現代物理現在正面臨著巨大分歧，因為現代物理學的兩大支柱：

量子力學和廣義相對論是相互矛盾的。研究巨大物體與天文學的廣義相對論和研究微小粒子的量子力學二者各自發展出了豐富的成果，每當我們需要在一個自然問題上檢驗其成果的時候就會發現，大自然一邊對廣義相對論說“你是對的”，一邊又對量子力學說“你是正確的”，但為什麼它倆研究的根基卻是相互矛盾的呢？

偉大的大統一之路

當兩個不同理論出現分歧時，用一個新的理論將它倆同時解釋是物理史已經發生過很多次的事情了：

當描述地球上物體運動的伽利略物理學和描述天體運動的開普勒物理學出現矛盾時，牛頓挺身而出將它們統一了，提出了萬有引力；

麥克斯韋和法拉第則把原本看似不相干的電與磁統一起來，找到了電磁場方程；

麥克斯韋的電磁場與牛頓力學又出現了衝突，是偉大的愛因斯坦用狹義相對論將它們納入同一個公式中，之後愛因斯坦又創立了廣義相對論來解決牛頓力學和狹義相對論的衝突。

世間萬力，如今已經被簡化成4種力了，分別是強力、弱力、電磁力、引力。愛因斯坦的餘生都致力於將它們統一起來，但是最終並沒有成功。所以現在有無數物理學家在為了尋找這一究級答案而奮鬥著，這就是浪瀾壯闊的“大統一理論”探索之路。它是如此地關鍵且本質，是我們人類接近世界真理的最後一扇大門，所以也被稱之為“萬物之理”、“科學終級理論”。

經過近百年的研究，現在物理學家們已經基本完成了強力、弱力和電磁力的統一。現在唯一的還沒有解決的是引力，它和其他幾種力相比實在是太奇怪了，引力的強度極弱而作用範圍近乎無限（別被弱力的名字欺騙了，它是引力的10^25倍）。況且以上三種力都是在量子力學內部消化的，和廣義相對論有衝突問題的引力還沒有可靠的解釋理論。

引力如何難住量子力學

在很久以前，人們是怎麼認識磁場所產生的力和重力的呢？牛頓在他的書中是這麼定義的：引力是一種超距離作用力。說白了他就是認為這是一種類似“虛空感應”的作用方式，不需要實體。那個時代的人們對磁場的普遍認識也是“一種看不見摸不著的超距離作用”，我想，可能現在絕大多數人對於它們的認識也和幾百年前沒有區別吧。

但是後來人們發現了幾個現象：

• 磁場可以產生電場，電場也可以產生磁場，。
• 電場和磁場可以相互感應，產生電磁波。
• 光的本質是電磁波，擁有波動性。
• 光還擁有粒子性，也就是大家都知道的光子。

我想這些學過高中物理的朋友應該都有印象，那麼你們有沒有想過，這幾個相互關聯的結論如果把中間部分去掉，首尾相接就會得到一個非常奇怪的結果：磁場是由光子組成的。

這是真的嗎？沒錯，是真的！雖然看上去非常彆扭，但是這就是量子物理學的巨大成果之一：電磁場不是什麼“超距離感應”的不合理存在，電磁場就是量子場，是由量子組成的，電磁場的量子就是光子，而電場和磁場不過是同一個物質的兩種表現形式罷了（我們能看到光子種類很少，能量更小或更大的光子和我們視網膜上的色素不會產生相互作用）。

所以當兩塊磁鐵相互排斥時，你可以理解為有兩束光子流因相互衝擊而產生了作用力（其實沒這麼簡單）。也就是說，這些看不見的作用力在量子力學裡被破除了神秘，它們都只是極細小的粒子直接相互作用而產生的效果。後來物理學家們也找到了傳遞強力的量子（膠子）和傳遞弱力的量子（弱玻色子），這讓量子物理學家大展精神，它們似乎無所不能。事實上量子物理學確實差一點兒成了物理終級神器，在量子力學方程誕生後的幾十年間，物理學家們每一天都像是活在大年三十一樣，每當出現了一個新的問題，只要直接用量子力學的方程進行計算就可以得到答案，而且答案總是對的。

舉個例子，現代化學有一張元素週期表，它把元素按電荷數量進行的排序，但是我們一直不明白為什麼這些元素會有這些獨特的性質，比如1號元素氫是比較活波的，但是2號元素氦卻是極端地不活波，可是3號元素鋰又變得非常活波了。這之間到底發生了什麼？為什麼它們的性質不是平緩變化而是突然改變的？為什麼有些元素是金屬但是有些不是？

