在幾百年前也就是科學(xué)還不怎么進(jìn)步的年月，人們經(jīng)常會(huì)對(duì)一些常見(jiàn)的事兒感到困惑，古人沒(méi)法理解，閃電、星星、疾病、磁力、甚至沒(méi)法理解我們自己，這個(gè)世界仿佛充滿了各種神秘的事，強(qiáng)大的力量和怪異的動(dòng)物，它們都超出了人類的理解范圍，在最近這些年呢，這種困惑被一種強(qiáng)大的信心所替代了，我們自以為了解了周圍的世界，這對(duì)于人類的歷史來(lái)說(shuō)還是相當(dāng)信心的，基本上不會(huì)在日常生活中遇到非常神秘的事，幾乎沒(méi)見(jiàn)過(guò)讓你覺(jué)得完全沒(méi)法解釋的事，閃電也好，星星也好，疾病也好，磁力也罷，你知道這些背后是自然規(guī)律，這些事物本身十分復(fù)雜，令人敬畏，但它們都會(huì)受到物理定律的約束，事實(shí)上迷茫而找不到解釋的體驗(yàn)是非常珍貴的，我們寧愿花錢去再感受一次，也正因?yàn)槿绱耍g(shù)表演才顯得特別有意思。

除了理解，我們還能掌控身邊的事物，我們可以定期讓重達(dá)400噸的飛機(jī)飛越大洋，可以控制芯片中幾十億晶體管的量子力學(xué)效應(yīng)。仔細(xì)想一想，我們真的生活在一個(gè)布滿奇跡的時(shí)代，我們這么善于解釋現(xiàn)實(shí)世界中的大趨勢(shì)和小細(xì)節(jié)，這是否意味著我們已經(jīng)知道了一切呢？我們的理論解釋得了萬(wàn)事萬(wàn)物嗎？你應(yīng)該已經(jīng)想到了答案，當(dāng)然是——不。

我們?nèi)祟愡€有太多的事沒(méi)有答案，我們對(duì)宇宙中到處都是的東西也就是暗物質(zhì)，以及超強(qiáng)的能量也就是暗能量，幾乎是一無(wú)所知，我們的控制力只存在于宇宙中的一個(gè)小小的角落，被浩瀚而無(wú)知的大海環(huán)繞著，我們要面對(duì)這個(gè)事實(shí)，我們理解周圍世界卻對(duì)宇宙一無(wú)所知，我們連發(fā)現(xiàn)終極理論也就是“萬(wàn)物之理”還有多遠(yuǎn)，有沒(méi)有這樣的理論存在呢？它是不是可以解釋宇宙中所有的謎團(tuán)呢？要討論這個(gè)問(wèn)題，我們就得聊聊——“萬(wàn)物之理”。

“萬(wàn)物之理”概念

簡(jiǎn)而言之，“萬(wàn)物之理”就是對(duì)時(shí)空以及宇宙中所有物質(zhì)、所有能量和所有的力，最深入最簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)描述，這個(gè)定義中包含了物質(zhì)，因?yàn)檫@個(gè)理論必須能夠描述構(gòu)成宇宙一切的事物，這個(gè)定義中還包含了力，因?yàn)槲覀儾幌Ｍ@個(gè)理論僅僅描述惰性的物質(zhì)團(tuán)塊，我們想要知道物質(zhì)是如何相互作用的，以及萬(wàn)物之理它能做到什么，在這里還包含了空間和時(shí)間，因?yàn)槲覀冎肋@兩個(gè)概念都在某種程度上具有延展性，并且影響著宇宙中的物質(zhì)和力，同時(shí)它們也受物質(zhì)和力的影響，最重要的是我們需要這個(gè)理論，非常簡(jiǎn)潔非常的深入，因?yàn)槲覀兿Ｍ鼘?duì)宇宙進(jìn)行最本質(zhì)的合理的描述，它應(yīng)該是不可以再簡(jiǎn)化的，梗概性的，換句話說(shuō)，它應(yīng)該是用盡量少的變量以及盡量少的沒(méi)有經(jīng)過(guò)解釋的常數(shù)，而且它應(yīng)該能在最小的尺度上描述整個(gè)宇宙，我們想要找到構(gòu)成萬(wàn)事萬(wàn)物的最小的粒子，我們還想知道讓它們組合在一起的最根本的機(jī)制是什么。我們生活在一個(gè)像“洋蔥”一樣的宇宙當(dāng)中，這樣說(shuō)是因?yàn)樗怯珊芏嗖煌膶哟螛?gòu)成的，比如說(shuō)原子擁有由質(zhì)子和中子組成的原子核以及圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)的電子，你可以看到很多地方都畫著這樣一張圖，就是中間一個(gè)圓圈，周圍很多小圓球圍著它轉(zhuǎn)，這個(gè)就是最廣為人知的一個(gè)科學(xué)模型，很多地方都用這個(gè)圖來(lái)代表科學(xué)，提出這個(gè)模型是一個(gè)非常了不起的成就，我們這樣說(shuō)不僅僅是因?yàn)檫@個(gè)模型本身很出名，還因?yàn)樗馕吨祟惒辉賹⒃赢?dāng)做物質(zhì)的基本單位，人類由此明白了一個(gè)更深的道理，物質(zhì)可能是由更小的粒子構(gòu)成的。

