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【全球视野】“万有理论”真的存在吗?

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[摘要]宇宙中存在“放之四海皆准”的真理吗?目前没有,或许未来也不会有。
在广义相对论问世100周年的今天,人们仍然在不停地追问:宇宙中存在“放之四海皆准”的真理吗?然而,目前还没有适用于所有尺度的物理理论,也许也永远都不会出现这样的理论。

正如理查德·费曼曾推测的,自然可能就如同一个洋葱,被一层一层的外壳所包裹,每剥开一层,我们就会发觉已有的美妙的理论被归入到一个全新的更广阔的架构中。所以,永远有新的物理学理论等着我们发现,永远不会出现一个无需修正就适用于所有空间与时间尺度的终极普遍理论。

不管你在何时谈论日常生活中的什么事情,其实都限定在一个范围内。不信试试看:“我很忙”只是针对某一特定的时间范围,如今天或者这周,而非本世纪或者这一纳秒;“税负沉重”也只适用于某一特定的收入范围。诸如此类的例子很多。
你可能会说,在科学中肯定没有这样的限制。毕竟,在近代科学产生以后的几个世纪里,传统观点一直认为适用于整个宇宙的理论是存在的,即使我们可能永远无法凭经验确认这一点。比如,牛顿的万有引力定律就是普适的,它既适用于下落的苹果,也适用于陨落的行星,并能解释太阳系内外的一切重要的观测发现。
随着相对论,尤其是广义相对论的出现,我们发现牛顿万有引力定律只是一个更基本理论的近似。但是这一更基本理论,即广义相对论,它在数学上是如此优美,以至于我们似乎可以合理地假设它就是个完美的理论,可以完整地描述空间与时间在质量和能量作用下的行为。
而量子力学的出现改变了一切。量子力学与相对论相结合之后,产生了一个让人意想不到的结果:主宰着物质与能量的物理定律,其具体性质依赖于你在哪个尺度上测量它们。这引发了或许是20世纪最大规模的无声科学革命:我们开始明白,并不存在这样一种理论,既与实际世界紧密相关,同时又是绝对的,并且永远正确。尽管如此,理论物理学家依然花费了大量的精力来研究这种类型的理论。那么,到底是怎么回事呢?追求统一的理论是否是一个正当合理的目标,而科学真理又是否永远依赖于尺度呢?
量子力学与相对论的结合就是现在亟待解决的一个尺度问题。著名的海森堡测不准原理是量子力学的关键所在,它意味着在小尺度、短时间内我们不可能完全限制基本粒子的行为。微观粒子的能量与动量有其固有的、永远无法消除的不确定性。当这一事实与狭义相对论相结合,得出的结论则是你甚至不能真正控制短时间内某一小空间内出现的粒子数量。所谓的“虚粒子”可以随时造访或离开真空,而时间太短,你无法直接测量它们的出现。
过去40年来,我们一直在寻找这方面的直接证据——事实上,大型强子对撞机(LHC)正在寻找一组新的基本粒子,这些粒子对于证明三种相互作用在适当的尺度上可以统一在一起非常重要。科学家虽然已经发现了一些间接证据,但还没观察到直接的确凿证据。
超弦理论让理论物理学家们极其兴奋,但至今也没有任何证据能证明它真的可以描述我们所在的宇宙。如果超弦理论的确能描述我们所在的宇宙,那么它将拥有独特而全新的特征。超弦理论可能最终并不会产生任何无穷大的项,因此,它可能适用于所有的距离尺度,无论多小。基于这一原因,它也被称为“万有理论”——虽然,事实上,就可预见的实验测量结果而言,该理论的奇妙特性只有在极小的尺度上才能展现,因此实际在物理上并不会产生多大的影响。


1楼2015-12-11 10:25回复
    水笔


    IP属地:广东来自Android客户端3楼2015-12-11 13:51
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      传统哲学的目的是寻找普适真理把知识联系起来


      IP属地:浙江来自Android客户端4楼2015-12-11 21:11
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        太恐怖。有些东西根本想不透,就像为什么在微观中 经典物理失效。


        7楼2015-12-11 23:54
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          物理学的终极目的就是找一个万物普适的理论


          IP属地:广东来自手机贴吧8楼2015-12-15 21:38
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