這時只需要用量子力學的方程算一算原子核，就會得到一些整數解，再拿出元素週期表一參考，物理學家們就會發現這些數的週期和元素週期表的特性完美地契合了！這數其實就是電子軌道。如比第一個解是2，這就代表著在原子核外第一個可以容納電子的地方最多可以同時存在兩個電子，所以二號元素氦沒有孤立的電子而特別穩定。量子力學完美地破解了元素週期表的秘密！

那麼這麼神奇的量子力學為什麼不能搞定引力呢？因為如果假設引力也是由量子場引發的，那麼就會存在名為“引力子”的東西，但是事實上無論怎麼計算物理學家都找不到一個可以合理描述引力子的方程。這其實很好理解，因為量子場的特徵和現實世界還是很像的，如果一個場是全方向擴散的，那麼必然會衰減的很快。但是引力卻十分不同，它本身極微弱，卻極難衰減，可以近乎無限地傳播下去，量子的“直接作用”就根本沒法解釋它了。

相對論哪裡不足

廣義相對論對於解釋引力的現象是非常在行的，它的方程可以完美地計算引力，並完美地解釋了一些特殊的天文現象（水星近日點進動）並和預言天體（黑洞）。但是相對論的基礎和量子力學是完全不一樣的，它認為引力場就是時空本身，而引力的本質則是巨大質量的物體可以從“幾何學”的角度扭曲時空， 這就產生了一種“物體自發地向扭曲更厲害的方向掉落”的現象。

也就是說，廣義相對論中的時空觀是連續沒有間隙的，不需要什麼物質支撐的。這樣一來問題就很明顯了，總結一下就是：

• 量子力學：一切場包括引力場理應是量子場，而量子場本質是不連續的。
• 相對論：引力場是固有存在且連續的，引力是時間和空間的扭曲造成的。

雙方現在都處於困境之中，相對論雖然好用，但是卻沒法詳細解釋“引力場（時空）的本質是什麼”，只能精準地對它進行描述而已，就好像我們可以計算沙子的流動性和剛性，但是卻不知道它能同時擁有這兩種特性的本質——沙子是細小的固體。

而量子力學在以往的歷史中雖然戰無不勝，卻找不到能把引力場納入麾下的公式，而且到目前為此我們已經可以明白用現有的量子理論根本沒辦法解釋，怎麼找都是徒勞的。這種雙方不相容而且都無法幹掉彼此的困境就是“大統一理論”之路目前停滯不前的原因。

兩個希望之星

那麼這麼多年物理學家們有沒有想什麼辦法去解決這個難題呢？有，我可以簡單地介紹一下

1、弦理論。這是一種用數學強行打通任督二脈的方法，邏輯其實也不難理解：你量子不是衰減的快麼？我就用更多的公式來近一步拆分你量子的公式，通過數學的方法構建一個（非常複雜的）公式，這個公式既可以變形成量子的公式，也可以變形成引力的公式，然後再來分析這個公式，解讀（猜測）公式中的每一個結構都是什麼意思，最後對於這個公式的理解是萬物都由一個個閉合且振動的弦組成，所有的基本粒子和現象都是這些弦不同頻率振動而顯示的表象而已，這就是弦理論。

但是目前看來它的希望不是很大，因為在構建這個公式時，為了自圓其說，只能不斷增加維度，最後硬是加到了11維，有一種非常“刻意而為”的感覺在裡面。而且弦理論預言的質子衰變和一些奇奇怪怪的粒子到現在也沒有被發現，它只是一個數學上已經成功而實驗上無法證明的尷尬存在。

2、

圈量子理論。這個理論我個人更青睞一點，它的思路是把空間單獨地量子化，和其他的量子場不一樣，它強調空間本身就是由“空間量子之海”組成的，相對論中的空間扭曲就是讓這些極小的空間量子出現了扭曲，因為它們太小了，所以看上去時空就像是連續的一樣。這個理論的優雅之處就在於它不需要給世界增加額外的粒子，公式也非常地高效簡潔

但所有好事不可能被它一個給佔盡了，要接受它也是需要付出一定代價的，那就是顛覆你對於這個世界的認識——把時間給幹掉！是的，在圈量子理論的公式里根本沒有t這個單位，這個理論不承認時間的地位，廣義相對論告訴我們每個位置的時間不一樣，而圈量子理論認為每個空間量子的時間都是不同的，所以時間根本不能算一個基本變量，只能算是一個類似平面幾何中輔助線的參考變量，這可真是有夠瘋狂的！

有關圈量子理論其實還有很多很多有趣的東西，限於篇幅我就不展開講解了，我會在下一篇中給大家介紹一下這個想幹掉時間的“瘋子”到底是什麼來頭，感興趣的就關注我吧！我是酋知魚，我們下一篇再見！