四种基本作用力如何统一？爱因斯坦为之奋斗半生也没能完成！

发布者：红衣大砲 2023-7-5 22:43

如今我们知道，自然界存在四种基本作用力，分别是强力，弱力，电磁力和引力。在量子力学和相对论的基础上，诞生了量子场论，科学家们也创建了标准粒子模型，很好地把看起来杂乱无章的基本粒子进行分类，同时在统一四种作用力的道路上迈出了重要一步。

按照标准粒子模型的诠释，四种基本作用力都是靠“玻色子”来传递的。传递强力的是胶子，传递弱力的是中间玻色子，传递电磁力的是光子。不管是胶子，中间玻色子还是光子，它们都属于“玻色子”。玻色子就像胶水一样，粘结着基本粒子，进而组成各式各样的物质。

比如说，夸克通过胶子来传递强相互作用，三个夸克形成质子或者中子，而质子和中子也是通过胶子传递强相互作用，结合在一起形成原子核。

那么引力的传播子是什么呢？科学家们假设引力的传播子是“引力子”。这个假设没有什么问题，因为科学本来就是“大胆假设，小心求证”，接下来要做的就是寻找假设中的引力子。

不过几十年过去了，科学家们仍旧没有发现引力子存在的证据。找不到引力子存在的证据，就不能统一四大基本作用力，而大自然不可能有两套法则，这意味着最终只会有一套终极至理，它到底在哪里呢？

爱因斯坦的广义相对论对引力的诠释是时空弯曲，认为引力其实是不存在的，它只是时空弯曲的表象而已。

同时广义相对论表明，时空不但可以弯曲，而且是平滑连续的。但是量子力学表明，时空并不是连续的，无论是时间还是空间都不是连续的，存在最小的普朗克时间和普朗克长度，这意味着时空结构是“断断续续”的，这与广义相对论不协调。

基于量子力学建立起来的量子场论认为基本作用力都会有相应的传播子来传递，那么引力也应该同样如此。

于是，在对于引力本质的诠释上，广义相对论和量子力学似乎也出现了矛盾。不过，如今来看，关于引力的本质，广义相对论和量子力学或许都没有错，只是诠释的角度不同罢了。

广义相对论是从宏观上诠释了引力的本质，而量子力学试图从微观层面诠释引力本质，通过各种方式寻找引力子存在的证据，实现四种基本作用力的统一。

在量子场论和标准粒子模型的基础上，强力，弱力和电磁力已经得到了统一，唯独引力被排除在外。

爱因斯坦的后半生几乎都在为统一引力而努力着，他坚信一定会有某种方式最终统一电磁力和引力，两种基本作用力一定可以通过某种桥梁结合在一起。爱因斯坦甚至讲黎曼几何中的四维时空与电磁场联系在了一起，试图创建出五维度时空，渴望统一电磁力和引力，但直到爱因斯坦离开这个世界，也没能完成如此艰巨任务。

按照爱因斯坦的设想，引力或许真的与高维度时空有某种关系，因为引力的强度相对其他基本作用力非常弱，如果强力的大小为1，那么引力的大小只有10的负39次方。现实中我们也能感受到引力确实很弱，你能轻而易举地举起20公斤重的物体，或许你没有意识到，在整个过程中，你对抗的是整个地球对物体的引力，可见引力有多弱！

科学家们怀疑，引力之所以如此弱，可能就是因为引力泄露到了高维度时空。著名科幻电影《星际穿越》就有这样的故事情节描述，男主人穿越到五维度时空，同时泄露到五维度时空中的引力与四维时空的女儿交流！