爱因斯坦科学生涯最大失败！研究20年一无所获，统一场论到底是啥

大统一理论一直是物理学界的终极难题，尤其是引力的统一更是让无数科学家束手无策。爱因斯坦的广义相对论虽试图将引力与电磁力结合，却未能成功。

从宏观上看，我们熟知的物理规律主要由四种基本力构成，即强力、弱力、引力和电磁力。其中引力被认为是最难统一的力，爱因斯坦的广义相对论尝试直接统一电磁力和引力，可惜方向错误，引力也因此成为相对论物理学中的孤儿。

此后出现的电弱统一理论和强力电弱统一理论都未能将引力纳入体系，依旧留下悬而未决的问题。可以说，引力是现代物理学的心病，是许多科学家追求突破的终极难题。

与此物理学家也在尝试从其他角度解决这个问题。1979年格拉希掰成功分离出弱核力，奠定了电弱统一理论的基础。进一步的实验和探索将电磁力和弱核力成功统一起来，为大统一理论的构建提供了现实依据。

如果从历史演进的角度看，大统一理论确实是物理学发展的必由之路。爱因斯坦提出广义相对论后不久，麦克斯韦场方程组成功将电学和磁学统一到了电磁学当中。

20世纪20年代，量子力学的诞生让物理学派别看到了新的发展机会，纷纷试图从微观粒子层面解决大统一问题。

但可惜当时的物理学水平还无法达到这样细微的程度，各种大材小用的尝试层出不穷，却往往收效甚微。

直到强核力被发现后，物理学家才彻底打消念头，意识到大统一理论的构建必须等到各种基本粒子被彻底搞清楚之后再进行。

大爆炸模型的推断给这项工作指明了方向，它认为在宇宙诞生之初，各种粒子都曾经处于同一空间当中，这时如果能找到它们之间的关联性，就有可能一举解决大统一问题。此后随着强核力、弱核力相继被发现，物理学家开始尝试从这两者入手进行大统一探索。

现代物理学的发展离不开量子力学的完善与对基本粒子的深入理解。随着中微子、夸克等新型粒子的被发现，原先隔绝开来的强核力和弱核力也得以融合在一起，在这之上又进一步与电磁力成功实现统一。目前的实验只能观察到弱力和电磁力的统一，尚无法实现强力和引力的统一。

但这已经是现代物理学能够做到的极限了，同时也为下一个阶段的探索留下了有力依据。大爆炸初期宇宙温度极高，曾经达到过普朗克温度。在这个温度下四种基本力得以融合为同一种作用，物理规律则在时间达到10^35秒后才开始生效，在这之前就像不存在一样。

之后随着时间流逝，四种基本力逐步分离，并形成各自独立的规律和表现形式。强核力和弱核力作用的尺度要小得多，仅限于原子核内部；反观引力和电磁力则无处不在，且被人类发现的时间也相对较晚。

引力是我们最为熟悉的一种基本力，在日常生活中各种场景里都有体现。从地球上抛出一个物体，无论是向上还是向下都会受到地球引力的作用；地球围绕太阳旋转，就是靠引力维持运行轨道；日常生活中各种机械装置运转正常，背后往往有设计者充分利用了引力这一特性。

电磁力则主要体现在正负电荷之间以及电流线圈当中。同样是日常生活中经常能够看到的，只要我们插上电源，在导线当中就会产生电流，并受到电磁力作用而形成磁场。

强核力和弱核力则往往需要通过物理实验才能感受得到。在人类发展历史当中，也是先发现了引力和电磁力，再通过长时间探索和实验才找到强核力和弱核力，并逐渐认识到它们在整个自然界当中同样至关重要。

即便是在当今物理学最前沿的实验中心，要想发现四者中的某一个似乎也并不容易，更别提从宏观出发找到它们之间联系的规律了。

所谓大统一理论就是要打破这样的思维定式，从人类已知范围里最细微的东西出发寻找规律。既然四种基本力在表面上看有着截然不同的表现形式，在本质上究竟是什么呢？

如果我们站在当代物理学知识积累当中去回顾爱因斯坦曾经做出的努力，会发现他似乎走偏了方向，并且严重偏离了我们今天构建大统一理论的思路。

根据我们已有的知识体系和实验结果来看，应该先是将电磁力和弱核力统一起来；再进一步将强核力纳入体系；才是考虑引力。

四种基本力中，引力和电磁力在爱因斯坦那个年代被认为是主要力量，并且是人类最先发现并控制的；反观强核力和弱核力则晚出现许多，在日常生活以及工业生产当中似乎并没有太多实际应用。

但这并不代表它们重要性不如前者，在整个自然界当中恰恰相反。由此可见，划分基本力大小、重要程度，并不是根据人类使用和感受来判断的。

从这个意义上说，爱因斯坦确实是站在巨人的肩膀上看得更远了，在他之后的时代继续探索大统一问题才算是真正走上正轨。

根据目前我们已经掌握的信息来看，爱因斯坦时代创立的大统一理论似乎确实有些欠缺。

他认为四种基本作用力可以归结为传播子在不同场合下表现出来的规律和特性。比如两个带电粒子之间产生电磁相互作用；而在重力场里，行星和行星之间通过传播子产生万有引力。

但如果我们更深入地挖掘这个思路，并从当代物理学知识出发去分析当前已知四种基本作用力之间差异，则会发现一个问题：它们居然连传播子的质量都不同。

根据目前量子场论里所描述的标准模型来看，传播子应该是没有质量、静止在一个点上，并以光速进行传递才对。但如果我们按照这个设定去检验四种基本作用力传播子的情况，则会发现它们具有着不同的静止质量。

比如说对于电磁相互作用来说，两个带电粒子之间交换的传播子就是光子。我们知道光子没有质量，在空间中以光速运动。

而对于引力来说，则是“引子”；而对于强核作用来说，则是“胶子”；再对于弱核作用来说，则是“W玻色子”和“Z玻色子”。但让人费解的是，在这些传播子当中居然具有不同的静止质量。

对于一个参考系而言，在其中静止不动的光子质量应该是0；而对于其它传播子来说，则有着非0的数值。这就导致了一个问题：不同质量意味着不同范围内的运动规律；而不同运动规律则意味着不同大小的能量损耗。

这样一来，在所有能够产生相互作用的粒子当中只有光子能够永远坚持下去，并最终将粒子们拉到一起；其它粒子由于能量损耗太大，在运动过程中就已经袛败了。因此，爱因斯坦的探索虽然未能完全解决问题，但为后来的研究奠定了基础。

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