歡迎閱讀科學認識論的《通俗數學100課》合集系列!
【第六課:萬有理論】
目前數學學困局有62種,此系列早已講過真空災變,引力量子化,暗物質粒子等烏云。后續這62種烏云我就會提到,這一系列我會漸漸更新,后續恐怕得更新好幾年。
在這種烏云中,最大的一朵只有一種。這也是本期內容的核心內容。在數學學烏云系列中,我會先從最大的一朵烏云講起,這樣大家就有了一個整體框架,然后更新的內容會在這個框架內舉辦。這樣學習上去會更系統,也更有效率。
回歸題外話,假如你對所有化學現象都不斷追問緣由,那最后的誘因一定是因果律失效的終極問題。反過來講,假如我們從這個終極問題出發,才能到達任何化學現象。
在科學史上,化學學家幾乎都秉持著簡單而統一的信念,化學學家在對待兩個表面上看上去毫不相關的自然現象總喜歡嘗試著統一高一物理天體運動知識點,找尋它們之間更深層次的共同緣由,逐漸迫近終極問題。
終極問題對應著終極理論。終極理論也就是萬有理論(ToE)
綜觀整個數學學史,正是因為我們仍然憧憬終極理論,才帶動了科學的發展。
早在17世紀,人們仍然以為天體運動和拋物運動是由不同的化學機制控制。
直至牛頓的出現,才將月球上物體運動和天體運動統一上去,我們才曉得天體運動和蘋果落地原先是由同一種力量控制。
1865年之前,人類其實早已曉得了吸鐵石的存在,也曉得雷電現象。并且絕對想不到吸鐵石和閃電有哪些相同之處。直至麥克斯韋等式組的出現,才將這兩種“毫不相關”的現象徹底統一上去,如今我們曉得,光,電,磁,物理反應這四種完全不同的現象,雖然都是由電磁作用導致的。
20世紀初,量子熱學的出現,統一了原子理論和牛頓熱學。
1905年,狹義相對論統一了質量和能量,時間和空間。
1915年,廣義相對論統一了時空和引力。
20世紀40年代,化學學家統一了電磁理論,狹義相對論和量子熱學,進而提出量子電動熱學。
20世紀60年代,弱力和量子電動熱學又被統一,產生了電弱理論。
現在,化學學學家一邊在統一強力和電弱理論,也就是大統一理論(GUT)。
另一邊,又在統一量子熱學和廣義相對論,也就是量子引力理論。
然后,量子引力理論將與大一統理論再度統一,也就是預期中的萬有理論!
所以就目前來說,化學學距離萬有理論還為潮流早!目前比較可能實現的則是大統一理論!
哪些是大統一理論?
大爆燃模型預測,宇宙中所有的粒子和四種基本斥力都起始于大爆燃之初的奇(qi)點。
在宇宙大爆燃的第一個頓時,也就是在第一個普朗克時間內,宇宙氣溫曾處于普朗克體溫。所有的力和物質都是同一種事物。
當宇宙的年紀超過第一個普朗克時間后,氣溫降到10^31攝氏度,時間為10^-35秒時高一物理天體運動知識點,數學規律才開始生效,這一階段引力率先與其他三種力脫離下來
當時間達到10^-32s時,氣溫降至10^26攝氏度。強力又脫離下來。
當時間達到10^-12s時,氣溫降至10^15攝氏度,能量為。弱力和電磁力再度脫離。至此,四大基本斥力全部完成分離。
大爆燃以后的宇宙平均氣溫逐漸減少,引力,強力,弱力和電磁力依次分離開來。
逆行推理,只要我們在粒子對撞機中不斷提升粒子撞擊時的能量和濕度,還能見到電磁力率先會合并弱力,再合并強力,最后合并引力。
然而目前的實驗裝置創造的能量和濕度,只還能見到弱力和電磁力的合并。還遠不足以達到合并強力和引力的程度。
所以,現階段我們只能完成弱力和電磁力的統一,也就是電弱理論。
然后電弱理論會嘗試統一強力,最終完成大統一理論。
但大統一理論假如要統一引力,則人工創造的氣溫須接近普朗克體溫,這對實驗來說,幾乎是不可能實現的。所以統一引力的理論須要避開這些幾乎難以完成的實驗,重新建立新的引力嘗試統一引力,例如量子引力理論和超弦理論。
超弦理論會成為終極理論嗎?
在弦理論中,基本粒子只是一個近似值,假如放大這種粒子,都會發覺它們都是由一根小弦構成的,這種弦有時打開,有時閉合。那些弦如同皮筋一樣,也存在張力,也可以震動。
就和鋼琴弦一樣,不同的震動形式可以形成不同的波。
假如震動形式不同,這么都會形成第一種波,第二種波,第三種波依次類推,不同震動的波在量子尺度上都會表現成不同類型的粒子。
通過弦理論的估算,有些弦震動出的結果像光子,有些弦震動像引力子。
假如我們相信,所有的基本粒子都是由更小尺度的弦構成,我們自然可以相信引力子也是由弦構成的。
然而弦理論是一種遭受非議,由于它不符合了“如無必要,勿增實體”的觀念。
有了弦理論,引力子是可以和標準模型融洽了,而且又形成了更多的問題暫時未能解決。
第一個問題,所有弦的震動都表現得像是玻骰子,例如光子和引力子!
然而我們的世界卻真實存在著像電子這樣的費米子,根據弦理論,所有震動模式的弦都難以生成費米子,這與客觀事實遵守!
第二個問題,在弦理論的預測中,會形成質量會虛的超光速粒子-快子?!翱熳印钡馁|量是一個正數的平方根。
第三個問題,我們感知到的宇宙是四維時空,是三個維度的空間加上第四維度的時間。而且弦理論卻只能適用于26維度的宇宙。弦理論適用的宇宙和我們真實的宇宙相差甚遠。
這三個問題引起超弦理論目前也停滯不前!
還有理論覺得,其實這個世界原本就沒有哪些萬有理論!
首先我們思索一下,數學理論的本質是哪些?
數學理論的本質無非就是對自然現象的歸納和總結,但并不能解釋自然現象為什么這么。
我們不生產現象,我們只是現象的歸納工。
假如自然現象本就是獨立的,而不存在一個可以延展出各類自然現象的最基本現象。
這么萬有理論就不可能成功。
由于萬有理論的意義就是將所有自然現象歸納到一個理論中,從這個最基礎的萬有理論出發,就可以解釋任何自然現象。
化學理論只能基于現象,假如現象本不這么,則理論則也該不這么。
最后,說一下我自己的看法,我覺得萬有理論可能永遠不會實現,由于真正意義上的萬有理論意味著數學學的停滯,我們僅基于一個理論就足以解釋宇宙中的所有現象,這是非常憤慨的。
自然規律還不足以可憐到人類僅有幾百年的時間就被完全把握了。
追求數學學的統一是探求宇宙的驅動力,而不是終點。我一直相信一句話:已知圈越大,未知圈就更大。