为什么物理学追求四种基本力的统一?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-30
为什么2019年预言的统一物理学四种基本力的是第五种力?

统一物理学四种基本力的第五种力的万有理论,至今尚未发现,目前侯选理论有超弦理论,及圈量子重力论
宇宙中四大作用力,依强弱次序分别为:
1强作用力-核子中的结合力-有效范围10^-12公分
2电磁力(强作用力的1/137-精细结构常数)-有效范围:远程力
-原子中的结合力及分子中的结合力(分子间还有凡得瓦力)
3弱作用力(约强作用力的1/100,000)-有效范围10^-16公分-太阳辐射光的能力
4万有引力(约强作用力的10^40分之1)-太阳系的结合力-有效范围:远程力。
这四种作用力分别由四种玻色子来传递(见下四图):
1传递强核作用力的粒子:胶子内部结构模型图

2传递电磁力的粒子:光子内部结构模型图


3传递弱核作用力的粒子:W及Z玻色子内部结构模型图


4传递万有引力的粒子:引(重)力子内部结构模型图

图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)

(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特

开弦构成世界万物这个“世界万物”除了实体物质外还包含了四种基本力中间的三种他们是 承载强力的胶子承载电磁力的光子以及承载弱力的W玻色子和Z玻色子剩下的那个承载引力的引力子正是由闭弦来构成

自从科学诞生之日起,科学家就一直走在统一的道路上,牛顿统一了天上地下的物体运动规律,麦克斯韦统一了电和磁,爱因斯坦统一了时间和空间,质量和能量,杨振宁统一了电磁力与弱核力;统一场论是物理学的终极梦想,如果谁真的能统一四种基本力,那么他的功绩是绝对是前所未有的。

  物理学喜欢追求统一

  在十七世纪,德国天文学家开普勒提出了行星运动三大定律,从表象层面解释了天体的运行规律,但是却不知道三者之间的联系;直到几十年后,牛顿提出万有引力定律和物体运动三定律,从本质上解释了开普勒三定律,统一了天上地下物体的运动规律,这也是物理学的第一次大统一。

  

  牛顿力学建立之后,科学家开始建造整个经典力学大夏,在1865年,英国科学家麦克斯韦提出电磁学方程组,完成了电和磁的统一,一切电和磁的规律和现象,都由方程组精确描述着,这也是经典力学的巅峰之作。

  

  而统计力学的出现,从微观角度解释了宏观物体的温度、压力等等问题,完成了微观和宏观的局部统一,但是更深层次的微观现象还无法统一进来,比如黑体辐射、光电效应等等,于是量子力学应运而生,在1926年,薛定谔发表了薛定谔方程。

  

  薛定谔方程描述微观粒子的物理现象,而宏观物理现象可以通过大量微观粒子的平均统计结果得出,量子力学应用到宏观世界后也将退化为牛顿力学,于是量子力学完成了微观和宏观的统一,需要指出的是,量子力学是许多科学家共同努力的成果。

  

  而爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论,完成了质量和能量、空间和时间的统一,把人类文明带到了全新的高度,而且这一壮举的绝大部分工作,都是由爱因斯坦一人完成的;再后来,杨振宁完成了电磁力与弱核力的统一。

  四种基本作用力

  目前,四种基本作用力中的三种,都能在量子电动力学中得到非常好的解释,唯有引力还无法量子化,虽然引力的强度远比其他三种力弱,但是引力控制着宏观世界的运行。

  

  “力”是一个抽象的概念,容易给人造成误解,现代的基础物理学中,我们更多地用“相互作用”来代替“力”,用“场”来描述相互作用的传递过程,比如万有引力中有引力场;在爱因斯坦的广义相对论中,更是认为“引力”不存在,引力只不过是空间弯曲的表象而已,而空间弯曲是空间的内秉属性,由空间中的质量和能量分布决定。

  统一场论

  爱因斯坦一生极力追求物理学的统一,他在建立广义相对论后,后半生一直在研究统一场论,统一场论是从场的概念出现,建立统一描述基本相互作用的本质和内在联系,换句话说就是四种基本作用力的统一。

  

  由于万有引力定律和库仑力有着相似的形式,于是爱因斯坦建立广义相对论后,试图用同样的方法来解释电磁力,但是直到爱因斯坦去世,电磁力的几何化并没有获得成功,统一场论的任务留给了后来的科学家们。

  经过几十年的发展,目前也发展起来一些理论,将来有可能完成物理学的终极统一,比如超弦理论、量子引力论等等。

  统一的意义

  可以这么说,宇宙中各种事物间的发展和演化,都伴随着相互联系,它们之间的联系正是通过相互作用完成的,我们有理由相信这之间的联系遵循一套数学描述。

  

  但是目前而言,科学家却发现这之间的联系需要用四个数学体系描述,也就是四种基本作用力,这是科学家不能接受的,它们肯定会在更深层次上完成统一。

  一旦我们获得了这个终极理论,我们就能根据终极理论精确地推测我们宇宙的起源、演化、以及未来的发展方向等等;如果有谁能统一四种基本作用力,那么他的成就绝对是前所未有的。



自从科学诞生之日起,科学家就一直走在统一的道路上,牛顿统一了天上地下的物体运动规律,麦克斯韦统一了电和磁,爱因斯坦统一了时间和空间,质量和能量,杨振宁统一了电磁力与弱核力;统一场论是物理学的终极梦想,如果谁真的能统一四种基本力,那么他的功绩是绝对是前所未有的。