在這些比原子還小的部件里，有一些實(shí)際上是由更小的部分構(gòu)成的，比如說(shuō)質(zhì)子和中子是由夸克構(gòu)成的，在這種尺度下微粒的運(yùn)動(dòng)方式也和我們所料想的完全不一樣，事實(shí)和我們的想象差的非常的多，電子質(zhì)子和中子不是聚集在一起相互環(huán)繞，擁有堅(jiān)硬表面的小圓球，它們是由波定義受不確定性支配的模糊不清的量子粒子，但是這些觀點(diǎn)只在某種程度上成立，比如原子像彈球，這個(gè)有助于理解氣體原子怎樣在一個(gè)容器里橫沖直撞，比如說(shuō)原子是被電子環(huán)繞的緊密粒子團(tuán)，這個(gè)有助于你理解元素周期表里的元素，新的量子粒子觀點(diǎn)，則可以非常好的解釋各種自然現(xiàn)象，關(guān)鍵是在我們所生活的宇宙里，很多理論確實(shí)可以在完全忽略小尺度的情況下發(fā)揮作用，換句話說(shuō)，你可以精確的預(yù)測(cè)某一樣小東西所有的小粒子的集體行為，即便你不知道每個(gè)小部件在干什么，你甚至不需要知道這些小部件是不是真的存在。

圖解：夸克，宇宙中最小單位

舉例說(shuō)明：

經(jīng)濟(jì)學(xué)研究可以描述集體的行為，但是經(jīng)濟(jì)學(xué)家其實(shí)不需要具體分析每個(gè)個(gè)體的心理，很多購(gòu)物者和商人的行為決定了物價(jià)的宏觀變化，這個(gè)可以用幾個(gè)方程來(lái)描述，可以研究和描述一個(gè)群體的經(jīng)濟(jì)行為，而不需要了解任何個(gè)體的選擇還有動(dòng)機(jī)，在物理學(xué)里就有很多這樣的例子，比如即使我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的最基本單元，而且我們也仍然不知道引力是怎樣在量子理論體系下起作用的，我們依然能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)游泳運(yùn)動(dòng)員從跳板跳進(jìn)游泳池時(shí)會(huì)發(fā)生什么事。

牛頓力學(xué)——可以預(yù)測(cè)游泳運(yùn)動(dòng)員的拋物線運(yùn)動(dòng)。

流體力學(xué)——可以告訴我們水的潑濺的情況。

生物學(xué)——可以解釋游泳運(yùn)動(dòng)員跳進(jìn)水里會(huì)發(fā)生什么事。

事實(shí)上，宇宙中的理論也是一層套著一層的，在了解DNA之前就已經(jīng)有了“進(jìn)化論”，在知道希格斯玻色子粒子之前就已經(jīng)把人類送上了月球，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榻K極理論這樣一個(gè)讓所有物理學(xué)家都魂?duì)繅?mèng)繞的東西，其實(shí)它會(huì)描述自然最基本的核心，這一終極理論不會(huì)去描述高層次的現(xiàn)象，而會(huì)描述宇宙基本構(gòu)件兒以及它本身的構(gòu)成機(jī)制，這個(gè)就讓“萬(wàn)物之理”的概念變得有些微妙了，因?yàn)槲覀兛赡苡肋h(yuǎn)也不會(huì)100%確定我們已經(jīng)有了這樣的理論，在我們看來(lái)十分基礎(chǔ)的理論，也許背后還有著宇宙洋蔥的另外一層，我們要怎樣辨別其中的區(qū)別呢？更糟糕的是如果宇宙有無(wú)窮多層，那該怎么辦呢？終極理論會(huì)不會(huì)根本就不存在呢？既然我們已經(jīng)定義了萬(wàn)物之理，下面就來(lái)說(shuō)說(shuō)人類在理解自然的過(guò)程中所取得的最深層次進(jìn)展。

圖解：希格斯玻色子粒子

在理解自然的過(guò)程中，所取得的最深層次進(jìn)展

我們可以問(wèn)的一個(gè)問(wèn)題是，宇宙中是不是存在最小的距離呢？

在日常生活里我們習(xí)慣于把距離看作可以無(wú)限分割的東西，在0和0.001之間你可以找到無(wú)窮多個(gè)距離，但如果事實(shí)并不是這樣的，如果在某個(gè)臨界點(diǎn)，更短的距離會(huì)失去作用和意義呢？如果現(xiàn)實(shí)世界就像屏幕的像素點(diǎn)一樣，那么又會(huì)怎么樣呢？

一旦描述了這一尺度上的物體，還有物體之間的相互作用，我們就可以認(rèn)為這個(gè)理論就是最根本的，因?yàn)椴粫?huì)再有比它更小的東西了，但是如果不存在這樣一個(gè)最小的距離，如果事物可以無(wú)限小或者是可以在無(wú)限小的距離下移動(dòng)，那我們就永遠(yuǎn)無(wú)法確定下一層還有沒(méi)有其他的理論，解決這些問(wèn)題的另一種思路，也就是思考以下這幾個(gè)問(wèn)題：

第一個(gè)：我們要描述的對(duì)象也就是這些小粒子，它們是不是真的是最基礎(chǔ)的呢？目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電子、夸克還有其他粒子，它們是不是宇宙中的最小粒子呢？還有沒(méi)有更小的粒子存在呢？

第二個(gè)：這些粒子它們是怎樣相互作用的，它們是不是有很多不同的作用方式，比如說(shuō)作用力只有一種作用方式還是幾種作用方式，只不過(guò)它們表現(xiàn)為不同的作用力呢？宇宙中有沒(méi)有一種最基本的描述能概括所有的力呢？

上面的幾個(gè)問(wèn)題，讀者們可以思考一下，下面就是開(kāi)始燒腦的解答內(nèi)容：

第1個(gè)問(wèn)題：最小的距離——宇宙是不是有最小的一個(gè)距離或者說(shuō)最小的分辨率？

量子力學(xué)告訴我們，我們不能絕對(duì)精確的知道一個(gè)粒子的位置，那個(gè)是因?yàn)榱孔恿W(xué)所研究的對(duì)象是有隨機(jī)性的，但是除此之外，量子力學(xué)還告訴我們一個(gè)粒子的精確位置是不確定的，突破了某個(gè)界限，在更小的尺度上位置信息就不存在了，這個(gè)是一條線索，宇宙中可能有一個(gè)最小的有意義的距離，我們或許可以把這種量子距離理解為像素，但是如果現(xiàn)實(shí)世界是像素化的，那這些像素有多小呢？

