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大统一理论（grand unified theories，GUTs）。试图用同一组方程式描述全部和力（、、、四种人类目前所知的所有的力）的物理性质的理论或模型的总称。这样一种尚未找到的理论有时也称为万物之理，或TOE。这一种大统一理论的作用力是人们用灵性感知大自然的物质诞生力学，大统一四种力的模型在自然界也必定存在，它是物质生成的根本。外文名grand unified theories别&&&&称TOE应用学科物理适用领域范围物理
大统一理论并非完全荒唐可笑的梦想，因为在统一对物质世界的描述方面已经取得了相当成就。就在19世纪中叶，电和磁还被看成是两种独立的事物，但研究证明它们实际上是现在叫做的同一种的两个方面，可以用同一组加以描述。到20世纪中叶前，这一描述又改进到包括了效应，并以(QED)形式成为物理学家提出过的最成功的理论之一，它以极高精度正确预言了诸如电子等带电粒子相互作用的性质。 地球上的物体不管形状、大小如何，最终总要乖乖地落到地面上，原因是什么？天空中地球围绕太阳转、月亮围着地球转，原因又是什么？科学家经过艰苦的思索和研究，找出了统一的理论——。不论是地球上的物体，还是天空中的天体，都可以用万有引力来解释它们的运动。关于人们总结出理论，关于人们也总结出，物理学的各部分内容就是总结各种不同运动形式的规律和理论。这些规律之间能不能再总结出更基本的规律，解释更广泛的内容，这一直是物理学家关心的问题。现在，人们发现之间仅存在四种相互作用力，它们是万有引力、、强相互作用力、。宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释。进一步研究四种之间联系与统一，寻找能统一说明四种的理论称为大统一理论。
在他的《》中坦言，当今世界上可能会有些人在有生之年，发现大统一理论。但这个大统一理论并不是爱因斯坦最初想的大统一理论，不可能通过一个简单的美妙的公式来描述和预测宇宙中的每一件事情。因为是确定性和不确定性相互统一的，中测不准原理体现了不确定性。万有，乃任何有质体（即有质量之物）之间的相互吸引力。牛顿发现所有的东西一旦失去支撑必然会坠下，继而他发现任何两物体之间都存在着吸引力，而这引力更与的平方成反比，总结出。：电磁相互作用力乃是带电荷或具有磁矩粒子通过传递着相互之间的作用。发现了某种具有深远意义的事情——尽管表面现象不同，但是电和磁仅仅是同一个基本现象的不同的方面。 1861年，苏格兰理论家詹姆斯·麦克斯韦成功地把的发现转换成数学语言。其成果就是现在著名的麦克斯韦电磁方程组。这些方程阐明了电与磁实质上的统一性。：强相互作用力乃是让们结合在一块的作用力，人们认为其作用机制乃是间相互交换而产生的。 1973年，维尔切克，格罗斯，波利策三位物理学家用完美的数学公式提出了一种新理论。乍一看，他们的理论是完全矛盾的，因为对他们的数学结果的解释表明，间的距离越近，强作用力越弱。当夸克间彼此非常接近时，强作用力是如此之弱，以至它们的行为完全就像自由粒子。物理学家们将这种现象称为“”，即渐近不缚性。反过来也是正确的，即当夸克间的距离越大时，强作用力就越强。这种特性可用橡皮带的性质来比喻，即橡皮带拉得越长，作用力就越强。 渐近自由理论解释了质子和中子的成分夸克为何从来都不会分离。这一发现导致了一个全新的理论——的诞生。这一理论对有着重要的贡献。标准模型描述了与电磁力、强作用力、弱作用力有关的所有物理现象，但它并没有包括重力。在家的帮助下，物理学家终于能够解释为什么夸克只有在极高能的情况下它才会表现为自由粒子。