題記：這是第一個(gè)物理問(wèn)題，下面我們來(lái)看這個(gè)問(wèn)題：

Can the Laws of Physics Be Unified？物理定律能否最終統(tǒng)一？

1955年4月18日深夜1點(diǎn)15分左右，美國(guó)普林斯頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院內(nèi)，舉世矚目的德國(guó)物理學(xué)家，《相對(duì)論》的創(chuàng)始人阿爾伯特·愛(ài)因斯坦離開(kāi)人世，享年76歲。這位在物理學(xué)界曾引起思想革命的偉大物理學(xué)家，在臨終的時(shí)候用德語(yǔ)對(duì)著只懂英語(yǔ)的助理護(hù)士說(shuō)了最后一句話，而這句話因?yàn)闊o(wú)人聽(tīng)懂而轉(zhuǎn)瞬即逝，成為他留給這個(gè)世界的最后一個(gè)迷？對(duì)于這句話的猜測(cè)曾經(jīng)有很多版本，而根據(jù)愛(ài)因斯坦最后一直致力于統(tǒng)一場(chǎng)論的研究和最后將自己的最新研究成果付之一炬的事實(shí)，一個(gè)關(guān)于統(tǒng)一場(chǎng)論版本的最后遺言是這樣的： '哦，上帝，大概是我錯(cuò)了，物理定律本質(zhì)上其實(shí)是無(wú)法被統(tǒng)一的'。

以上的故事的最后一句當(dāng)然是杜撰，關(guān)于物理定律的統(tǒng)一性其實(shí)就是一個(gè)夢(mèng)想，一個(gè)被很多科學(xué)家當(dāng)作必然追求并延續(xù)至今的夢(mèng)想，因?yàn)檫@代表著人類對(duì)這個(gè)客觀世界所有的規(guī)律的一個(gè)思想歸宿：統(tǒng)一一定存在，而我們只需要找到它。這就是我們今天要談?wù)摰膯?wèn)題：物理定律能否被最終統(tǒng)一？

人類周圍的客觀世界，充滿了各種紛繁復(fù)雜的物質(zhì)和現(xiàn)象，然而人類總可以在這些復(fù)雜事物的背后發(fā)現(xiàn)某種普適的東西，這就是物理規(guī)律。在客觀世界中不斷被發(fā)現(xiàn)的一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的物理規(guī)律對(duì)我們?nèi)祟悂?lái)講，其實(shí)就是最大限度地消除了這個(gè)世界的表觀復(fù)雜性。比如面對(duì)地球上經(jīng)常出現(xiàn)的閃電、摩擦絲綢的放電，在地殼中找到的磁石、抬頭看見(jiàn)的極光、發(fā)生在自然界的各種光學(xué)現(xiàn)象，光線在水中的折射和在鏡面上的反射等等現(xiàn)象，面對(duì)這些復(fù)雜的現(xiàn)象人類最后總結(jié)出四個(gè)簡(jiǎn)單的方程，我們現(xiàn)在稱之為麥克斯韋方程。人們驚奇地發(fā)現(xiàn)所有這些經(jīng)典的電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象竟然都遵從這四個(gè)方程所給出的規(guī)律（電磁的統(tǒng)一）。麥克斯韋方程從形式上來(lái)看，本身就展現(xiàn)著美，因?yàn)榉匠讨刑N(yùn)藏著令人驚異的對(duì)稱性，無(wú)論從數(shù)學(xué)符號(hào)和彼此關(guān)系的對(duì)應(yīng)上，還是在某種變換下保持的不變性上，麥克斯韋方程都顯得非常完美，而這種美就如同莎士比亞的十四行詩(shī)對(duì)詩(shī)人一樣，總讓人充滿贊嘆。