答案——不知道。

物理學(xué)家們東翻西找把幾個(gè)關(guān)于宇宙基本信息的基本常數(shù)給結(jié)合起來(lái)進(jìn)行了一個(gè)粗略的估測(cè)，這些常數(shù)中有量子力學(xué)中的普朗克常數(shù)H，這個(gè)是一個(gè)非常重要的數(shù)字，因?yàn)樗P(guān)乎能量的基本量子化，可以把它理解為能量的像素化，為了得到一個(gè)能夠定義距離的數(shù)字物理學(xué)家用普朗克常數(shù)乘以另外兩個(gè)常數(shù)，這兩個(gè)常數(shù)分別是宇宙的最大速度也就是光速C，還有引力的強(qiáng)度G，將這些常數(shù)以特定的方式組合在一起，我們就能得到一個(gè)代表單位距離的數(shù)字，這個(gè)數(shù)字非常小，只有10 ^-35，也就是零點(diǎn)后面跟著35個(gè)0，我們稱這個(gè)數(shù)字為“普朗克長(zhǎng)度”。它意味著什么呢？

答案——還不太清楚。

但是它可能給出了對(duì)宇宙像素的粗略的估計(jì)，把這些數(shù)字組合在一起其實(shí)沒(méi)有什么道理，但是它們每一個(gè)都代表了量子層面的物理學(xué)要素，所以結(jié)合在一起的時(shí)候，它們也許能提供關(guān)于宇宙基本尺度的線索，那我們能不能證實(shí)這件事呢？

答案是——還不行。

我們用于探索微小距離的工具已經(jīng)從探測(cè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)的光學(xué)顯微鏡發(fā)展到了電子顯微鏡，這個(gè)電子顯微鏡可以大概在10 ^-10方米尺度上探測(cè)物質(zhì)，此外，高能離子對(duì)撞機(jī)可以在大概10 ^-20次方米的尺度上觀察質(zhì)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，遺憾的是這意味著我們距離檢驗(yàn)普朗克長(zhǎng)度的真相，還有15個(gè)數(shù)量級(jí)那么遠(yuǎn)，也就是說(shuō)我們很可能仍然沒(méi)法搞懂很多細(xì)節(jié)，那差了15個(gè)數(shù)量級(jí)會(huì)略過(guò)多少細(xì)節(jié)呢！你可以想象一下，如果你擁有的最小的尺子，或者你眼睛能看到最小的東西，有10 ^15長(zhǎng)，相當(dāng)于太陽(yáng)系寬度的100倍，那你必然對(duì)小于這個(gè)尺度的事情一無(wú)所知，也就是說(shuō)現(xiàn)在我們能觀測(cè)到的宇宙最小的尺度，如果是太陽(yáng)系那么大的話，那太陽(yáng)系里所有的東西我們都是探測(cè)不到的，因?yàn)樗鼘?duì)我們來(lái)說(shuō)太小了，在15個(gè)數(shù)量級(jí)的尺度上，你就會(huì)錯(cuò)過(guò)很多很多的東西，我們還有希望在普朗克長(zhǎng)度上探索事物的真相嗎？

目前世界最前沿的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)在一兩百年的時(shí)間里從光學(xué)顯微鏡下的10^-7次方米的世界，來(lái)到了量子對(duì)撞機(jī)里的10^-24毫米的世界，我們很難預(yù)測(cè)未來(lái)的科學(xué)家能讓我們看到什么東西，但是如果我們根據(jù)量子對(duì)撞機(jī)的使用方法來(lái)進(jìn)行推斷，那么想要在普朗克長(zhǎng)度上看到東西，加速器的能量就要比我們今天用的這個(gè)高出10^15次方倍，遺憾的是要滿足這個(gè)要求，無(wú)論是它的個(gè)頭還是它的開(kāi)銷，也都要增加10^15次方倍，這么多個(gè)10^15次方實(shí)在是讓人難以承受。我們沒(méi)有宇宙像素化的確鑿證據(jù)，但是量子力學(xué)和我們至今已經(jīng)探測(cè)到的宇宙常數(shù)強(qiáng)烈暗示著宇宙有最小距離的存在，當(dāng)然這個(gè)距離肯定是非常的小。

圖解：普朗克長(zhǎng)度

第二個(gè)問(wèn)題：最小的粒子——我們所發(fā)現(xiàn)的電子、夸克以及其他基本粒子真的是宇宙中的最基本粒子嗎？

電子、夸克和它們所有的表親看起來(lái)很有可能是某種東西的涌現(xiàn)現(xiàn)象，或許它們只是更小、更基本的粒子或者粒子群的集群結(jié)果，之所以這樣認(rèn)為，是因?yàn)槲覀冎两癜l(fā)現(xiàn)的所有粒子都能在一張很像元素周期表的表里面找到自己的位置，如果你不知道，大概把它理解成一張關(guān)于夸克和輕子的元素周期表就可以了，這種整齊的排列和其中的模式告訴我們，這一切背后很可能還有別的東西在發(fā)揮作用?？茖W(xué)家從元素周期表中找到了線索，發(fā)現(xiàn)所有的元素都是電子、質(zhì)子還有中子的不同組合，這張表讓物理學(xué)家懷疑這些粒子很可能是由一些更小的粒子構(gòu)成的，其中可能涉及某種尚未確定的定律或者法則，無(wú)論如何線索反正就擺在那里。