在和中，夸克总是像“三胞胎”一样出现。：上个世纪末,在发现β衰变的时候,关于弱相互作用是一个不同的物理作用力的想法,其演化是很缓慢的.只有当实验上发现了其它弱作用,如μ衰变,μ俘获等等,并且理论上认识到所有这些作用能够近似地用同一个耦合常数来描述之后,这一看法才变得明朗起来,才产生了普适的弱相互作用的看法.只有在此之后,人们才慢慢地认识到,弱相互作用力形成一个独立的领域,或许可与万有引力,电磁力和强作用及亚核力等. 最早观察到的原子核的β衰变是弱作用现象。弱作用仅在微观尺度上起作用，其力程最短，其强度排在强相互作用和之后居第三位。其较差，许多在强作用和电磁作用下的守恒定律都遭到破坏（见），例如宇称守恒在弱作用下不成立。弱作用的理论是，弱作用通过交换中间(W+/-,Z)而传递。弱作用引起的粒子衰变称为弱衰变，弱衰变粒子的平均寿命大于10-13s。在提出以后，从20年代开始就致力于寻找一种统一的理论来解释所有相互作用，也就是解释一切物理现象，爱因斯坦晚年偏离物理界大方向自己研究大统一理论想通过“弱作用，磁场，强作用”来简单的解释宇宙直到他1955年逝世。他几十年的努力虽未成功，但却激励了后人。爱因斯坦在创建相对论时就意识到，自然科学中“统一”的概念或许是一个最基本的法则。还在30年代爱因斯坦就着手研究“大统一理论”，试图将当时已发现的四种相互作用统一到一个理论框架下，从而找到这四种相互作用产生的根源。这一工作几乎耗尽了他后半生的精力，以致于一些断言这是爱因斯坦的一大失误。但是，在爱因斯坦的中，“统一”的概念深深扎根于他的思想中，他越来越确信“自然界应当满足简单性原则”。虽然“大统一理论”没有成功，可是建立统一理论的思想却始终吸引着成千上万的物理学家们。60年代、温柏格、三位科学家提出，把弱相互作用和电磁相互作用统一起来，这种统一理论可以分别解释弱相互作用和电磁相互作用的各种现象，并预言了几种新的粒子，他们因此荣获1979年，1983年实验发现了理论中预言的粒子，进一步证明了理论的正确性。
今天我们已经知道自然界一共有4种相互作用，除了和电磁相互作用外，还有强相互作用和弱相互作用。这4种强度大小相差悬殊，作用范围也大相径庭。例如，引力的强度只有强相互作用力的100万亿亿亿亿分之一，但引力的作用范围却非常大，从理论上说可以一直延伸到无限远的地方，所以引力是长；而强相互作用力的范围却很小很小，只有1厘米的10万亿分之一，所以说强相互作用力是；弱相互作用力也是短程力，力程不到1厘米的1000万亿分之一，强度是强相互作用力的1万亿分之一；电磁力与引力一样是长程力，但它的强度要比引力大得多，是强相互作用力的1/137。4种在性质上看来有明显的差异，然而科学家们却在思索：自然界为什么有这4种相互作用？这4种相互作用是否只有差异而无共同之处？这4种相互作用能不能在一定条件下得到统一的说明？从科学史来看，第一个认真思索并付诸行动的是物理学家爱因斯坦。爱因斯坦在完成的理论建设后，就一直在考虑能不能把引力相互作用和电磁相互作用统一起来。
统一引力和电磁力几乎成了爱因斯坦中老年时期所要攻克的主要目标，然而遗憾的是爱因斯坦终究没有完成这一伟大的工程。自幼就崇敬爱因斯坦的十分赞赏。但是既然引力和电磁力的统一障碍重重，那能不能先统一其他呢？从60年代起，温伯格就着手弱相互作用与电磁相互作用的统一。统一之路并不平坦，温伯格甚至不清楚该从哪里入手。从50年代末到60年代，在基本粒子理论领域里，理论获得了较大的发展。例如，李政道和在1956年就已发现弱相互作用里的一种破缺对称性（即破缺手征对称性）。