四种基本力的统一理解才有可能理解宇宙的原力的含义,有了原力又可以判断各种力的本义,物理的基本力与宇宙能量力的区别,物理力形成物质的运动方式,时空能量力用空间距离的尺度和时间变化的时度来表示。而物理力从引力和重力来表现。力又可以分成能量力,物质(物理)力和生物力与活动力等。

因为物理学完成了四种基本力的统一,就能根据终极理论精确地推测宇宙的起源、演化、以及未来的发展方向等等。

人世间最大的脑力游戏即是四力统一论,不统一就打不开天地之间的时空理论。原子与天体世界的构建是一致的,理论上应该通解,那么四力统一论便显得异常重要,统一的理论既可以解释天体又可以解释原子,天体同原子间的时空问题就可以一概而论了。但是经过最近一百年的发展史来看,世界上有多少脑力发达的人对此却无可奈何,四力统一就象一个永远也对不正位的魔方,今天是,明天是,永远是!四力不合一,就开启不了时空的大门。

  • 为什么物理学追求四种基本力的统一?
    答:爱因斯坦一生极力追求物理学的统一,他在建立广义相对论后,后半生一直在研究统一场论,统一场论是从场的概念出现,建立统一描述基本相互作用的本质和内在联系,换句话说就是四种基本作用力的统一。由于万有引力定律和库仑力有着相似的形式,于是爱因斯坦建立广义相对论后,试图用同样的方法来解释电磁力,但是...
  • 我们为什么要统一四大基本力?
    答:1、强核力是作用于强子之间的力,是目前所知的四种宇宙间基本作用力最强的,也是作用距离第二短的(大约在 10^(-15)~10^(-10) m 范围内)。强核力的强度与距离成反比。当两个粒子贴近时,强核力几乎消失。这种现象称作“渐进自由”。2、弱核力造成放射性原子核或自由中子衰变的短程力,作用于...
  • 四大基本力统一意味着什么?
    答:爱因斯坦晚年一直在追寻这样一个理论,那就是所谓的大统一理论或着说统一场论,他希望这个理论能使自然界中的四种基本力(即:引力、强核力、弱核力,和电磁力)成为一体。早期的人类把世界简单的看做由金木水火土组成,到如今的相对论与量子力学,人类越来越接近这个世界和宇宙的本质。但是,引力和其他...
  • 四大基本力统一意味着什么?
    答:四大基本力统一意味着用一种理论解释所有物理现象。宇宙中所有现象都可以归结为四种基本力的作用,即强力、弱力、电磁力和引力。众所周知,牛顿是经典力学的奠基者,后世的科学家在经典力学的基础上有所创新甚至是超越。起初人类只发现了电磁力和引力,科学家们想方设法想要将这两种力统一起来,这一工作...
  • 理论物理学探索的大统一理论旨在找到四种基本力的集合,如果找到了...
    答:大统一理论公式 现在,人们发现微观粒子之间仅存在四种相互作用力,它们是万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力.宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释.进一步研究四种作用力之间联系与统一,寻找能统一说明四种相互作用力的理论称为大统一理论.爱因斯坦在提出相对论以后,从20年代开始就致力于寻找一种...
  • 啥叫四种基本力,质子带正电本来相斥,为啥却粘在一起?
    答:由格拉肖、温伯格、萨拉姆三位科学家,根据杨振宁—米尔斯规范场理论,先后独立提出电磁作用和弱作用具有统一性的思想,建立弱电统一理论。他们用这种理论可以分别解释弱相互作用和电磁相互作用的各种现象,并且发现了理论预言中的粒子,从而确定了弱、电统一理论的成功。由此他们获得了1979年诺贝尔物理学奖...
  • 请从高等几何的角度,解释物理学中四大作用力是如何统一的?
    答:1、万有引力,就是物与物之间都存在的作用力,会互相吸引,最好的证明就是天体运动或者是地心引力,而且与质量成正比,质量越大,万有引力就越大.还有光线在经过超大质量的天体是会发生偏转也是这个原因.2、电磁力,这可多了去了,生活中处处用得到,就不过多解释了,比如说理论上相当强大的电磁炮就是用的...
  • 物理学家如何检验万物理论?
    答:都有相应的理论能够进行准确描述。但物理学家认为,这四种基本力在宇宙大爆炸的第一时刻是统一在一起的。随着空间膨胀,温度降低,最初的统一力分为目前的四种基本力。因此,物理学家相信,四大基本力在更深层次上可以通过同一个理论来描述,这个终极理论被称为“万有理论”或者“大统一理论”。
  • 什么是大统一理论?
    答:寻找能统一说明四种相互作用力的理论或模型称为大统一理论。这一理论最初源于电磁的研究,麦克斯韦研究证明它们为电磁现象的同一种基本相互作用的两个方面,可以用同一组方程式加以描述。到20世纪中叶前,这一描述又改进到包括了量子力学效应,并以量子电动力学(QED)形式出现。
  • 基本力的完全统一的四种基本力的实质
    答:万有引力:任意两质点(由基本粒子构成的物质)在各方向上都受到力基子的碰撞,碰撞的频率非常高,因质点的质量远远大于力基子的质量,其中有一些力基子在非常短的时间内会被挤帖在质点上(可以又被挤掉重新受到力基子的碰撞获得动量),于是质点周围的力基子波的波长被拉长,碰撞频率降低,压力降低。在质点外侧两质点距离...