想要知道電子和夸克中間都有些什么東西，得讓各種東西不斷的相互碰撞才行，如果一個(gè)粒子是由更小的粒子構(gòu)成的復(fù)合粒子，那么這些更小的粒子就必須通過(guò)某種具有結(jié)合能的約束方式被它們彼此拴到一起，比如說(shuō)一個(gè)氫原子實(shí)際上是一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子通過(guò)電磁力結(jié)合形成的，而質(zhì)子是由三個(gè)夸克通過(guò)強(qiáng)核力結(jié)合形成的，如果用低于小粒子之間結(jié)合能的能量去撞擊一個(gè)復(fù)合粒子，那么這個(gè)復(fù)合粒子會(huì)表現(xiàn)的很像一個(gè)實(shí)心的粒子。

舉例說(shuō)明：

一個(gè)小朋友拿著一個(gè)乒乓球扔到一面鏡子上，你會(huì)看到那個(gè)乒乓球會(huì)彈開(kāi)，而鏡子毫發(fā)無(wú)損，在小朋友眼里，鏡子就是一個(gè)整體，但是呢，如果這個(gè)小朋友拿著一塊石頭，他很使勁地把這塊石頭扔向鏡子，這塊石頭所攜帶的能量比將鏡子所有零件維持在一起的能量要高，那么就會(huì)把鏡子擊碎，這個(gè)時(shí)候你就會(huì)看出鏡子有更小的零件構(gòu)成。

要想知道電子和夸克是不是由更小的粒子組成的有兩種方法：

第一種：就是讓電子和夸克它們擁有越來(lái)越高的能量互相去撞擊，如果撞擊能量比讓電子和夸克維持在一起的能量還要高，那么它們就會(huì)被拆散這個(gè)時(shí)候我們就能知道它們是由更小的部分構(gòu)成的了，但是我們實(shí)際上并不知道電子和夸克是不是由更小的零件構(gòu)成的，就算它們真的有更小的零件，我們也不知道需要多大的能量才能把它們給擊散，到目前為止，強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)沒(méi)有足夠的能量找到比電子、夸克或者是它們表親更小的粒子。

第二種：通過(guò)計(jì)算得出基本粒子周期表的一些規(guī)律，并且找出能填到表里的新粒子，如果找到電子和夸克更多的表親，就有可能推斷出這張表里模式的某種含義，摸出更深層次結(jié)構(gòu)的更多的線索，就像當(dāng)年對(duì)元素周期表干的事是一樣的，這樣就可能會(huì)告訴我們是不是有更小的零件潛藏在現(xiàn)有的粒子當(dāng)中。

圖解：基本粒子周期表

構(gòu)建萬(wàn)物之理的最后一塊零件是對(duì)宇宙中基本作用力的描述

目前我們已經(jīng)知道，粒子會(huì)以幾種不同的方式相互作用，但是這里一共有多少種力呢？它們會(huì)不會(huì)是同一種現(xiàn)象的不同部分呢？

找到宇宙中作用力的最基本描述無(wú)關(guān)強(qiáng)弱，關(guān)鍵是要找出我們所知的哪些力是最基本的力，舉個(gè)例子吧，如果讓一個(gè)遠(yuǎn)古時(shí)期的人告訴你這個(gè)世界上都有哪些力，他可能會(huì)寫出一張長(zhǎng)長(zhǎng)的表單來(lái)，這個(gè)表單中可能包括讓你從馬背上摔下來(lái)的力，讓銀河系里的恒星運(yùn)動(dòng)的力，折斷樹(shù)枝的力，如汽車碾到你腳的力，讓魚(yú)在水里游的力等等，但是時(shí)間長(zhǎng)了，我們逐漸明白其中很多力都是相互關(guān)聯(lián)的，這個(gè)表格里的內(nèi)容其實(shí)可以概括為幾種力：

讓樹(shù)枝還有汽車相互接觸的時(shí)候發(fā)揮的作用力也是同一種力，那個(gè)就是相互靠近的原子互相排斥的力。讓人從馬背上摔下來(lái)的力和讓天上的恒星運(yùn)動(dòng)的力其實(shí)都是——引力。

電磁一體的觀點(diǎn)在19世紀(jì)才出現(xiàn)，“詹姆斯·麥克斯韋”他發(fā)現(xiàn)了電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，而移動(dòng)的磁體可以產(chǎn)生電流，因此他寫下了當(dāng)時(shí)所有已知的電子方程式，包括安培定律，法拉第定律，高斯定律等等，后來(lái)他發(fā)現(xiàn)這些定律是完全對(duì)稱的，電和磁完全可以作為一個(gè)概念以另外一種方式重新來(lái)描述它們，電和磁不是兩種不同的東西，弱核力和電磁力這兩種看上去截然不同的力，相似的數(shù)據(jù)描述可以把它們概括為同一種力，這種力叫——弱電力。

光子背后還有一種更深層次的力，這種力能生成W玻色子、Z玻色子，這兩種粒子傳遞的就是——強(qiáng)核力。

現(xiàn)在目前現(xiàn)實(shí)的狀態(tài)就是已經(jīng)把原始人列的那張長(zhǎng)長(zhǎng)的關(guān)于力的表縮得很短了，這個(gè)表上一共有三種力：

第1種——弱電力，傳遞這個(gè)力的粒子是光子、W玻色子、Z玻色子。

第2種——強(qiáng)核力，傳遞這個(gè)力的粒子叫做“膠子”。

第3種——引力，傳遞這個(gè)力的粒子叫做“引力子”。

能把“力”的數(shù)目減少到什么程度呢，有沒(méi)有可能所有這些力本質(zhì)上都是同一種力呢？

目前這個(gè)問(wèn)題的答案是三個(gè)字：不知道。

萬(wàn)物之理，以最簡(jiǎn)潔最基本的方式描述宇宙中的萬(wàn)事萬(wàn)物，這就意味著只要宇宙有最小距離存在，萬(wàn)物之理就能在這個(gè)最小尺度上成立，它必須把宇宙中最小的體積也納入它的管轄范圍，它還必須以一種最統(tǒng)一的方式描述所有零件之間所有可能產(chǎn)生的相互作用，也就是——“力”。