所谓对称性自发破缺理论，通俗地说，它认为一些不同的现象或规律可追溯到同一源头，最初有着共同的对称性，后来由于种种原因对称性被自发地破坏，这样我们就可以从对称性来研究它们的共性，从对称性自发破缺机制来研究它们的特殊性。1965年起温伯格也开始了关于对称性自发破缺理论的研究，并渐渐意识到这将是通向统一理论的合适道路。1967年秋，温伯格终于确定弱相互作用和电磁相互作用可根据严格的、但自发破缺的的思想进行统一的表达。他的理论结果发表在这一年的《》上，题目是“一个的模型”。
这是科学上第一个成功的相互作用统一理论。理论中所预言的中间玻色子W和Z，在1983年被找到。弱电统一理论的成功，肯定了统一思想的正确性，促使许多科学家进一步去研究把、弱相互作用和电磁相互作用统一在一起的大统一理论，以及把引力相互作用也统一进去的巨统一理论。70年代中期，人们进一步提出强、弱、电磁三种作用统一的大统一理论。大统一理论的结论之一是预言要衰变，这与实验结果有矛盾。大统一理论虽然还未获得成功，但是寻找四种统一的研究工作不会中断，人们仍在攀登这一高峰。将引力统一到这一图像中之所以如此困难，是因为引力与其他三种自然力相比极其微弱。不过，在某种意义下，引力和电磁力同样简单和易于处理，因为它只要求一种传达粒子，即无质量的。
约翰&马隆著《科学难解之谜》中的一段话说得非常清楚：“在基本粒子层面，引力基本不起作用。一个电子和的一个组成的氢原子，靠的不是引力，而是强度更大的电磁力。到底多大呢？大10^40倍。正如法国物理学家和作家蒂阿纳所说：‘如果没有电磁力，仅仅在引力的作用下的话，1个就将充满整个世界。引力非常微弱，不可能使电子和结合的如此紧密.......除非能将引力与其他三种力统一起来，否则就不会存在‘万物理论’，或者大统一理论这类的现代科学的圣杯。
将引力包括到TOE中的困难，可以通过考察四种基本力如何从一种统一的相互作用中‘分裂’出来而得到了解，物理学家认为这种‘分裂’应发生在宇宙由大爆炸中刚产生之时。与中介矢量玻色子和的本质差别之一，是光子没有质量，其他粒子却有质量。光子因没有质量而容易被创造，且能够(原则上)在整个宇宙范围内传播。传达和的玻色子则做不到这点。在一次相互作用中，‘创造’特定玻色子组所需要的质量是按照量子力学的测不准原理向真空借来的。但测不准原理指出，这些所谓的‘虚’粒子能够不时出现和随即消失，条件是它们不能存活过久以避免被‘注意’到它们的存在。这样一个粒子的质量越大，它在短暂生存期需要借用的越多，它也就必须越快地偿还债务。这就限制了玻色子在完成任务并消失之前运动所及的范围。但是，当宇宙很年轻时，它浸泡在原始火球的能量大海之中。只要这一的密度足够高，即使是胶子和中介矢量玻色子也能从火球抽取足够能量而变成真实的粒子，并在火球中到处游荡。那时，它们真正与光子等效，而不仅仅是类似；所有基本相互作用也都是同样强和远程的作用。但是随着膨胀和冷却，它们逐步失去部分能耐，变成了我们今天看到的局限在原子核内部的短程粒子。
在这幅图像中，引力仍然独树一帜。根据目前的最好理论，当作为整体的为时，引力与所有其他力一样强。 当宇宙开始平缓膨胀和冷却时，其他三种力仍然是统一的。但在开始之后秒、温度达到时，宇宙冷却到不能供养的载体，于是强力被局限在今天我们所见的距离以内。到秒时，温度为，宇宙冷却到无法维持中介矢量玻色子，于是也变成了。这是在整个宇宙的温度与地球上的迄今达到的最高相当的时期发生的——弱电理论之所以比QCD远为坚实可靠，这就是原因之一(因为能够与实验进行比较)。
