宇宙大统一理论的发展过程以及发展瓶颈是什么

宇宙大统一理论的发展以及发展瓶颈

——灵遁者

距离我写完《变化》和《见微知著》有些日子了，很多网友发现了，这两本科普书籍夹带了很多“私货”，这是一些网友的原话。我一直在想，我为什么写作，是因为我有思想。所以必须说出的自己的想法。倘若不容许我说出自己的想法，那么肯定不会有这两本书。

我其实不是一个爱说大话的人，所以如果你真正读过这两本书，我相信你会赞同我不是个爱吹牛的人。我也有自知之明，缺乏数学能力以及非科班出身是“硬伤”。但我从不后悔，写这两本书，就像我书中写的，我提供了一种思考方式以及提问方式。我希望给大家带来是启发比知识多。将来你们写的《变化》一定比我写的严谨，比我写的好。

爱因斯坦那么伟大，还有人质疑他的理论是有缺陷的。这好吗？这没有什么不好，因为权威对于科学来说不需要。科学不需要统治者，宗教时代已经过去。再不会出现哥白尼和伽利略式的迫害。也希望不会出现牛顿式的权威。这里说的牛顿式的权威，是指牛顿支持光的微粒说，导致光的波动说一直抬不起头。从胡克，波义耳，惠更斯，菲涅尔，马吕斯，直到托马斯杨的衍射实验的出现，才使得牛顿的支持者开始重新审视光学的研究。后来再经过赫兹，普朗克，爱因斯坦大家才发现光具有波粒二象性。

所以从历史发展来说，好的科学环境应该具备以下两点要求：一是环境宽松，允许讨论和争论出现；二是勇于给新声音新台阶，不惧怕问题，不论资排辈。执政者需要经验，但对于科学家而言，创新就是要提出新问题，打破旧的经验思想习惯。你如果细心观察的话，大多数做出伟大科学理论创新的人，80%是在40岁，甚至30岁之前完成的。这只说明一个问题，思想的活跃性对于研究来说，至关重要。

所以我建议现在正在读初高中，大学的朋友，如果真的对科学感兴趣，就不要觉得你还小，你还年轻。趁着年轻，就多学，多想，你肯定能想到别人想不到的东西，而这些就是科学需要的。当然你可能会错很多次，被很多人骂，这不要紧。在科学上，别人对你有非议，在我们看来不是一件坏事。所以大胆一点，勇敢一点。杨振宁和李政道先生如果不大胆，不勇敢，怎么能提出宇称不守恒理论呢？

好了，该回到正题了。这一章的标题《宇宙大统一理论的发展以及发展瓶颈》。这是一个读者留言的建议，说感觉缺这么一章。其实我自己怎么会没有想到这个问题呢？细心的朋友，应该读到了，我是赞同大统一理论的方向的。只是我没有单独拿出来写一章，说说人类关于这方面的努力，以及现在遇到的瓶颈。其实我倒并不感觉缺少这么一章，如果说缺的话，缺少的章节就太多了。就像我说的，我们的问题，永远不会有最后一个。

首先说说，为什么赞同这个大统一理论的方向，原因很简单，联系是普遍的，必然的。那么对于宇宙而言，就应该存在一套可以描述整体宇宙运行的“语言”，该“语言”就是大统一理论。

而在整体宇宙上的观点，我在书中写的

很明了，宇宙是一个开放的非线性波动系统。

注意三个关键词：开放性，非线性，波动性

系统。

1、开放性是说种种迹象表明，宇宙不是

一个封闭的系统。热力学第二定律就很好的

指明了这一方向。也就是说它有某种意义上

的无限性。主要是时空上的无限拓展性。其

实我不大愿意，说宇宙在时间和空间上是无

限的。因为时间和空间难以分割。

但人们的受思维习惯限制，可能更容易

理解宇宙在时间和空间上是无限的。为了好

理解，这样说是可以的。

2、非线性，是相对于线性来说的。在自然规律中绝对线性的关系其实寥寥无几。非线性关系才是描述大自然规律的重要工具。通常是这样定义的：非线性即变量之间的数学关系，不是直线而是曲线、曲面、或不确定的属性，叫非线性。

非线性是自然界复杂性的典型性质之一;与线性相比，非线性更接近客观事物性质本身，是量化研究认识复杂知识的重要方法之一;凡是能用非线性描述的关系，通称非线性关系。线性意味着系统的简单性，但自然现象就其本质来说，都是复杂的，非线性的。