到目前為止我們已經(jīng)有了一些關(guān)于宇宙中最小距離的線索和想法，根據(jù)目前已知的12種基本粒子表格，包含了12種物質(zhì)粒子，這些粒子目前還沒(méi)法被進(jìn)一步分解，我們也總結(jié)了這些粒子相互作用的三種可能，也就是剛才說(shuō)的弱電力、強(qiáng)核力還有引力。以目前的趨勢(shì)判斷對(duì)于宇宙中的物質(zhì)、力和空間，最終有可能得到只描述一種粒子和一種力的萬(wàn)物之理。它也許會(huì)指出宇宙中的最小像素或者證明這個(gè)像素是不存在的，有了這個(gè)理論，就能夠撥開(kāi)宇宙中萬(wàn)物的每一層，用一種力、一種粒子來(lái)解釋一切，至今掌握的所有理論只涵蓋了宇宙中的5%，到目前為止還是不知道怎樣去理解宇宙中其余的95%。

廣義相對(duì)論與量子力學(xué)

關(guān)于萬(wàn)物理論還有一個(gè)比較前沿的問(wèn)題，那就是怎樣把引力與量子力學(xué)結(jié)合在一起，這個(gè)是追求萬(wàn)物之理的一大障礙，對(duì)于宇宙有兩種理論，確切的說(shuō)是理論框架，它們兩個(gè)就是“量子力學(xué)”和“廣義相對(duì)論”。

• 量子力學(xué)

宇宙中的每一樣?xùn)|西甚至包括力在內(nèi)都是量子粒子，量子粒子是實(shí)體的微小擾動(dòng)，因?yàn)樗哂胁▌?dòng)特性，所以具有內(nèi)在的不確定性，這些擾動(dòng)在宇宙中的某個(gè)層面四處運(yùn)動(dòng)，它們?cè)谙嗷プ饔玫臅r(shí)候會(huì)交換波狀的粒子，目前已經(jīng)有了強(qiáng)核力和弱電力的量子理論，但是卻沒(méi)有引力的量子理論。

• 廣義相對(duì)論

這一個(gè)經(jīng)典的理論，意味著它的提出是早于量子力學(xué)的，它不假設(shè)宇宙是量子化的，也不假設(shè)物質(zhì)和信息是量子化的，但是廣義相對(duì)論非常擅長(zhǎng)把引力模型化，也就是去計(jì)算引力，在廣義相對(duì)論里，引力都不是一種力，而是空間本身的彎曲，當(dāng)某個(gè)物體具有質(zhì)量的時(shí)候，它就扭曲了周圍的時(shí)空，使得附近所有的東西都朝著一個(gè)物體彎曲。

通過(guò)上述有了能解釋多數(shù)基本作用力的偉大粒子理論（量子力學(xué)）以及專門用來(lái)解釋引力的理論（廣義相對(duì)論），但是現(xiàn)在的問(wèn)題是這兩個(gè)理論它們不相容，如果能以某種方式把兩個(gè)理論融合到一起，這樣的話就能得到一個(gè)通用的理論框架，可以由此構(gòu)建一種萬(wàn)物之理。而遺憾的是這個(gè)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，這個(gè)并不是因?yàn)榭茖W(xué)家不夠努力，當(dāng)物理學(xué)家試圖將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論融合到一起的時(shí)候，出現(xiàn)了兩個(gè)大問(wèn)題：

第1個(gè)問(wèn)題：

量子力學(xué)似乎只在平坦沒(méi)有彎曲的空間中才有效，如果試著讓量子力學(xué)對(duì)彎曲空間中的引力發(fā)揮作用就會(huì)發(fā)生奇怪的事，起初為了讓量子力學(xué)有意義，物理學(xué)家必須應(yīng)用一種數(shù)學(xué)技巧，這個(gè)技巧叫“重整化”，這個(gè)技巧讓量子力學(xué)能夠處理一些無(wú)限的問(wèn)題，比如說(shuō)點(diǎn)粒子電子的無(wú)限電荷密度問(wèn)題，還有電子輻射無(wú)限多的低能光子的問(wèn)題，通過(guò)“重整化”物理學(xué)家相當(dāng)于是把這些無(wú)限的問(wèn)題都排除掉，假裝一切都是有限的，但是遺憾的是當(dāng)科學(xué)家想要把“重整化”技巧應(yīng)用到彎曲空間的量子引力論的時(shí)候，它就不起作用了，當(dāng)然這里面有很深的數(shù)學(xué)問(wèn)題這里就不一一細(xì)講了，簡(jiǎn)而言之就是在這樣的環(huán)境里，無(wú)論想除掉多少后面都會(huì)不停的有無(wú)限多的問(wèn)題出現(xiàn)，也就是說(shuō)目前的量子引力論就是把量子力學(xué)和引力結(jié)合到一起的理論，這個(gè)理論總會(huì)給出包含無(wú)限性的預(yù)測(cè)，這意味著它們沒(méi)法被檢驗(yàn)，對(duì)此的理解就是引力有某種反饋效應(yīng)，空間彎曲的越厲害，引力就越強(qiáng)，它吸引的質(zhì)量也越多，引力的反饋效應(yīng)它當(dāng)然是非線性的，而在前面所說(shuō)的弱電力和強(qiáng)核力的量子描述中不存在這種情況，因?yàn)樗鼈兯幍目臻g都是平直的。

問(wèn)題總結(jié)：

當(dāng)整合廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的時(shí)候，遇到的第1個(gè)問(wèn)題其實(shí)就是數(shù)學(xué)問(wèn)題，它造成的直接結(jié)果就是現(xiàn)有的理論沒(méi)法去做計(jì)算。