由上述图像不难看出将引力包括到统一理论中的困难所在。然而有趣的是，还在发现强和弱两类相互作用之前，引力就已经与电磁力包括到一个统一理论中了！对统一理论的这一探讨，在两种‘附加’力发现之后很多年内基本上被人遗忘，而现在看来它算得上是长期追求万物之理征途上的领跑人。广义相对论用的曲率来描述引力。提出这一概念后不久，就发现用与爱因斯坦广义相对论等效的方程式来描述曲率时，就得到我们熟知的、与麦克斯韦方程式并列的爱因斯坦理论中的场方程式。几年以后的1920年代，引力和这种形式的统一甚至推广到包括了，这就是后来以两位开创此项研究的先驱科学家姓氏命名的卡鲁扎－克莱因理论。
计算中涉及增加额外的所有理论现在都叫做卡鲁扎－克莱因理论，但这种处理方法长期无人采用，因为，要把卡鲁扎－克莱因理论最初获得成功后就发现了的更复杂的弱和强相互作用效应包括进来，它要求的就不是一个而是好几个‘额外’维度。如果说光子是中的涟漪，那么(粗略地说)Z粒子就可以看成是第六维度中的涟漪，等等。
有两个原因使这类理论在1980年代再次流行。第一，构建大统一理论的尝试复杂到了令人厌烦的程度，其中有一些看来无论如何也必须增加才能进行下去。既然总归需要很多，为什么不用卡鲁扎－克莱因的办法呢？第二，数学物理学家开始对感兴趣，在弦理论看来，人们习惯视为点状粒子的实体可描述成一维‘弦’的细小片断(远远小于)。弦理论也只有在很多维度下才能‘工作’，但它给我们极为丰厚的回报——引力。
理论家们以推导各种描述这类多维弦相互作用的方程式自娱，他们发现有些方程式描述的封闭弦环正好具有引力描述所要求的性质——弦环实际上就是引力子。弦理论（string theory）是上的一门学说。的一个基本观点就是，自然界的不是电子、光子、和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈（称为闭合弦或），闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。弦论是现在最有希望将的基本粒子和四种统一起来的理论。、和物理学
超弦理论是物理学家追求统一理论的最自然的结果。爱因斯坦建立相对论之后自然地想到要统一当时公知的两种相互作用－－万有引力和电磁力。他花费了后半生近40年的主要精力去寻求和建立一个统一理论，但没有成功。现在回过头来看历史，爱因斯坦的失败并不奇怪。实际上还存在另外两种－－和。现在已经知道，中总共4种除有引力之外的3种都可有理论来描述，、弱和强相互作用力的形成是用假设相互交换“量子”来解释的。但是，引力的形成完全是另一回事，爱因斯坦的广义相对论是用物质影响空间的性质来解释引力的。在这一图像中，弥漫在空间中的物质使了，而弯曲的空间决定粒子的运动。人们也可以模仿解释电磁力的方法来解释引力，这时的“量子”称为引力子，但这一尝试却遇到了原则上的困难－－后的广义是不可重整的，因此，量子化和广义相对论是相互不自洽的。
目前，超弦理论最引人注目，但它距完成统一理论还相当遥远。粒子理论的一个重要探索方向是关于超对称统一理论的研究，其目标一是把大统一理论扩大到包括万有引力在内，从而把四种统一到一起来；二是探索和的内部结构，提出“亚夸克”模型，从而把为的和自旋为整数的玻色子统一到一起。
