xué)的前奏，狄拉克方程作為狹義相對(duì)論框架下量子力學(xué)的基本方程，所描述的電子等費(fèi)米子的旋量場(chǎng)的正則量子化是由匈牙利-美國(guó)物理學(xué)家尤金·維格納和約爾當(dāng)完成的。狄拉克方程所預(yù)言的粒子的產(chǎn)生和湮沒過程能用正則量子化的語言重新加以描述。
而廣義相對(duì)論作為引力理論，是建立在狹義相對(duì)論之上的，所以引力理論無論從宏觀還是微觀上來講，都無法從標(biāo)準(zhǔn)模型中踢出去。也就是說引力納入標(biāo)準(zhǔn)的模型的路是存在的，是我們沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)聯(lián)系。
3、引力不能納入到標(biāo)準(zhǔn)模型中，對(duì)于初學(xué)者來說有兩層意思。是牛頓引力理論不能納入標(biāo)準(zhǔn)模型？還是廣義相對(duì)論不能納入標(biāo)準(zhǔn)模型？當(dāng)然是后者，我們?cè)诟鞣N報(bào)道中，并沒有看到說要講牛頓引力納入到標(biāo)準(zhǔn)模型中去。原因是什么？很明顯是因?yàn)榕ｎD理論的時(shí)空是絕對(duì)的，靜止的。這樣的理論談不上，波動(dòng)性，重整化，量子化等“量子”性詞匯，那么如何納入呢？顯然就陷入了尷尬之地。
可后者就不尷尬嗎？當(dāng)然也尷尬，就是引力量子化困難重重。最大的問題是廣義相對(duì)論的理論時(shí)空背景是彎曲的，認(rèn)為時(shí)空彎曲產(chǎn)生引力。這其實(shí)是一個(gè)難以想象的現(xiàn)象，但現(xiàn)在被廣為接受。我在本書中，就此說過，不贊同這個(gè)解讀。我更傾向于時(shí)空產(chǎn)生引力，是一種時(shí)空性質(zhì)。那么引力量子化就可以不考慮背景彎曲問題。
就是說側(cè)重點(diǎn)，在于了解時(shí)空性質(zhì)，能量交互方面來了解引力，完成引力與量子力學(xué)的融合。
我是從引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量嚴(yán)格相等，來開始推理的。即我說引力是慣性的源泉。基于此，展開一系列推理。認(rèn)為時(shí)間，空間，物質(zhì)是一體的。質(zhì)量的定義和時(shí)間的定義都需要相對(duì)論性的定義。如此說，我并不是在推翻或者駁斥愛因斯坦理論，恰恰是對(duì)他理論的支持和推廣。因?yàn)槲沂窍嘈畔鄬?duì)論的正確性的。它經(jīng)受住了嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)，我沒有理由去反對(duì)它。而且我對(duì)于相對(duì)論的四個(gè)成立條件，都是滿意的?，F(xiàn)在沒有哪個(gè)實(shí)驗(yàn)可以證明說光速不是上限，或者等效原理不成立。沒有這樣的實(shí)驗(yàn)。那么我們?yōu)槭裁床幌嘈畔鄬?duì)論呢。
相信它，和如何解讀它，是不一樣的。所以我認(rèn)為在理解相對(duì)論方面，我們可能理解錯(cuò)了，甚至說創(chuàng)立理論的人，也并沒有徹底理解他所創(chuàng)立的理論。
愛因斯坦以天才般的能力和想象創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，但該理論得出一個(gè)解非常難。我介紹過幾個(gè)解。我們對(duì)于一個(gè)引力理論的理解都這么生澀，也是該理論無法和標(biāo)準(zhǔn)模型理論融合的一個(gè)原因。
那么另一個(gè)問題，就是出來了，如何才能將引力納入到標(biāo)準(zhǔn)模型之中。問題的答案，其實(shí)就在問題當(dāng)中。上面這些問題無法解決，可能大統(tǒng)一理論的到來，還很遙遠(yuǎn)。
但我們可以想想目前的方向和工具。方向呢？主要從量子化和波動(dòng)交互來著手。有力的工具，就是希格斯場(chǎng)，希格斯粒子，楊米爾斯場(chǎng)和方程，對(duì)稱破缺理論，真空理論，混沌理論。因?yàn)橄８袼箞?chǎng)是能量轉(zhuǎn)換為具體質(zhì)量粒子的平臺(tái)。而這個(gè)與引力和其他三種力都密切相關(guān)，可以說是重中之重。
因?yàn)樵诳茖W(xué)家看來，希格斯場(chǎng)與物理學(xué)中其它場(chǎng)之間存在顯著不同。其它場(chǎng)都存在強(qiáng)度的變化，并且在其最低能級(jí)時(shí)強(qiáng)度降為零。但希格斯場(chǎng)并非如此。即便你將空間徹底清空，你永遠(yuǎn)無法清除希格斯場(chǎng)，它無法被關(guān)閉，它永遠(yuǎn)鬼魅般的存在著。但我們不會(huì)注意到它，它就像空氣對(duì)于我們，水對(duì)于魚兒們一樣自然。但是離開了它我們卻將不復(fù)存在，因?yàn)檎墙柚谂c這一場(chǎng)之間的相互作用，粒子才獲得了質(zhì)量。正是這一過程讓原子和分子的形成成為可能。如果希格斯場(chǎng)突然消失，所有物質(zhì)都將瞬間崩潰解體，因?yàn)樵谶@一瞬間沒有質(zhì)量的電子將會(huì)以光速?gòu)脑又刑右荨?/p>
我相信你看完之后，就明白了，看似繁榮的物理學(xué)，還是籠罩中迷霧之中。天空上何止兩朵云，有太多的烏云了。所以問題不會(huì)有最后一個(gè)。但我還是相信，大統(tǒng)一理論是存在的，也能夠被建立起來和完善起來。甚至在我有生之年，我可以看到的。就像我看到了美國(guó)“洞察號(hào)”探測(cè)器登陸火星，而且這是人類的第八次壯舉。我們一定會(huì)走的越來越遠(yuǎn)。
但無論我們走到哪里，都要銘記自己從哪里來。永不迷失自己，是我們能夠走的更遠(yuǎn)的前提。
我一直在強(qiáng)調(diào)，與其說我寫了這兩本科普書籍，不如說這些是哲理書籍。可以帶你思考和想象諸多無窮奇妙的東西。此書電子版在靈遁者淘寶有
2018年11月28日最新補(bǔ)增。
摘自獨(dú)立學(xué)者，作家，國(guó)學(xué)起名師靈遁者科普書籍《變化》
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