第2個(gè)問(wèn)題：

整合廣義相對(duì)論和量子力學(xué)，它不單單是數(shù)學(xué)的問(wèn)題了，而是哲學(xué)問(wèn)題了，這兩個(gè)理論對(duì)引力的見(jiàn)解有很大的差異，如果要把引力納入到量子力學(xué)里，那么就需要找到傳遞它的粒子子，但是從來(lái)沒(méi)有人見(jiàn)過(guò)這種粒子，嚴(yán)格的說(shuō)直到最近才掌握了探測(cè)這類粒子的技術(shù)，而且目前還沒(méi)有探測(cè)到它們。

基于以上這兩個(gè)原因，這兩個(gè)描述宇宙運(yùn)行的理論就很難融合到一起，甚至不知道它們是不是有能融合到一起的可能性，現(xiàn)在不知道引力子會(huì)是什么樣子的，而量子引力的融合理論總會(huì)做出有無(wú)限傾向的，沒(méi)有意義的預(yù)測(cè)來(lái)，或許還沒(méi)有找到真正適合融合這兩種理論的數(shù)學(xué)工具，也許融合的方法有問(wèn)題，也有可能兩種原因都有，知道怎樣計(jì)算量子力學(xué)中的力，但是不知道怎樣用它去計(jì)算空間的彎曲情況。

怎樣才能知道廣義相對(duì)論和量子力學(xué)融合在一起了？

假設(shè)一下，科學(xué)家成功造出了太陽(yáng)系那么大的粒子加速器，并且由此得到了普朗克長(zhǎng)度，也就是最小的有意義的距離上的基本物質(zhì)元素，一旦掌握了這一個(gè)物質(zhì)的元素，就能夠解釋這些物質(zhì)的基本量如何相互作用，并且共同形成更大尺度上的自然現(xiàn)象，假如這件事情真的做到了，這是不是意味著我們大功告成了呢？你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)“奧卡姆剃刀原理”，他說(shuō)如果兩個(gè)理論都能解釋一件事，那么比較簡(jiǎn)單的那一個(gè)更有可能是正確的。

物理學(xué)家的運(yùn)氣一向很好，他們總是能發(fā)現(xiàn)不同現(xiàn)象背后的相同本質(zhì)，并且成功地簡(jiǎn)化理論，這個(gè)也是物理學(xué)家感到自豪的原因，我們可以追問(wèn)是否有最簡(jiǎn)潔的理論，就如同我們可以追問(wèn)是不是有最小的粒子，我們有可能證明宇宙中有最小距離或者最小粒子，但是我們能證明萬(wàn)物有最簡(jiǎn)潔的理論嗎？我們?cè)鯓硬拍苤肋@件事情已經(jīng)大功告成了呢？我們可能認(rèn)為自己已經(jīng)成功了，卻又發(fā)現(xiàn)外星物理學(xué)家擁有一個(gè)更簡(jiǎn)潔的理論，我們首先就得考慮怎樣衡量一個(gè)理論的簡(jiǎn)潔程度，那什么樣的理論才是簡(jiǎn)潔的理論呢？是不是說(shuō)它用的公式越短越好呢？

一個(gè)重要的評(píng)談標(biāo)準(zhǔn)就是數(shù)字的個(gè)數(shù)，假設(shè)你想出了一個(gè)萬(wàn)物之理，你的公式中有一個(gè)數(shù)字，先別管這個(gè)數(shù)字到底是多少，反正它挺重要的，比如說(shuō)它是最基本粒子微子的質(zhì)量，而且必須知道這個(gè)數(shù)字的具體值才能應(yīng)用這個(gè)理論，那么你自然就會(huì)想到拿剛剛說(shuō)的建成的這個(gè)太陽(yáng)系一樣大的對(duì)撞機(jī)來(lái)測(cè)量出這個(gè)微子的質(zhì)量，然后再把這個(gè)值代到你的理論里，那這樣的話你的理論就完成了，你認(rèn)為自己已經(jīng)找到了最簡(jiǎn)潔的理論，可是這個(gè)時(shí)候呢，另外一個(gè)人帶著另外一個(gè)萬(wàn)物之理出現(xiàn)了，他的理論和你的理論有一點(diǎn)兒不同，他這個(gè)理論推導(dǎo)出了微子質(zhì)量的準(zhǔn)確值，這個(gè)值一定是精確的一個(gè)數(shù)字，否則這個(gè)理論就不成立，它不需要測(cè)量這個(gè)值，因?yàn)檫@個(gè)值是它的方程給算出來(lái)的，這樣一來(lái)，它的理論就比你的理論少了一個(gè)人為的變量，你的方程可能看起來(lái)比其他人的更簡(jiǎn)潔，但是它的方程卻呈現(xiàn)了更多關(guān)于宇宙的信息，這是因?yàn)樗姆匠虝?huì)告訴我們?yōu)槭裁次⒆拥馁|(zhì)量必須是那個(gè)值得，而你的理論只能手動(dòng)去測(cè)量微子的質(zhì)量值，但是卻不知道為什么微子的質(zhì)量是那個(gè)數(shù)值，那么這個(gè)人的理論涉及到的數(shù)字更少，意味著它更簡(jiǎn)潔、更基礎(chǔ)，通過(guò)這么一個(gè)假設(shè)的例子，我就是希望說(shuō)明這一點(diǎn)，想知道我們是否找到了萬(wàn)物之理，有一個(gè)方法是數(shù)一數(shù)這個(gè)理論設(shè)計(jì)多少個(gè)人為的數(shù)字，這樣的數(shù)字越少，也就越接近宇宙洋蔥的中心，也許這個(gè)中心沒(méi)有任何數(shù)字，也許宇宙的精華是有一種了不起的數(shù)學(xué)，我們知道的所有數(shù)字，比如說(shuō)引力常數(shù)，普朗克長(zhǎng)度，都能從這個(gè)理論里推導(dǎo)出來(lái)，而不是測(cè)量出來(lái)的。

