導讀：大統一理論（grand unified theories，GUTs），簡稱GUT，又稱為萬物之理，由於微觀粒子之間僅存在四種相互作用力，萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。理論上宇宙間所有現象都可以用這四種作用力來解釋。通過進一步研究四種作用力之間聯絡與統一，尋找能統一說明四種相互作用力的理論或模型稱為大統一理論。

你相信大統一理論成立嗎？為什麼相信？為什麼不相信？ 下面的文章，是關於相信大統一理論存在的說明。

那麼是怎麼發展的呢？按美國物理學家史蒂文·溫伯格的說法，在五六十年代粒子物理學產生了三個“出色的想法”：

1、蓋爾曼的夸克模型。

2、1954年楊振寧和羅伯特·米爾斯將規範對稱性推廣至非阿貝爾群（楊-米爾斯理論）來解釋強相互作用和弱相互作用。

3、自發對稱性破缺（希格斯機制）。

二十世紀六十年代，人們對這些發展之間的聯絡有了更深刻的理解，謝爾登·格拉肖開始了將電磁理論和弱相互作用理論統一起來的嘗試。1967年，溫伯格和巴基斯坦物理學家阿卜杜勒·薩拉姆試圖在楊-米爾斯理論的基礎上將規範場論應用到強相互作用，但仍然遇到了楊-米爾斯理論無法解釋粒子的靜止品質在規範理論中為零及不可重整化等問題。

後來溫伯格在反思中發現可以將規範場論應用到格拉肖的電弱理論中，因為在那裡可以引入自發對稱性破缺的希格斯機制，希格斯機制能夠為所有的基本粒子賦予非零靜止品質。結果證明這一理論非常之成功，它不僅能夠給出規範玻色子的品質，還能給出電子及其他輕子的品質。特別地，電弱理論還預言了一種可觀測的實標量粒子——希格斯玻色子。這個在2013年被發現了。

電弱理論的成功重新喚起了人們對規範場論的研究興趣，1973年，美國物理學家戴維·格婁斯和他的學生弗朗克·韋爾切克，以及美國物理學家休·波利策發現了非阿貝爾規範場中的漸近自由性質。而他們也給出了對於觀察不到靜止品質為零的膠子的解釋：膠子如同夸克一樣，由於色荷的存在而受到色禁閉的約束從而無法獨立存在。在統合了電弱理論和量子色動力學的基礎上，粒子物理學建立了一個能夠描述除引力以外的三種基本相互作用及所有基本粒子（夸克、輕子、規範玻色子、希格斯玻色子）的規範理論——標準模型。就是上面提到的SU(3) × SU(2) × U(1)的規範場論。至此強力，弱力，電磁力就聯絡起來了。但引力還是沒有納入到標準模型中。

大家看一下下面這個圖，然後我通俗的來解釋一下。當然我的水平有限，希望大家多補充。而且我建議大家去看看我在《見微知著》中第四章《量子力學發展史》，把整個量子力學的發展脈絡過一遍，你會有更深的印象。而且你去看了之後，你會發現，玩物理真的不是一件簡單的事情。所以我一直說我自己，是葉公好龍。真正的用數學語言，去挖掘量子物理世界的能力，我是沒有的。我一直是承認這一點的。

不過對於後來者，你通過這些你就可以知道，自己需要具備哪些能力，才能試著去完成這個理論。大概是這麼三塊。

1、初中到大學的高數要懂。

2、初中到大學的高等物理要懂，這塊包括的內容很多的，稍有遺漏，可能連線不上。

3、還是學一下系統的哲學，提高哲理思維，培養你的思維方向能力或者說思維敏感度。這樣的話，你會知道，哪些想法是比較可靠的，哪些想法是虛的。比如說弦理論和M理論被譽為是極可能成為大統一理論的候選者。但我卻認為很難的，其中最重要的一點，就是該理論都是高維度空間理論。而高維度空間理論難以想象，不可想象的哲學導向就是該理論過於虛擬。難以在現實世界發揮作用。也就是說不具有嚴格的邏輯導向。高維度理論或可以解釋很多現象，但會帶來更多的問題。我們會得不償失。所以我倒提示，該理論的空間維度描述，應該回到與標準模型一致。

大家看看下面的這個圖，可以一目了然的了解大統一理論的方向。

電學和磁學統一為 U(1)理論；電磁學和弱相互作用統一為弱電理論，即 SU(2) × U(1)。而強相互作用和弱電相互作用統一為標準模型理論。在它旁邊，就是孤零零的引力了。如何將引力和標準模型統一，就是現在大統一理論發展的瓶頸了。而正是這個瓶頸不好破，才有人提出走另一條路，從而誕生了弦理論，M理論，F理論等等。

再看看下面的簡單例舉：

1、四種基本力

電磁力 = Electromagnetism；萬有引力 = Gravitation；

強作用力 = Strong Interaction,Strong Nuclear Force；

弱作用力 = Weak Interaction.