超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论，自然界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式。与以往和规范理论不同的是，超弦理论要求引力存在，也要求规范原理和超对称。毫无疑问，将引力和其他由引起的自然地统一起来是超弦理论最吸引人的特点之一。因此，从1984年底开始，当人们认识到超弦理论可以给出一个包容的统一理论之后，一大批才华横溢的年轻人自然地投身到超弦理论的研究中去了。在中，实际上有5种自洽的超弦理论，它们分别是两个IIA和IIB，一个规范为Apin(32)/Z2的杂化弦理论，一个规范群为E8×E8的杂化弦理论和一个规范为SO（32）的I型弦理论。对一个统一理论来说，5种可能性还是稍嫌多了一些。因此，过去一直有一些从更一般的理论导出这些超弦理论的尝试，但直到1995年人们才得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像。所有的五种超弦理论和M理论都是一个场基本的理论的不同极限
这一图像可以有用上图来表示。存在一个唯一的理论，姑且称其为M理论。M理论有一个很大的模空间（各种可能的真空构成的空间）。5种已知的超弦理论和十一维都是M理论的某些极限区域或是模空间的边界点（图中的尖点）。有关超弦对偶性的研究告诉我们，没有模空间中的哪一区域是有别于其他区域而显得更为重要和基本的，每一区域都仅仅是能较好地描述M理论的一部分性质。但是，在将这些不同的描述自洽地柔合起来的过程中我闪也学到了对偶性和M理论的许多奇妙性质，尤其是各种D－膜相互转换的性质。
在此我们不得不提到超弦理论成功地解释了黑洞的熵和辐射，这是第一次从微观理论出发，利用统计物理和量子力学的基本原理，严格了导出了宏观物体黑洞的熵和辐射公式，毫无疑问地确立了超弦理论是一个关于引力和其他相互作用力的正确理论
将5种超弦理论和十一维超引力统一到M理论无疑是成功的，但同是也向人们提出了更大的挑战。M理论在提出时并没有一个严格的数学表述，因此寻找M理论的数学表述和仔细研究M理论的性质就成了这一时期研究热点。
（Douglas，MR）等人仔细研究了D－膜的性质，发现了在极短距离下，D－膜间的相互作用可以完全由规范理论来描述，这些相互作用也包括引力相互作用。因此，极短距离下的引力相互作用实际上是规范理论的量子效应。基于这些结果，班克（Banks，T）等人提出了用零维D－膜（也称点D－膜）作为基本自由度的M理论的一种基本表述－－理论。
矩阵理论是M理论的非微扰的拉氏量表述，这一表述要求选取光锥和真空背景至少有6个渐近平坦的方向。利用这一表述已经证明了许多偶性猜测，得到了一类新的没有引力相互作用的具有不变的理论。如果我们将注意力放在能量为1/N量级的态（N为矩阵的行数或列数），在N趋于无穷大的极限下，可以导出一类通常的规范场理论。许多迹象表明，在大N极限下，理论将变得更简单，许多有限N下的自由度将不与物理的自由度耦合，因而可以完全忽略。所有这些结论都是在光锥坐标系和有限N下得到的，可以预期一个明显洛仑兹不变的表述将是研究上述问题极有力的工具。具体来说，人们期望在如下问题的研究上取得进展：
（1）的统计规范对称性应从一个更大的连续的规范对称性导出。
（2）时空的存在应与超对称理论中玻色子和费米子贡献相消相关联。
（3）当我们紧致化更多维数时，理论中将出现更多的自由度，如何从量子场论的观点理解这一奇怪的性质？
（4）有效的短（紫外）发散实际上是某些略去的自由度的红外发散，这些自由度对应于延伸在两间的一维D－膜，从场论的观点来看，这此自由度的性质是非常奇怪的。
（5）将M理论与联系起来。显然，没有太多的理由认为矩阵理论是M理论的一个完美的表述。值得注意的是矩阵理论的确给出了许多有意义的结果，因此也必定有其物理上合理的成分，这很像本世纪初完全建立前的时期（那时，普良克提出能量量子导出黑体辐射公式，提出轨道量子化给出），一些有关一个全新理论的迹象和物理内涵已经被人们发现了。但是，我们离真正建立一个完美自洽M理论还相距甚远，因此有必要从超弦理论出发更多更深地发掘其内涵。在这方面，超弦理论的研究又有了新的突破。