目前標(biāo)準(zhǔn)粒子模型里還有很多參數(shù)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)粒子模型就是現(xiàn)在用的最廣泛的粒子模型，這里面就包括用于描述夸克和輕子質(zhì)量的12個(gè)參數(shù)，決定夸克之間相互轉(zhuǎn)化的4個(gè)參數(shù)，還有決定弱電力和強(qiáng)核力強(qiáng)度的3個(gè)參數(shù)，還有就是用于希格斯理論的2個(gè)參數(shù)，加起來(lái)就有21個(gè)數(shù)字，這里面還不涉及引力、暗物質(zhì)或者暗能量，而且這21個(gè)數(shù)字我們只能用，但是卻不知道為什么它們是這樣的數(shù)值。

事實(shí)上我們不知道怎樣判斷一個(gè)理論是不是萬(wàn)物之理，沒(méi)人說(shuō)得準(zhǔn)，宇宙中的數(shù)字它是不是就是隨機(jī)的，如果有一天我們最終發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)物之理，這個(gè)公式里只有一個(gè)參數(shù)，這個(gè)數(shù)字的是4，那我們還要追問(wèn)為什么這個(gè)數(shù)字必須是4呢！沒(méi)有再去追問(wèn)的必要了！

弦理論被認(rèn)為具有數(shù)學(xué)之美，也具有理論之美

基本的數(shù)字也可能是在宇宙早期隨機(jī)設(shè)定的，在其他的宇宙里它們可能有不同的數(shù)值，大多數(shù)這樣的觀點(diǎn)都背離了可證偽的科學(xué)假設(shè)，因?yàn)闆](méi)法驗(yàn)證，它本身其實(shí)已經(jīng)是哲學(xué)的范疇了，那么既然距離探測(cè)普朗克長(zhǎng)度還有15個(gè)數(shù)量級(jí)，那么也許應(yīng)該試試另外一種方法，這個(gè)方法是不穿過(guò)洋蔥的每一層，一層一層的向下鉆研，而是直接從中心出發(fā)，結(jié)果又是怎么樣的呢？

這里從中心出發(fā)的意思就是不從10 ^24探測(cè)到10 ^-21不去找比夸克小一個(gè)層次的粒子，而是直接假設(shè)有一個(gè)最小的粒子，連夸克都比它還要大上10 ^15這么大的數(shù)量級(jí)，只要提出的萬(wàn)物之理最終能夠解釋看到的粒子還有力，那么從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，這個(gè)理論就是探測(cè)不到的，這種直接假設(shè)中心的理論有很多，其中最有名的也就是“弦理論”了，在現(xiàn)代物理學(xué)里“弦理論”大概是最流行也是最有爭(zhēng)議的理論了，它指出宇宙中的時(shí)空可能有十維十一維，甚至是更多，這些維度我們看不到，因?yàn)樗鼈円闯示砬鸂睿淳头浅Ｐ?，其中充滿了微小的“弦”，這些弦在震動(dòng)，因?yàn)橛卸喾N震動(dòng)方式，所以它們可以表現(xiàn)的很像我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了任何一種粒子，它們甚至可以解釋還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)的粒子，比如說(shuō)——引粒子。

圖解：目前最前沿的研究——可證偽的科學(xué)假設(shè)

更棒的是弦理論被認(rèn)為具有數(shù)學(xué)之美，也具有理論之美，弦理論是一種真正的萬(wàn)物之理，因?yàn)樗y(tǒng)一了所有的力，在最基本的層次上描述了現(xiàn)實(shí)的宇宙，不過(guò)弦理論還存在著幾個(gè)問(wèn)題，這些問(wèn)題還挺嚴(yán)重的：

• 第一：

盡管弦理論有希望描述整個(gè)宇宙，但是它現(xiàn)在還沒(méi)能完全做到這一點(diǎn)，計(jì)算它的數(shù)學(xué)方法都還在完善當(dāng)中，在把它看作一個(gè)完整的描述性理論，之前還有一些部分需要落實(shí)到位。

• 第二：

弦理論只是一個(gè)描述性的理論，它沒(méi)法做出任何我們能夠檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)，那為了讓人們搞清楚宇宙的最小單位到底是一個(gè)粒子還是震動(dòng)的弦，每一種理論都必須做出可以供檢測(cè)的預(yù)測(cè)，因?yàn)橄依碚撃壳爸辉谄绽士碎L(zhǎng)度上研究物體，所以現(xiàn)在就沒(méi)法對(duì)它進(jìn)行檢驗(yàn)，因?yàn)檫€探測(cè)不到這么高的精度，在這種情況下是不是相信弦理論，它是一個(gè)哲學(xué)、數(shù)學(xué)甚至是一個(gè)信仰的問(wèn)題，而不是物理學(xué)問(wèn)題。當(dāng)然在未來(lái)的某一天，更發(fā)達(dá)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和更聰明的物理學(xué)家，很可能會(huì)在可檢驗(yàn)的尺度上找到宇宙所具有的一種特性，而這種特性正好契合弦理論的預(yù)測(cè)，這樣一來(lái)，弦理論也就通過(guò)了檢驗(yàn)，當(dāng)然這還沒(méi)有成為現(xiàn)實(shí)。

• 第三：

關(guān)于弦理論的最后一個(gè)難題是參數(shù)方面的，弦理論所預(yù)言的動(dòng)力學(xué)是由時(shí)空維度的數(shù)量和形狀決定的，可以通過(guò)很多種方法來(lái)選擇維度的，這個(gè)維度是多大呢？是10^500，那這么多種可能性顯然是太離譜了，弦理論的進(jìn)一步公式化有望把這個(gè)數(shù)字縮小，但是它還有很長(zhǎng)的路要走。

