(上圖簡要描述了萬物理論的基本模型,,自然界中有四種基本力,,即強(qiáng)核力,弱核力,,電磁力和萬有引力,。在100GeV的能量下,電磁力和弱核力統(tǒng)一成為電弱力,,這一點(diǎn)已經(jīng)得到證明,。在10^15GeV的能量下,強(qiáng)核力和電弱力統(tǒng)一成為電核力,,也就是大統(tǒng)一理論模型,,在10^19GeV的能量下,萬有引力和電核力統(tǒng)一,,形成萬物理論,,能夠用一個方程式描述所有的粒子和力) 圖解:萬有理論由大型強(qiáng)子對撞機(jī)中的緊湊μ子線圈得到的希格斯玻色子產(chǎn)生時的景象。它由大型強(qiáng)子對撞機(jī)中的緊湊μ子線圈得到的希格斯玻色子產(chǎn)生時的景象,。它是通過衰變?yōu)閺?qiáng)子噴流的質(zhì)子與電子的碰撞形成的,。是通過衰變?yōu)閺?qiáng)子噴流的質(zhì)子與電子的碰撞形成的。 20世紀(jì)70年代中期,,史蒂文·溫伯格,、阿布杜斯·薩拉姆和謝爾登·格拉肖所做的研究成果令科學(xué)家們?yōu)橹徽瘢麄儎?chuàng)造了電磁力和弱核力的統(tǒng)一理論,,即電弱統(tǒng)一理論,。物理學(xué)家格拉肖、喬治等人提出,,使用一種叫做“群論”的算法,,可以通過“SU(5)”的對稱性將弱核力和電磁力與由膠子介導(dǎo)的強(qiáng)核力結(jié)合起來,。這個理論后來成為了物理學(xué)界眾所周知的大統(tǒng)一理論或縮寫為”GUT”,并迅速衍生出許多類似理論,,包括“超對稱性大統(tǒng)一理論(SUSY- GUTs)”,、“超重力理論”和“具有額外維度的超對稱性大統(tǒng)一理論”。直到上世紀(jì)80年代初大統(tǒng)一理論為弦理論所取代,。 在上世紀(jì)70年代末,,80年代初,大統(tǒng)一理論是如此的激動人心,,因?yàn)樗坪蹩梢杂猛ㄓ玫臄?shù)學(xué)語言來解釋強(qiáng)核力,,弱核力以及電磁力。其最主要的論斷是,,在高達(dá)1000*10億*10億伏特(10^15吉電子伏)的巨大能量下,,強(qiáng)核力會和電磁弱核力相似(或統(tǒng)一)。將這些觀點(diǎn)應(yīng)用到宇宙學(xué)當(dāng)中也催生了暴脹宇宙學(xué),。 如今,,粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型應(yīng)用了大統(tǒng)一理論的一些基本概念,將物理量(除重力外)統(tǒng)一起來,。物理學(xué)家們努力尋找希格斯玻色子,,試圖證實(shí)大統(tǒng)一理論中的幾個基本觀點(diǎn),比如“自發(fā)對稱性破缺”,。在2012年,,也就是預(yù)測出希格斯玻色子的存在的50年后,科學(xué)家們在大型強(qiáng)子對撞機(jī)上發(fā)現(xiàn)了這種難以捉摸的粒子,。這是一個跨時代的發(fā)現(xiàn),,因?yàn)樗C明了自發(fā)對稱性破缺的整個概念應(yīng)當(dāng)是有效的。上世紀(jì)70年代中期,,史蒂文·溫伯格,、阿布斯·薩拉姆和謝爾登·格拉肖因電弱統(tǒng)一理論而獲得諾貝爾獎,而自發(fā)對稱性破缺正是該理論的核心,,同時也是大統(tǒng)一理論數(shù)學(xué)計(jì)算中的重要概念,。 20世紀(jì)70年代,關(guān)于大統(tǒng)一理論的研究正蓬勃發(fā)展,,物理學(xué)界發(fā)現(xiàn)了自然界中有一種新的“超對稱性”,,雖然那時還并未找到這種超對稱性。但同時也有不如人意的事,,當(dāng)時的標(biāo)準(zhǔn)模型中具有幾十個可調(diào)實(shí)驗(yàn)常數(shù),這些常數(shù)都需要進(jìn)行微調(diào),,從而和我們物質(zhì)世界中包含的常數(shù)保持相同,。這些常數(shù)包括萬有引力常數(shù),,光速,精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù),,確定輕子和夸克的相互作用程度的常數(shù),。物理學(xué)家們認(rèn)為這難度過大,所以他們正在尋找一種更好的理論,,能夠使用更少的特殊常數(shù),,還有一個問題是,標(biāo)準(zhǔn)模型中不包括重力,。 當(dāng)時,,人們曾希望萬有引力能以某種方式融入到大統(tǒng)一理論當(dāng)中,但由于弦理論的出現(xiàn),,這一希望最終未能實(shí)現(xiàn),。因?yàn)橄依碚摓槲覀兲峁┝艘环N新方法----將萬有引力視為“量子場”。由于最流行的弦理論版本含有超對稱性,,因此它們被稱為超弦理論,。 超對稱性已經(jīng)發(fā)展成為許多理論里能夠統(tǒng)一包括引力在內(nèi)的所有四種相互作用力的關(guān)鍵概念,然而,,在歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)對其跡象進(jìn)行了5年的尋找之后,,仍然沒有發(fā)現(xiàn)它的蹤跡。標(biāo)準(zhǔn)模型就擺在那里,,但其中的強(qiáng)核力和電弱力可能無法進(jìn)一步統(tǒng)一,。
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