2、力的統一：

電場力 + 磁場力 = 電磁力

電磁力 + 弱作用力 = 弱電相互作用

弱電相互作用 + 強相互作用 = 標準模型規範場論

規範場論+ 萬有引力 = 萬有理論

3、力的作用距離：

電磁力 ≈ 無窮遠；萬有引力 ≈ 無窮遠；

強作用力 ≈ 10^(-15)米；弱作用力 ≈ 10^(-18)米.

4、力與作用距離的關係：

電磁力 ∝ 1/r²；萬有引力 ∝ 1/r²；

強作用力 ∝ 1/r^7；弱作用力 ∝ 1/r^(5~7).

5、作用媒介：

電磁力 ：光子(已經發現)；萬有引力 ：萬有引力子(尚未發現)；

強作用力 ：膠子(已經發現)；

弱作用力 ：W 及 Z 玻色子(W±,Z0)(已經發現)。

6、力的強度：

電磁力 ：1036；萬有引力 ：1；

強作用力 ：1038；弱作用力 ：1025。

7、理論現狀：

電磁力 ：非常成熟。 萬有引力 ：非常成熟；

強作用力 ：不太成熟；弱作用力 ：不太成熟；

弱電相互作用：不成熟；大統一場論：很不成熟；

萬有理論：很不成熟。

這個時候，就有一個很明顯的問題，那就是為什麼引力不能納入到標準模型的規範場論中。你怎麼回答這個問題？

引力不能納入標準模型最重要的原因是引力量子化的實施會帶來一些非物理的結果。具體你可以從以下幾個方面理解。

1、如果我們承認不存在無理由的作用，那麼引力子理論就是可以想象的。可是引力子沒有被發現。倘若被發現了，那麼是不是就非常好了。通過引力子理論，就可以納入到標準模型了。而不需要“引力量子化”這種操作了。

2、第二點是我們以為引力理論非常成熟了，但其實還不成熟。牛頓引力理論是正確的，愛因斯坦理論也是正確的，我們通常說，他們適用於不同的範圍。這種說法是沒有錯的，但為什麼兩種引力理論差別如此之大。牛頓引力理論可以看做是近似“線性的”，而愛因斯坦引力理論是“非線性的”，要得一個解都非常困難。更別說通過愛因斯坦場方程去計算某兩個物體之間的引力。包括現在發射火箭啊，人造飛船等等，都是用牛頓引力理論來計算數值的。

由此值得去細細思考的東西特別多。比如說庫倫定律和牛頓引力定律如此相似，是偶然嗎？在比如說慣性定律和楞次定律，又如此相似，是偶然嗎？然後引力品質和慣性品質相等，是偶然嗎？肯定不是偶然啊。但我們現在沒有完全弄懂這些關係之間的祕密。那麼談何去將引力納入到規範場論中。

不是說量子力學和引力完全沒有關係，搭不上邊，肯定是能搭上的。任何物體，粒子都必須受到引力的影響。你比如說狄拉克方程其實就具有相對論性。

我們知道了量子電動力學起源於1927年保羅·狄拉克將量子理論應用於電磁場量子化的研究工作。他將電荷和電磁場的相互作用處理為引起能級躍遷的微擾，能級躍遷造成了發射光子數量的變化，但總體上系統滿足能量和動量守恆。

狄拉克成功地從第一性原理匯出了愛因斯坦係數的形式，並證明了光子的玻色-愛因斯坦統計是電磁場量子化的自然結果。現在人們發現，能夠精確描述這類過程是量子電動力學最重要的應用之一。

另一方面，狄拉克所發展的相對論量子力學是量子電動力學的前奏，狄拉克方程作為狹義相對論框架下量子力學的基本方程，所描述的電子等費米子的旋量場的正則量子化是由匈牙利-美國物理學家尤金·維格納和約爾當完成的。狄拉克方程所預言的粒子的產生和湮沒過程能用正則量子化的語言重新加以描述。