圖解：弦理論模型

直到目前只能說(shuō)弦理論在數(shù)學(xué)上它是最優(yōu)美的，在可能性上我們又沒(méi)有更好的選擇，但是如果有人跟你說(shuō)弦理論已經(jīng)成為了終極理論，已經(jīng)把這個(gè)宇宙解釋的一點(diǎn)問(wèn)題都沒(méi)有了，你可千萬(wàn)別上當(dāng)，花了這么多的時(shí)間來(lái)講這個(gè)最終理論，最重要的是想給你破除一個(gè)誤解，在回答與日常事務(wù)相關(guān)的問(wèn)題的時(shí)候，這個(gè)萬(wàn)物理論其實(shí)并沒(méi)有多大用處，即便萬(wàn)物之理可以揭示宇宙在最基本層面上的內(nèi)在運(yùn)行之理，它在實(shí)際方面很可能是沒(méi)什么用的，前面所說(shuō)宇宙就像一層一層的洋蔥，每往上走一層都會(huì)有一種現(xiàn)象叫做“涌現(xiàn)”。

這個(gè)涌現(xiàn)是什么意思呢？舉例說(shuō)明：

我們看到手機(jī)屏幕的圖像是由一個(gè)一個(gè)小的像素點(diǎn)組成的，假設(shè)它每一個(gè)像素點(diǎn)都是一盞小燈，而且擁有一個(gè)公式（能夠精確的預(yù)測(cè)每一盞小燈在每一個(gè)時(shí)刻它會(huì)亮紅、黃、藍(lán)顏色里的每一種顏色），你用這個(gè)公式在微觀上就能很準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)每一盞小燈的狀態(tài)，但是無(wú)論你把這個(gè)狀態(tài)預(yù)測(cè)的有多精準(zhǔn)，你都不會(huì)知道現(xiàn)在這個(gè)手機(jī)在播什么節(jié)目，而你要知道在播什么節(jié)目呢，只要退的遠(yuǎn)一點(diǎn)看一眼就知道了，它是在西瓜視頻節(jié)目還是在播天氣預(yù)報(bào)，這個(gè)從底層往上層的現(xiàn)象就叫做“涌現(xiàn)”。

黃媂結(jié)語(yǔ)·尋找萬(wàn)物理論是專屬于物理學(xué)家的一個(gè)執(zhí)念

在真實(shí)的物理學(xué)里，當(dāng)想描述一個(gè)彈球的運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，可以根據(jù)牛頓力學(xué)把整個(gè)球作為一個(gè)受力物體來(lái)對(duì)待，那在這種情況下，你可以畫出一道簡(jiǎn)單的拋物線，用一行數(shù)學(xué)公式就把情況給說(shuō)清楚，當(dāng)然你也可以用量子場(chǎng)論來(lái)描述這個(gè)彈球?qū)M成彈球的10^25的粒子進(jìn)行量子力學(xué)的模型化，追蹤它們?cè)诒舜撕铜h(huán)境相互作用的時(shí)候發(fā)生了什么，這在原理上講得通，但在操作上不現(xiàn)實(shí)，理論上來(lái)說(shuō)這樣得出的答案也是對(duì)的，只不過(guò)從數(shù)學(xué)計(jì)算上完不成這個(gè)任務(wù)。

如果有關(guān)于最底層現(xiàn)實(shí)的正確理論，那么理論上就可以從中得到一切的知識(shí)，從銀河系的形成到流體力學(xué)再到有機(jī)的化學(xué)，但實(shí)際上這個(gè)簡(jiǎn)直是天方夜譚，而且科學(xué)也不是這么研究的，沒(méi)有人會(huì)指望一個(gè)沖浪者去理解弦理論，并且計(jì)算出一個(gè)波浪里有多少個(gè)粒子在運(yùn)動(dòng)中幫助他從沖浪板上站起來(lái)，在炒菜的時(shí)候你也不希望拿到用夸克和電子寫成的菜譜。

如果早期的科學(xué)家必須從最基本的粒子開(kāi)始研究，那我們就不可能取得任何的進(jìn)展，所以其實(shí)你可以這么理解，尋找萬(wàn)物理論是專屬于物理學(xué)家的一個(gè)執(zhí)念，在這個(gè)尋找的過(guò)程里科學(xué)家一直在努力，他們想要獲得的東西并不是這個(gè)理論能指導(dǎo)誰(shuí)來(lái)做菜，而是揭示宇宙最深層也是最基本的真相，人類很擅長(zhǎng)系統(tǒng)地描述周圍的世界，從化學(xué)到經(jīng)濟(jì)學(xué)再到心理學(xué)，我們將很多科學(xué)的描述用于改善生活，治療疾病，或者獲得更快的網(wǎng)速，這些描述不夠基本，只能描述涌現(xiàn)的現(xiàn)象，但是這并不影響它們的實(shí)用性和有效性，我們只是不能從這些理論里得到揭示宇宙真正運(yùn)行機(jī)制的滿足感。

我們想知道最深層次的真相，這并不是因?yàn)樗軒臀覀內(nèi)プ鍪裁?，而是因?yàn)槲覀儽仨氈罏槭裁?，今天談到了很多尋找萬(wàn)物之理的障礙，但是這些障礙沒(méi)法說(shuō)服我們停止尋找，每當(dāng)我們揭開(kāi)又一層真相，每當(dāng)我們向宇宙洋蔥的中心又前進(jìn)了一步，都會(huì)有新奇的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在我們面前，讓我們對(duì)自己的存在方式產(chǎn)生全然不同的理解，也許這就是人類和其他生物最大的區(qū)別吧。