一事无成的爱因斯坦晚年

天才=爱因斯坦

1905年,爱因斯塔发表了关于光电效应、布朗运动、狭义相对论以及质量和能量关系的四篇论文,在四个不同的物理学领域中创造了历史性的成就,他的论文让1905年成为了“爱因斯坦奇迹年”

1915年,爱因斯坦发表了广义相对论,接着又在量子力学领域取得非凡的成就,他在相对论与量子力学上的理论,直接成为了现代物理学的两大支柱,从“爱因斯坦”这个词成为了“天才”的同义词。

爱因斯坦在普林斯顿时期尝试找出一种新的理论,用来驳斥哥本哈根诠释,不过这一次奇迹没有延续,爱因斯坦在新理论上栽了跟头,爱因斯坦与当时主流的物理学研究方向渐渐脱节了

爱因斯坦逝世之前,他都没有在新理论的研究上找到突破口,在新理论上碰壁的物理学家也不只爱因斯坦一人,从20世纪20年代,爱因斯坦展开研究开始,一直到今天,近百年的时间中,所有物理学家都失败了

如同鬼魅一般的新理论

爱因斯坦一直认为,在自然科学中存在一个“统一”的理论,人们可以用一个简洁美妙的公式,作为宇宙中的一个最基本的法则

当爱因斯坦提出相对论之后,他就一直致力于寻找大统一理论来解释物质之间所有的相互作用。

现在我们知道,世界上存在四种基本作用力——引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力,但是在当时,爱因斯坦还不知道强、弱相互作用力,他只是想把引力和电磁力统一起来,不过,就算只有两种力,他也失败了。

要说谁是20世纪物理学界的“天降紫微星”,恐怕没有人会反对将这个殊荣颁给阿尔伯特·爱因斯坦。天才=爱因斯坦1905年,爱因斯塔发表了关于光电效应、布朗运动、狭义相对论以及质量和能量关系的四篇论文,在四个不同的物理学领域中创造了历史性的成就,他的论文让1905年成为了“爱因斯坦奇迹年”。1915年,爱因斯坦发表了广义相对论,接着又在量子力学领域取得非凡的成就,他在相对论与量子力学上的理论,直接成为了现代物理学的两大支柱,从“爱因斯坦”这个词成为了“天才”的同义词。

爱因斯坦在普林斯顿时期尝试找出一种新的理论,用来驳斥哥本哈根诠释,不过这一次奇迹没有延续,爱因斯坦在新理论上栽了跟头,爱因斯坦与当时主流的物理学研究方向渐渐脱节了。

爱因斯坦逝世之前,他都没有在新理论的研究上找到突破口,在新理论上碰壁的物理学家也不只爱因斯坦一人,从20世纪20年代,爱因斯坦展开研究开始,一直到今天,近百年的时间中,所有物理学家都失败了。

如同鬼魅一般的新理论爱因斯坦一直认为,在自然科学中存在一个“统一”的理论,人们可以用一个简洁美妙的公式,作为宇宙中的一个最基本的法则。

当爱因斯坦提出相对论之后,他就一直致力于寻找大统一理论来解释物质之间所有的相互作用。

现在我们知道,世界上存在四种基本作用力——引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力,但是在当时,爱因斯坦还不知道强、弱相互作用力,他只是想把引力和电磁力统一起来,不过,就算只有两种力,他也失败了。

大统一理论是万物理论的“第一级台阶”,如果能将四种力统一起来,那么物理学家们就能以此为基础,构建一个具有总结性、一致性的物理理论框架,从而解释宇宙中所有的物理奥秘。

万物理论的困境现在,万物理论已经有了两种理论框架,它们的名字你肯定听说过,就是广义相对论与量子场论,也就是说,现代物理学发展了那么几十年,现在就差临门一脚,只要把二者结合起来就能构建起一个完美的、统一的框架了。

然而,问题就出现在这最后一步,物理学家们发现,广义相对论与量子场论不相容。

怎么描述这种不相容呢?首先我们需要知道,两种理论分别在各自的领域内做出的预测,几乎都能被实验复现和证明,也就是说,这两种理论分开来看,都是正确的。

然而,当一些客观的特殊情况出现时,用两种理论得到的结果竟然无法同时正确,它们需要分开使用,而不能一起解释同一个现象,比如两者在重整化方法上的矛盾。

还有一个重要的分歧在于统一四个基本作用力,在这些力中,唯独引力无法量子化,量子力学成功解释了电磁力、强力与弱力的量子行为,却很难将引力纳入自己的范畴,这让两种理论的结合造成了困难。

不能解决的困难这种困难还非常难以解决,因为量子引力所需要的能量以及尺度,是目前世界上任何一个实验室都无法满足的,就算使用最先进的粒子对撞机,人类也缺乏足够大的空间以及足够猛的能量。

爱因斯坦在寻找新理论时认为,这样的理论应该满足:

不涉及量子效应或概率性;不涉及任何物质或能量;它不依赖于任何特定的坐标系或观测者;不含有任何任意性或调节参数。

然而在爱因斯坦那个年代,强力与弱力的基本概念都尚未形成,他的努力已经超过时代水平太多,无论他怎么努力,他都不可能敲开大统一理论的大门。

但是,大统一理论的研究是有必要的,无数的物理学家在为之努力,在所有理论假设中,超弦理论是最有希望将四种作用力统一起来的理论了。

超弦理论简单来说,超弦理论的认为在低维世界中表现成四种不同的作用力,在高维世界中则是一种物质的统一,所有基本粒子都是弦的不同振动激发态。

虽然超弦理论是目前最接近大统一理论的猜想,不过要想验证这个猜想,还是得使用超大的粒子对撞机。

大统一理论究竟是怎么样的,还是只能期待未来的物理学家怎么解答了。

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