而廣義相對論作為引力理論，是建立在狹義相對論之上的，所以引力理論無論從巨集觀還是微觀上來講，都無法從標準模型中踢出去。也就是說引力納入標準的模型的路是存在的，是我們沒有發現這個聯絡。

3、引力不能納入到標準模型中，對於初學者來說有兩層意思。是牛頓引力理論不能納入標準模型？還是廣義相對論不能納入標準模型？當然是後者，我們在各種報道中，並沒有看到說要講牛頓引力納入到標準模型中去。原因是什麼？很明顯是因為牛頓理論的時空是絕對的，靜止的。這樣的理論談不上，波動性，重整化，量子化等“量子”性詞彙，那麼如何納入呢？顯然就陷入了尷尬之地。

可後者就不尷尬嗎？當然也尷尬，就是引力量子化困難重重。最大的問題是廣義相對論的理論時空背景是彎曲的，認為時空彎曲產生引力。這其實是一個難以想象的現象，但現在被廣為接受。我在本書中，就此說過，不贊同這個解讀。我更傾向於時空產生引力，是一種時空性質。那麼引力量子化就可以不考慮背景彎曲問題。

就是說側重點，在於了解時空性質，能量互動方面來了解引力，完成引力與量子力學的融合。

我是從引力品質和慣性品質嚴格相等，來開始推理的。即我說引力是慣性的源泉。基於此，展開一系列推理。認為時間，空間，物質是一體的。品質的定義和時間的定義都需要相對論性的定義。如此說，我並不是在推翻或者駁斥愛因斯坦理論，恰恰是對他理論的支援和推廣。因為我是相信相對論的正確性的。它經受住了嚴格實驗，我沒有理由去反對它。而且我對於相對論的四個成立條件，都是滿意的。現在沒有哪個實驗可以證明說光速不是上限，或者等效原理不成立。沒有這樣的實驗。那麼我們為什麼不相信相對論呢。

相信它，和如何解讀它，是不一樣的。所以我認為在理解相對論方面，我們可能理解錯了，甚至說創立理論的人，也並沒有徹底理解他所創立的理論。

愛因斯坦以天才般的能力和想象創立了廣義相對論，但該理論得出一個解非常難。我介紹過幾個解。我們對於一個引力理論的理解都這麼生澀，也是該理論無法和標準模型理論融合的一個原因。

那麼另一個問題，就是出來了，如何才能將引力納入到標準模型之中。問題的答案，其實就在問題當中。上面這些問題無法解決，可能大統一理論的到來，還很遙遠。

但我們可以想想目前的方向和工具。方向呢？主要從量子化和波動互動來著手。有力的工具，就是希格斯場，希格斯粒子，楊米爾斯場和方程，對稱破缺理論，真空理論，混沌理論。因為希格斯場是能量轉換為具體品質粒子的平臺。而這個與引力和其他三種力都密切相關，可以說是重中之重。

因為在科學家看來，希格斯場與物理學中其它場之間存在顯著不同。其它場都存在強度的變化，並且在其最低能級時強度降為零。但希格斯場並非如此。即便你將空間徹底清空，你永遠無法清除希格斯場，它無法被關閉，它永遠鬼魅般的存在著。但我們不會注意到它，它就像空氣對於我們，水對於魚兒們一樣自然。但是離開了它我們卻將不復存在，因為正是藉助於與這一場之間的相互作用，粒子才獲得了品質。正是這一過程讓原子和分子的形成成為可能。如果希格斯場突然消失，所有物質都將瞬間崩潰解體，因為在這一瞬間沒有品質的電子將會以光速從原子中逃逸。

我相信你看完之後，就明白了，看似繁榮的物理學，還是籠罩中迷霧之中。天空上何止兩朵雲，有太多的烏雲了。所以問題不會有最後一個。但我還是相信，大統一理論是存在的，也能夠被建立起來和完善起來。甚至在我有生之年，我可以看到的。就像我看到了美國“洞察號”探測器登陸火星，而且這是人類的第八次壯舉。我們一定會走的越來越遠。

但無論我們走到哪裡，都要銘記自己從哪裡來。永不迷失自己，是我們能夠走的更遠的前提。

我一直在強調，與其說我寫了這兩本科普書籍，不如說這些是哲理書籍。可以帶你思考和想象諸多無窮奇妙的東西。

2018年11月28日最新補增。

摘自獨立學者，作家，國學起名師靈遁者科普書籍《變化》