1997年底，马尔达（Maldacena）基于D－膜的近视界几何的研究发现，紧化在AdS5×S5上的IIB型超弦理论与大NSU（N）超对称规范理论是对偶的，有望解决强耦合规范场论方面一些基本问题如和手征对称破缺。早在70年代，特特（&tHooft）就提出：在大N情况下，规范场论中的平面将给出主要贡献，从这一结论出发，波利考夫（Polyakov）早就猜测大N规范场论可以用（非临界）弦理论来描述，现在马尔塞纳的发现将理论和规范理论更加具体化了。1968年维内齐诺（Veneziano）为了解决相互作用而提出了弦理论，发现弦理论是一个可以用来统一四种相互作用力的统一理论，对偶性的研究引出了M理论，现在马尔达塞纳的研究又将M理论和与规范理论（可以用来描叙强相互作用）联系起来，从某种意义上来说，我们又回到了强相互作用的这一点，显然我们对强相互作用的认识有了极大的提高，但是我们仍没有完全解决强相互作用的问题，也没有解决四种相互作用力的统一问题，因此对M理论、超弦理论和规范理论的研究仍是一个长期和非常困难的问题。大统一理论
在文明的历史中，人们有一种朴素的愿望，世界是统一的。
自然界中，有四种基本的作用力，它们分别是，电磁相互作用力，弱相互作用力和。大统一理论就是四种基本的作用力在理论上的统一，理论上的统一意味着四种基本的作用力拥有统一的起源，这就要追溯到宇宙之初，来寻求力的起源。
有理论认为，在10~-35秒，宇宙同一场分化出四种基本的作用力。这一观念推动人们不断地寻求大统一理论，尽管道路艰难。
在统一的道路上，做的最成功的是的电和磁两种相互作用的统一，以及和的统一，这是由温伯格和萨拉姆在格拉肖早期工作的基础上完成的。电磁力和弱相互作用力被统一成一种力，即电弱力，而电磁力和弱相互作用力则被看做一种力的不同表现形式。
时至今日，人们仍在寻求引力，电弱力和强相互作用力的统一，但最终都不成功。假如在宇宙之初，最先生成的应是引力，而不是四种基本作用力的统一体，这样会更有利于四种基本作用力的统一。
我们设想，引力是最先生成的力，跟据对称性原则，与之同时生成的还有反引力，引力和反引力是相互矛盾统一的，它们在宇宙中是相等的。
紧接着，随着时间的推移，宇宙中的引力和反引力的对称性开始被破坏，由反引力分化出电磁相互作用力，弱相互作用力和强相互作用力。三种基本的相互作用力都是反引力性质的力，它们是反引力的三种不同表达形式。这一点很像电磁力和弱相互作用力的统一，二者是电弱力的不同表现形式。
由引力和反引力的统一，我们得到了宇宙基本作用力的统一，可以说我们找到了力的起源。
存疑：物质与意识是现今社会对世界的基本二维表征。意即宇宙形成过程，应考虑这种情况。在统一论中，也应有所涉及。这样，半个世纪以来，发展的道路上留下了许多探索大统一理论的足迹。但是迄今为止，实际上当今世界上的人们向这方面的任何发展都遇到了阻力，谁也尚未能取得（大统一理论）的真正成功。对此，有的人甚至说，就是归并成功了，达到了人们所期待的单一化了，也无人能断言，它将成为包罗万象和综合性的兴趣的第一个现象。
