为什么物理学追求四种基本力的统一？

为什么物理学追求四种基本力的统一？

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。