我們離理論物理的研究終點有多遠?火星一號2019-05-26 03:54:10

現代物理學基於相對論和量子力學,這兩套理論體系發展至今已有百年,它們已經得到廣泛的應用。然而,這並不意味著相對論和量子力學已經是完美的理論,現代物理學距離物理學的終點還早得很。

我們離理論物理的研究終點有多遠?

目前,人類已經認識到,宇宙中的各種相互作用最終都可以歸結為四種基本力——引力、電磁力、弱核力和強核力。物理學家相信,只要一種理論就能涵蓋四種基本力,此即為物理學家所追尋的大統一理論。如果要說物理學的終點,大統一理論就是物理學的階段性終點。

我們離理論物理的研究終點有多遠?

相對論在描述引力效應方面取得巨大的成功,宇宙中的各種引力現象都完全符合相對論的預言。另一方面。量子力學在描述微觀領域非常成功,粒子物理標準模型可以描述電磁力、弱核力和強核力,粒子加速器中的各種現象都符合這個理論的預言。

相對論和量子力學都是非常有效的理論,因為它們不但可以描述已經觀測到的現象,而且還能對未知的現象做出準確的預言。但問題是,這兩套理論無法相容,引力似乎與另外三種基本力格格不入。

我們離理論物理的研究終點有多遠?

在物理學家看來,一定還有比相對論和量子力學更加基礎的理論——大統一理論,它能同時描述四種基本力。在描述引力時,相對論是大統一理論的很好近似理論。在描述微觀粒子的行為時,量子力學是大統一理論的很好近似理論。

在一定的適用範圍之內,相對論和量子力學都是有效的理論。但在適用範圍之外,例如,黑洞中心的奇點,宇宙誕生的最初時刻,只有大統一理論才能給出準確的描述。

我們離理論物理的研究終點有多遠?

為了實現大統一理論,許多物理學家在為之努力,其中就包括愛因斯坦。但迄今為止,仍然沒有取得實質性進展,量子引力理論、弦理論只是候選的大統一理論。

目前,理論物理學的發展方向還不明朗,距離實現終極理論還早得很。甚至,理論物理學可能根本沒有終點。