然而，现在真正成为问题的是我们这里的一个十分逆反的观点：所谓大统一理论，首先反映的只是人们有关物理学方面的一个思想意向和主观愿望；至于真正的大统一理论内容究竟是什么或怎么样，到目前为止可能谁也不知道。而且我们还认为这是目前一个关于大统一理论问题的最基本的思想认识；离开了这个最基本的思想认识，一切大统一理论的基本认识都将是脱离实际的。因此前面介绍的那些人们关于统一场论的探索，可能只是人们在跟着感觉走，而事情的一个本来面目，则还远未被人们所了解。比如，一个极其严重的问题可能是，统一场理论或大统一理论，不一定就是强相互作用、弱相互作用、这四种自然力在现行上的机械统一；一个把全部物理学都汇合在一个大综合体里的大统一理论，也不一定是应用数学方法（包括重整化方法）把现成物理学知识做统一性的机械组合，等等。总之，我们估计，人们曾经的统一场理论研究，完全有可能在问题研究的对象、方法、立场和角度的出发点地方，一开始就弄错了。而如果我们要达到大统一理论的研究成功，那就可能首先要探索一条与客观事实相适应的物理学发展新道路。附：真空中单位统一表：
项目 SS制 SM制 SI制 真空中关系
s-2 m-2 N s-2=C-2m-2=HC-1N
速度 s/s ms-1 ms-1 s=Cm
加速度 s-1 ms-2 ms-2 s-1=Cms-2
质量 s-1 m-3s2 kg s-1=C-3m-3s2=HC-2kg
冲动量 s-1 m-2s Ns=kg ms-1 s-1=C-2m-2s=HC-1Ns
能量 s-1 m-1 Nm s-1=C-1m-1=HNm
动能 s-1 m-1 J s-1=C-1m-1=HJ
磁势能 s-1 s-1 J s-1=HJ=HKVe
电势能 s-1 s-1 Ve s-1=HJ=HKVe
电量 e 个 个 e=1.6*10-19K=1
注：1，C=3*108；H=6.63*10-27；K=库仑=6.25*1018；
2，时空曲度为Q的引力场中单位关系C’=C/Q，如：
s-1= Q3C-3m-3s2= Q2HC-2kg。
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　　力是我们经常用到但却极其费解的一个词，千百年来，人们对它的理解都是模模糊糊，不得要领的。但力却是物理学最基本的范畴之一，如果它没有确切的定义，很多问题就无法说清楚。现在，科技的发展使人们对自然的认识已经到了这样一个程度，使得我们可以给力下一个清楚明白的定义了。　　　　人们在运用这个概念时，通常有两种含义：　　　　一种是能力，诸如听力、视力、亲和力、鉴赏力、溶解力、化合力、破坏力，等等，很好理解。略去不谈。　　　　另一种是作为物理学上谓范畴的力，如万有引力、弱力、电磁力、强力等基本作用力。　　　　物理学对这四种基本作用力都有定义：　　　　万有引力是指由物体的质量引起的力，是宇宙大尺度秩序的根源之一。　　　　弱力是作用距离非常短的一种力，它作用于所有粒子，但不作用于携带力的粒子（有点自相矛盾？）。　　　　电磁力是带电荷的粒子之间的力，它是四种基本作用力中第二强的力。　　　　强力是基本作用力中最强、作用距离最短的一种力，它把夸克束缚在一起形成质子和中子，并将质子和中子束缚在一起形成原子核，是形成物质的最初原因。　　　　这些定义都为大家所公认，但力的本质究竟是什么？它的作用又是什么呢？　　　　物理学认为力是物体或者粒子之间的相互作用，它的作用是使物体或粒子的运动状态发生改变。　　　　这样的定义基本上不能说明什么问题，更无益于我们对这个概念的进一步认识。　　　　更本质地说，力是能量传递的一种形式。　　　　能量传递的形式有多种，如热传递、对流、辐射等直接传递，另外一种间接传递形式就是力。　　　　力是能量传递最普遍的形式之一。通过力的作用，把能量从一个物体（或粒子）传递到另一个物体（或粒子）。人们看不见能量传递的过程，只看见它的表象和结果，于是就把这种传递的过程叫做力的作用。　　　　那么，物体和粒子之间为什么必须有能量的传递呢？换言之，为什么会产生力呢？　　　　