面對(duì)這個(gè)世界大大小小各種形態(tài)的物質(zhì)的時(shí)候，其實(shí)人類很早就想知道這些物質(zhì)到底由什么構(gòu)成。首先人們發(fā)現(xiàn)，自己吃的是大米，但為什么長(zhǎng)出了頭發(fā)和指甲，對(duì)這類現(xiàn)象的思考，古希臘人就提出用原子的概念去解釋這些現(xiàn)象。后來(lái)人類不斷用“撞擊粉碎物質(zhì)”的方法發(fā)現(xiàn)了組成物質(zhì)的非常多的粒子，研究這些不同種類粒子的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)變便構(gòu)成了粒子物理學(xué)，直到今天，粒子物理學(xué)形成了一個(gè)稱之謂標(biāo)準(zhǔn)模型的理論框架。這個(gè)理論框架從表面看起來(lái)已經(jīng)相當(dāng)完美，但它依然是一首沒(méi)有最后完成的“詩(shī)詞”。盡管標(biāo)準(zhǔn)模型有些地方依然支離破碎，有些地方仍然沒(méi)有最后完成，但它無(wú)疑是物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)杰出的作品，因?yàn)樗诤芨叩木壬峡梢杂脕?lái)描述所有構(gòu)成物質(zhì)的粒子和這些粒子之間所存在的基本力。這些基本的模塊包括：強(qiáng)相互作用力，用來(lái)解釋夸克如何粘在一起形成質(zhì)子和其他的復(fù)合粒子（描寫(xiě)強(qiáng)相互作用的理論被稱為量子色動(dòng)力學(xué)QCD）；弱相互作用力，用以解釋帶電的基本粒子如何改變它們的'味道'（味的身份種類，描寫(xiě)弱相互作用的理論被稱為量子味動(dòng)力學(xué)QFD）；電磁力，用來(lái)描述所有帶電物體之間的相互作用（描寫(xiě)電磁相互作用的理論被稱為量子電動(dòng)力學(xué)QED）。盡管標(biāo)準(zhǔn)模能全面地描述所有微觀基本粒子和它們之間的作用力，但它依然還是一件缺少某些基本碎片的絕美瓷器，在這些缺失的陶瓷碎片里有一些就應(yīng)該是用來(lái)描寫(xiě)萬(wàn)有引力的。標(biāo)準(zhǔn)模型的這些模塊和碎片預(yù)示著一個(gè)更為偉大的理論，這就好比是人們發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)古時(shí)期殘缺不全的莎草紙上莎孚（古希臘的女詩(shī)人）寫(xiě)下的幾行詩(shī)句，背后暗示的是一件更加宏大的作品。

標(biāo)準(zhǔn)模型的美來(lái)自其簡(jiǎn)潔的對(duì)稱性。用數(shù)學(xué)家的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)模型的不同模塊展現(xiàn)了SU(3)×SU(2)×U(1)的李代數(shù)結(jié)構(gòu)（規(guī)范群）。雖然標(biāo)準(zhǔn)模型的每一個(gè)模塊都能表現(xiàn)出某種對(duì)稱性，但整體的對(duì)稱性卻必須是破缺的。標(biāo)準(zhǔn)模型內(nèi)不同力性質(zhì)上的微弱差別（百分之幾的差別）其實(shí)就對(duì)應(yīng)于它們具有稍微不同的對(duì)稱性。

然而這些力性質(zhì)的不同可能只是一種表象。例如電磁力和弱相互作用力表面看來(lái)截然不同，但上個(gè)世紀(jì)六十年代（1960s）物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)在高溫（高能）的條件下這兩種力其實(shí)是一致的。電磁力和弱力的這種統(tǒng)一性就如同冰和水一樣，我們都知道冰在高溫的時(shí)候其實(shí)就是水。電弱力之間的這種聯(lián)系讓物理學(xué)家想到是不是強(qiáng)相互作用也能夠在某種條件下和另外兩種力統(tǒng)一起來(lái)，這就產(chǎn)生了一種建立在單一對(duì)稱群上的大統(tǒng)一理論（GUT），例如建立在SU（5）對(duì)稱群上的大統(tǒng)一理論（1974年Georgi–Glashow model）。

萬(wàn)有引力是一個(gè)非常難以統(tǒng)一的力。描寫(xiě)宏觀萬(wàn)有引力的理論，如廣義相對(duì)論，是建立在時(shí)空連續(xù)和平滑的基礎(chǔ)上的，而描寫(xiě)微觀原子或亞原子的理論卻本質(zhì)上是不連續(xù)和量子化的（用各種量子數(shù)描述）。萬(wàn)有引力和量子理論的這種嚴(yán)重的沖突使得至今沒(méi)有人可以用一個(gè)令所有人信服的理論將強(qiáng)力、弱力、電磁力和引力統(tǒng)一在一個(gè)框架下。但是盡管如此，許多物理學(xué)家還是做了進(jìn)一步的嘗試，而其中一個(gè)最有希望的理論就是超弦理論。

超弦理論有非常多的追隨者，因?yàn)檫@個(gè)理論可以用一個(gè)單一的對(duì)稱群（例如超弦理論的一個(gè)分支采用SO(32)對(duì)稱群）把所有的力都統(tǒng)一在一個(gè)框架下。但是這個(gè)理論卻要求我們生活的宇宙是10維或11維的，還需要引入很多未被發(fā)現(xiàn)的粒子以及預(yù)言了一些看起來(lái)從來(lái)都不可能被驗(yàn)證的理論結(jié)果。所以我們現(xiàn)在面臨的情況是我們有幾十種大統(tǒng)一的理論，而如果其中有一個(gè)理論可能是正確的話，科學(xué)家也沒(méi)有任何辦法去確定是哪一個(gè)?；蛘叻催^(guò)來(lái)說(shuō)，科學(xué)家努力追求的統(tǒng)一場(chǎng)論會(huì)不會(huì)就是一個(gè)傻子的美好愿望。

—CHARLES SEIFE