统一理论仍缺少引力

《上帝掷骰子吗》把物理统一分成几个层次。弱电统一把电磁力和弱相互作用放进同一套理论。大统一理论还想加入强相互作用。真正的万能理论还要处理引力，也就必须面对量子论与广义相对论之间的冲突。

书中关于强相互作用的介绍保留了汤川介子理论的历史视角。按照现代标准模型，基本强相互作用由量子色动力学（QCD）描述，胶子是色荷之间的规范玻色子。质子和中子之间的剩余核力可以用介子交换作有效描述，尤其常提到 π 介子，但介子不是 QCD 基本强相互作用的载体。两种尺度上的“强力”不能直接合成一句话。CERN 对标准模型载力粒子的介绍

书中先写弱电统一：

大家已经看到，在量子电动力学中，电磁力被描述为交换光子的结果。日本物理学家汤川秀树预言，强相互作用力和弱相互力作用必定也是类似的机制。只不过在强相互作用力中，被交换的不是光子，而是“介子”（meson），而弱相互作用力中交换的则是“中间玻色子”。这些预言不久后相继得到了证实，使得人们不免开始怀疑，这3种力其实本质上是一个东西，只不过在不同的环境下显得非常不同而已！特别是弱相互作用力，它的理论形式看上去同电磁作用力极其相似，当李政道与杨振宁提出了弱相互作用下宇称不守恒之后，这一怀疑便愈加强烈起来。终于到了20世纪60年代，美国人格拉肖（Sheldon Glashow）、温伯格（Steven Weinberg）和巴基斯坦人萨拉姆（Aldus Salam）成功地从理论上证明了弱作用力和电磁力的一致性，他们的成果被称为“弱电统一理论”，三人最终为此得到了1979年的诺贝尔奖。该理论所预言的3种中间玻色子（W＋，W-和Z0）到了80年代被实验所全部发现，板上钉钉地证实了它的正确。

他与 Sheldon Glashow、Steven Weinberg 因弱电统一理论共同获得 1979 年诺贝尔物理学奖。Abdus Salam 的诺贝尔奖资料

大统一理论仍然没有包括引力：

是啊，一定存在着那样一个终极理论，它可以描述所有的4种力，进而可以描述宇宙中所有的物理现象。这是上帝最后的秘密，如果我们能把它揭示出来的话，无疑就最终掌握了万物运作的本质。这是怎样壮观的一个景象啊，那时候，整个自然，整个物理就归于一个单一的理论之中。它的光辉普照，洒遍每一寸土地，再没有不可知的阴暗角落，哪个物理学家能够抗拒这伟大的目标呢？现在，戎马已备，戈矛已修，我们浩浩荡荡的大军终于就要出发，去追寻那个失落已久的统一之梦。

这样的理论被骄傲地称为“大统一理论”（Grand Unified Theory，GUT），自它被第一次提出以来，已经发展出了多个变种。但不管怎样，其目标都是统一弱相互作用力、强相互作用力和电磁力3种力，把它们合并在一起，包含到同一个框架中去。不同的大统一理论预言了一些不同的物理现象，比如质子可能会衰变，比如存在着磁单极子，或者奇异弦，但可惜的是，到目前为止这些现象都还没有得到确凿的证实。退一步来说，由于理论中一些关键的部分比如希格斯玻色子的假设到目前为止都尚未在实验中发现，甚至我们连粒子的标准模型也不能100%地肯定正确。不过无论如何，大统一理论是非常有前途的理论，很多人相信，它的胜利是迟早的事情，我们终将达到3种力统一的目标。

可是，虽然号称“大统一”，这样的称号却依旧是名不副实的。就算大统一理论得到了证实，天下却仍未统一，四海仍未一靖。人们怎么可以遗漏了那块辽阔的沃土——引力呢？GUT即使登基，他的权力仍旧是不完整的，对于引力，他仍旧鞭长莫及。天无二日民无二君，雄心勃勃的物理学家们早就把眼光放到了引力身上，即使他们事实上连强相互作用力也仍未最终征服。正可谓尚未得陇，便已望蜀。

万能理论还要处理引力：

物理学家有一个梦想，一个深深植根于整个自然的梦想。他们梦想有一天，深壑弥合，高山夷平，荆棘变沃土，歧路变通衢。他们梦想造物主的光辉最终被揭示，而众生得以一起朝觐这一终极的奥秘。而要实现这个梦想，就需要把量子论和相对论真正地结合到一起，从而创造一个量子引力理论。它可以解释一切的力，进而阐释一切的物理现象。这样的理论是上帝造物的终极蓝图，它讲述了这个自然最深刻的秘密。

爱因斯坦在他的晚年就曾经试图去实现这个梦想，在普林斯顿的那些日子里，他的主要精力都放在如何去完成统一场论上（虽然他对强力和弱力这两个王国还不太了解）。但是，爱因斯坦的战略思想却是从广义相对论出发去攻打电磁力，这样的进攻被证明是极为艰难而伤亡惨重的：不仅边界上崇山峻岭，有着无法克服的数学困难，而且对方居高临下，地形易守难攻，占尽了便宜。虽然爱因斯坦执著不懈地一再努力，但整整30年，直到他去世为止，仍然没能获得任何进展。今天看来，这个失败是不可避免的，广义相对论和量子论之间有一条深深的不可逾越的鸿沟，而爱因斯坦的旧式军队是绝无可能跨越这个障碍的。但在另一方面，爱因斯坦所不喜欢的量子论迅猛地发展起来，正如我们描述的那样，它的力量很快就超出了人们所能想象的极限。这一次，以量子论为主导，统一是否能够被真正完成了呢？

弦论是尝试把量子理论与引力放进同一框架的候选方向。原笔记还保存了下面两段：

这个模型在描述粒子的时候，它等效于描述一根一维的“弦”！这可是非常稀奇的结果，在量子场论中，任何基本粒子向来被看成一个没有长度也没有宽度的小点，怎么会变成了一根弦呢

更令人无法理解的是，如果弦论想要自圆其说，它就必须要求我们的时空是26维的！平常的时空我们都容易理解：它有3维空间，外加1维时间，那多出来的22维又是干什么的？

这里的 26 维说的是玻色弦理论的临界时空维数，不是超弦理论的条件。超弦理论通常要求 10 维时空。David Tong 的弦论讲义 原页面题为“超弦理论”，却把两者放在了一起，保留摘抄时需要把这个边界写明。弦论本身也仍是候选理论，没有得到直接实验确认。

其中“希格斯玻色子尚未发现”保留的是成书时的状态。ATLAS 和 CMS 已在 2012 年发现希格斯玻色子，CERN 仍将标准模型称为不完整的理论，因为它没有纳入引力，也没有解释暗物质等问题。CERN 对标准模型的介绍

——收入 书架 · 思维模型