这是一个很艰深的哲学问题，不属于物理学研究的范畴，似乎也从来没有科学家或哲学家去研究过。　　　　在我的中学时代，我们曾学过很多规律、定律和定则。每个规律、定律和定则专门负责解决一个方面的问题。这真是麻烦。　　　　于是我和我的同学们经常致力于寻找这些规律、定律和定则的共同点，企图找到一个决定这一切的最高规律，而且最后居然被我们找到了！　　　　这条被我们命名为“平衡定律”的原理认为，一切物质的运动都趋向一个新的平衡。　　　　我们曾为自己的发现欣喜若狂，也请诸位念及我们都曾有一个叫做“青年”的共同的名字而理解我们那时的好奇心和求知欲，以及年少轻狂的本性。　　　　我们曾兴奋地向物理老师报告我们的发现，但老师反应很冷淡：“这有什么意义吗？高考会考这个吗？”　　　　于是我们兴味索然了。　　　　二十几年过去了。今天，在我阅读科学史的过程中，我越来越感觉到当年的我们并不像老师所说的那样幼稚。无数优秀的科学家，包括爱因斯坦和霍金这样的绝世精灵，也都曾穷其一生寻求宇宙的终极真理——所谓大一统的理论，并且都做出了某种程度的表述。只是他们的表述并不比我们的定律更加简洁、完整和耐用。　　　　是的，回顾科技发展史，纵观我们目前所能检测到的宏观宇宙和微观世界，我们再次得到这样一个结论：　　　　一切物质的运动都趋向于一个平衡。这就是当年被我们命名为“平衡定律”的宇宙最高原理。　　　　根据热力学第二定律，任何孤立系统的熵都会随着时间而增大。于是系统变得越来越不稳定，于是它就产生了寻找新平衡的趋势，这时，系统就必须向外传递能量。而力是传递能量的一种主要的，同时也是相当有效的形式。　　　　这就是力的起源。　　　　在四种基本作用力中，万有引力是最费解的一个。它通常被认为是由质量引起的，但人们无法说明质量何以会引起万有引力。至于为什么质量越大引力越大，就更是一个令任何科学家都一筹莫展的问题了。但是，如果我们适当地运用相对论和“平衡定律”，问题就可以迎刃而解。相对论公式E=mc^2（质能方程）表明质量和能量是等效的，质量其实只是能量的浓缩相，所谓“散而为能，聚而为质”，如是而已。有能量的系统总是会自发地增加熵值，从而破坏系统的平衡，所以有能量就会有能量的传递，于是就会有力；能量越大传递的强度越大，所以力就越大。力是能量传递强度的量度。　　　　所以准确地说，万有引力是由能量引起的。或者我们也可以模仿广义相对论的形式来表达。 爱因斯坦说：没有万有引力，只有时空弯曲。如果牛顿不生气，崇拜牛顿的科学家不生气，我们也可以这样表达：没有万有引力，只有能量传递。　　　　事实正是如此简单明了。　　　　任何一个物体或粒子都可以看成是一个能量系统，它通过推斥或者吸引别的系统来消耗自身的能量，从而维持自身的平衡。　　　　带正电的原子核是不稳定的，于是它吸引带负电的电子以建立一个平衡体系从而形成原子。带负电的原子团或离子是不稳定的，于是它吸引带正电的离子或原子团形成一个平衡体系，从而构成物质单元——分子。　　　　单独的天体是不稳定的，于是天体之间相互吸引构成星系。一个在极小区域里包含着无限能量的奇点是不稳定的，于是它爆炸形成宇宙，建立一个庞大的相对平衡的体系，并运用各种能量传递——力——来维持这个体系内部各部分之间的相对平衡，所以我们的宇宙在大尺度范围内才如此均匀。（宇宙在大尺度内如此均匀曾令所有科学家感到惊异，神学家则认为这是上帝的旨意。）　　　　综上所述，根据相对论和平衡原理，力的本质是能量传递；其作用也并非仅仅是使物体的运动状态发生改变，它的本质作用乃是通过传递能量的方式维持系统的平衡。　　　　从这个意义上讲，四种基本作用力是统一的。　　　　分类： |