什么是大统一理论，四种基本力真的能用一个表达式表示么？

什么是大统一理论，四种基本力真的能用一个表达式表示么？
题主你好。

大统一理论指的是强核力、弱核力、电磁力三种相互作用的统一理论。

其基本思路是，将三种相互作用的规范群统一成一个更大的规范群，以此构造一个同时描述这三种相互作用的规范理论。

这个思路来自于电弱统一理论。

电弱统一理论是利用SU(2)*U(1)规范理论改造成U(2)规范群的规范场理论，该理论在对称性自发破缺以后可以使U(2)破缺为SU(2)*U(1)，破缺后的规范理论正好是弱核力和电磁力的规范理论，其中SU(2)规范群对应的是弱核力，U(1)规范群对应的是电磁力。

强核力的规范理论——量子色动力学——告诉我们，强核力是用SU(3)规范群描述的规范场，那么我们是否可以在此基础上构造维度更高的规范群呢？其中SU(5)规范群的理论在理论上可以破缺到SU(3)*SU(2)*U(1)规范理论且同时是最简单的大统一理论，这就是说，如果SU(5)规范理论自身自洽，那么它应该是能同时描述强弱电三种相互作用。

但是这套理论存在一些问题，比如质子衰变的半衰期与实验不相符合。

为了消除或者软化矛盾，现在的大统一理论引入了超对称，形成所谓的超对称大统一理论。

超对称是对一般量子场论的对称性的一个扩充。

它将费米荷同玻色荷一起考虑进来。

玻色荷是量子场论的庞卡莱对称性的守恒荷，比如动量、角动量等是守恒荷。

而费米荷是引入的新的守恒荷，目前尚无实验证明之。

小编学习超对称的时候，觉得超对称是很优美的理论。

但是可惜的是，实验还未发现超对称预言的与玻色荷相伴随的费米荷。

乐观看法是，大型强子对撞机的能量太低（离普朗克能量差的老远了），超对称性仍然没有恢复，所以没有发现超对称伴随子。

这里要强调一下，大统一理论严格指的是四种相互作用的统一理论，但是由于历史缘故，物理学家基本上默认大统一理论是电弱强三种相互作用的统一。

而把连引力都能统一进来的理论叫——超统一理论。

目前能实现超统一的只有超弦理论。

超弦理论里存在两种类型的弦：开弦和闭弦。

开弦和闭弦的振幅与规范场和超引力的振幅具有相
似性。

所以物理学家认为，超弦理论可以统一规范场和引力。

但是由于弦理论的能标得在普朗克能量，所以目前无法证明超弦理论是否正确。

如果超弦理论是对的，那么四种相互作用理论就可以用一个拉氏量来表述，换言之，也就是有一套运动方程(不一定是一个方程)来描述所有的相互作用。

这里小编说一下，将四种相互作用统一起来，有其合理性但没有必然性。

合理性体现在，电弱统一是实验证明的，那么就没有理由认为其他相互作用不能被统一进来。

但是这没有必然性。

难道不统一起来，我们就不能解决物理问题吗？显然不是。