而大家在想到非线性理论的时候，应该想到它的给近义词，叫混沌理论。混沌理论是一种兼具质性思考与量化分析的方法，用以探讨动态系统中无法用单一的数据关系，而必须用整体，连续的数据关系才能加以解释及预测之行为。关于混沌理论有这样一句话："一切事物的原始状态，都是一堆看似毫不关联的碎片，但是这种混沌状态结束后，这些无机的碎片会有机地汇集成一个整体"

混沌一词原指宇宙未形成之前的混乱状态，古希腊哲学家对于宇宙之源起即持混沌论，主张宇宙是由混沌之初逐渐形成现今有条不紊的世界。在井然有序的宇宙中，西方自然科学家经过长期的探讨，逐一发现众多自然界中的规律，如大家熟知的地心引力，杠杆原理，相对论等。这些自然规律都能用单一的数学公式加以描述，并可以依据此公式准确预测物体的行径。

近半世纪以来，科学家发现许多自然现象即使可以化为单纯的数学公式，但是其行径却无法加以预测。如气象学家Edward Lorenz发现简单的热对流现象居然能引起令人无法想象的气象变化，产生所谓的"蝴蝶效应"。60年代，美国数

学家Stephen Smale发现某些物体的行径经过某种规则性变化之后，随后的发展并无一定的轨迹可循，呈现失序的混沌状态。

这说明什么呢？这就说明自然现象用单一公式和数据描述，属于近似线性关系。绝对的线性关系，多只是数学游戏，不代表现实世界。就像π，引力常数，精细结构常数，自然数e等等，都是无穷小数，而计算又离不开这些符号，所以计算怎么能得到绝对的结果呢？所以非线性关系才是更普遍的。

混沌理论又有点像老子描述的“道”，但这是一种从哲学上理解的途径，和科学还是有区别的。

所以非线性就意味着，宇宙的

大统一理论不会是一个单一的公

式，或者单一的描述，它是复杂的，

一套彼此连接的理论。就像目前标

准模型所发展的模样，它是一个大

的规范群，是一个规范群为SU(3)

×SU(2)×U(1)的规范场论。而那个

大统一理论，就是包含这个规范群的。现在的瓶颈就是这个规范群并没有包含引力理论。后面给大家详细说说这个发展过程。

3、所谓波动性系统，就是它是一个动态，变化的，运动的系统。宇宙处于时刻变化之中。

接下来就说说规范群为SU(3)×SU(2)×U(1)。最早包含规范对称性的物理理论是詹姆斯·麦克斯韦的电动力学。麦克斯韦在他的论文里特别提出，这理论源自于开尔文男爵于1851年发现的关于磁矢势的数学性质。但是，该对称性的重要性在早期的表述中没有被注意到。大卫·希尔伯特假设在坐标变换下作用量不变，由此推导出爱因斯坦场方程时，也没有注意到对称性的重要。

之后，赫尔曼·外尔试图统一广义相对论和电磁学，他猜想尺度（“规范”）变换下的“不变性”可能也是广义相对论的局部对称性。后来发现该猜想将导致某些非物理的结果。但是在量子力学发展以后，外尔、弗拉基米尔·福克（俄语：Vladimir Fock）和弗里茨·伦敦（英语：Fritz London）实现了该思想，但作了一些修改（把缩放因子用一个复数代替，并把尺度变化变成了相位变化—一个U(1)规范对称性），这相应于带电荷的量子粒子其波函数受到电磁场的影响，给定了一个漂亮的解释。这是第一个规范场论。泡利在1940年推动了该理论的传播。

1954年，为了解决一些基本粒子物理中的巨大混乱，杨振宁和罗伯特·米尔斯引入非交换规范场论，来建构将核子绑在原子核中的强相互作用的模型。（Ronald Shaw，在阿卜杜勒·萨拉姆指导下，在他的博士论文中独立地引入了相同的概念。）通过推广电磁学中的规范不变性，他们试图构造基于（非交换的）SU(2)对称群在同位旋质子和中子对上的作用的理论，类似于U(1)群在量子电动力学的旋量场上的作用。在粒子物理中，重点在于量子化规范场论。

该思想后来被发现能够用于弱相互作用的量子场论，以及它和电磁学的电弱统一理论中。当人们意识到非交换规范场论能够导出渐近自由的时候，规范场论变得更有吸引力，因为渐近自由被认为是强相互作用的一个重要特点，因而推动了寻找强相互作用的规范场论的研究。这个理论现在称为量子色动力学，是一个SU(3)群作用在夸克的色荷上的规范场论。这样标准模型用规范场论的语言统一