萬物理論：物理學的最大願望

萬物理論是物理學家的偉大夢想之一。當然，有一些物理學家相信並尋求發展統一的物理理論，即以一致的方式統一已經建立的理論概念的物理理論。事實上，這個想法本身就是所謂的萬有理論，在這個範圍內，物理學中的所有基本相互作用都應該遵循同一組公理和基本方程式。因此，在萬有理論中，目前的物理理論實際上只是從其廣泛領域中提取的特殊案例。



然而，這個理論在物理學上仍然是一個遙遠的夢想，甚至可能是不可能被構思的。當然，也許大自然本身的運作並不受單一規則的指導。因此，目前對不同製度的理論描述實際上是建立我們的知識以及我們與自然相互作用的精確方式。



然而，無論如何，擁有這個理論的可能性本身就令人興奮，甚至是物理學史上偉大人物的願望。從這個 美國電話號碼 意義上說，我們MeuGuru 為您帶來了這篇文章，在這裡我們將討論這個可能的理論的一些細節，這將是當代幾位物理學家和一些老一輩物理學家的夢想和願望。



什麼是萬有理論？

首先，重要的是我們要有效地理解什麼是萬有理論。事實上，理論物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒 (John Archibald Wheeler) 在 20 世紀 60 年代推廣了「萬物理論」一詞，用來描述一種新的物理理論。事實上，萬有理論是物理學中的一個假設理論，旨在統一宇宙的基本定律。因此，它的目的是為所有基本的自然力（例如重力、電磁力和核力）提供單一而全面的解釋。



透過這種方式，這種理想化的理論將尋求一致地描述宏觀和微觀世界，將描述大尺度引力的廣義相對論與描述亞原子粒子行為的量子力學結合在一起。



事實上，萬有理論的提議足夠大膽，因為相對論（連續空間的幾何描述）與量子力學的結合有時是不可想像的。目前，一些物理學家和數學家試圖建立量子理論和重力理論的版本，但沒有成功。



愛因斯坦的夢與萬物理論

當然，儘管這個術語在 1960 年才開始流行，但物理學界的大人物們已經在試圖尋找這樣的理論了。事實上，像阿爾伯特愛因斯坦這樣的偉人在職業生涯中投入了很大一部分時間，試圖找到一個能夠統一所有基本力量的理論。







此外，物理學界另一位朝這個方向發展的偉人是物理學家史蒂芬‧霍金。事實上，霍金致力於研究黑洞（超大質量天體）的行為以及這些天體發射輻射的可能性。當然，霍金的計算在考慮事件視界附近的量子效應時表明，即使這些天體質量超大，甚至能夠吞噬其附近的光，也會發出給定的輻射，稱為霍金輻射。



因此，霍金輻射存在的概念標誌著量子效應開始引入由相對論描述主導的大尺寸範圍。隨後，進行了幾項研究，旨在改進和擴展霍金的成果，特別是類似引力模型的發展，甚至可以透過水中的聲粒子來驗證霍金輻射的模擬。



為什麼要統一物理定律？

簡而言之，萬有理論由我們在下表中呈現的四種基本交互作用的統一組成。



物理學中尋求透過萬有理論統一的基本交互作用表。

圖 1. 物理學中基本交互作用表。資料來源：來自作者。

我們有：



引力相互作用。這是宏觀物體中由於其質量而發生的相互作用。

電磁相互作用。這是由於電荷的存在及其運動而產生電磁場而發生的相互作用。

強核相互作用。它是所有相互作用中最強烈的，並且是設法維持存在和原子結構內聚性的相互作用。

弱核相互作用。它是比強核相互作用和電磁相互作用更小尺度的相互作用，並且僅在小尺度上發生，特別是僅在原子核內發生。它負責元素的放射性衰變。

從這個意義上說，理解為什麼統一這些交互作用對物理學具有巨大價值是很有趣的。事實上，這有幾個有趣的原因，特別是這種統一將提供對支配自然的力量的基本性質的更全面和綜合的理解。