弦理论和四种作用力的统一

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1967 年，温伯格、萨拉姆和格拉肖建立了形式简洁和谐的弱电统一理论，预言了新的中间玻色子和夸克的存在。后来这些预言陆续为实验所证实。这一理论取得了惊人的成功，进而又激励物理学家试图把它和描述强相互作用的理论一一夸克理论(量子色动力学)结合为一种“大统一理论”。其中，弦模型被认为是最有希望的一种尝试。20 世纪 80 年代，夸克理论已经形成了对宇宙物质“基本粒子”家族比软一致的认识:6种不同“味道”的李克各有3 种不“颜色”。这18种夸克又有各自相应的反夸克，共有 36 种夸克。还有 12 种轻子，13 种中介粒子，包括传递强相互作用的 8种胶子，传递弱相互作用的3种中间玻色子，传递电磁相互作用的光子和可能存在的传递万有引力的引力子，归结起来，共有 61 种宇亩物质的“基元”。弦理论设想，它们都有极细微的“弦”的不同状态，“弦”才是更基本的字宙物质“基元”。物理学家们深信，解决宇宙演化和做观物质演化的统一，必须把 20 世纪物理学两大革命性成果一一量子论和广义相对论紧密地结合起来。这两大领域已经是被实验证实的成熟了的理论。但是当这种“大统一”的思路运用于 10”厘米的尺度以下时，空间“泡沫”却破坏了广义相对论所必须的空间光滑性的前提，从而导致发散的结果。通过施瓦茨、格林等科学家的努力，弦理论得到改进。这种被称为“宇宙的琴弦”的美妙理论，提出了一系列预言，如质子衰变、引力和电磁力之外的第三种长程力等都还没有被实验证明，但理论的优美与和谐已经使人想到“第三次科学革命”的来临。格林说:“物理学家坚信，不论关于大事物的定律还是小事物的定律，都应该结合成一个和谐的整体。他们怀着这样的坚定信念孜孜不倦地追寻着隐蔽的统一理论。追寻还远没有到头，但通过超弦理论和从它演化而来的 M理论，一个融合量子力学、广义相对论以及强弱和电磁力统一的强有力的框架终于出现了。”物理学家们大都认为，追寻宇宙的统一理论，是爱因斯坦一生工作的延续格林引述爱因斯坦对自己追寻宇宙基本定律心路历程的回顾:“那仿佛是在黑暗中摸索前行，怀着强烈的渴望，有过信心，也有过动摇和疲惫，但最终见到了光明。”