為什麼要四大基本力？

關於這個話題，其實我們要想搞懂“統一四大作用力”的意義，我們其實要搞懂兩個問題：

• 為什麼要“統一”？
• 為什麼是“四大作用力”

首先，我們要說一說“統一”的事，對於物理學家，尤其是理論物理學家而言，他們都有一個夢想，那就是提出一個大一統理論，這個大一統理論其實就是把所有的物理學理論用一個理論來描述，這個夢牛頓做過，愛因斯坦也做過，只不過他們都失敗了。不過，之所以牛頓、愛因斯坦都名垂青史，是因為他們統一了一部分。

• 牛頓統一了天上和地上的物理學。（在牛頓之前，人們認為天上和地上用的是兩套不同的理論）

• 愛因斯坦則統一了“時間”和“空間”，除此之外，還統一了“能量"和“質量”。

其實，歷史上還有一位和牛頓和愛因斯坦齊名的理論物理學家，那就是麥克斯韋，他統一了“電”和“磁”。

所以，我們會發現，歷史前三的理論物理學家都實現了一部分理論的統一，並且他們都是單打獨鬥完成的。這足以說明“統一”這件事有多重要。

那為什麼要統一“四大作用力”呢？

如果我們有一把神砍刀，然後把物質不斷地砍下去，切到最碎最碎，直到根本砍不下去為止。那會剩下什麼呢？其實叫做：費米子。不知道是什麼，沒有關係，費米子其實是一類物質粒子的統稱，我們熟悉的夸克和電子其實就是費米子。

也就是說，它們是組成物質的最小單位。可是你想沒想過，這些粒子是如何組到一起的呢？也就是說這個“膠水”到底是什麼？

根據我們現在對於宇宙的理解，這個“膠水”就是四大作用力。

強力和弱力，你可以粗暴地理解成它們是構成原子核的膠水，同時確保電子不會進入原子核內的作用力，（這裡補充一下，電子不會進入原子核和弱力有關，也和泡利不相容原理有關。）而引力其實很好理解，是聚合物質的一種力，和質量有關。電磁力是我們日常生活中接觸的最多的力，我們接觸到的只要不是引力的，都是電磁力在其中作用，小到你現在能拿得住手裡的手機，大到我們觀測宇宙中的各種天體，都是電磁力在起作用。

科學家通過粒子物理標準模型將強力、弱力、電磁力統一了起來，其中這些三個作用力都是通過玻色子來實現傳遞。

• 強力是由膠子來傳遞；（補充一下，還有一種強力是由介子來實現傳遞的）
• 弱力是由W玻色子和Z玻色子來傳遞；
• 電磁力是由光子來傳遞。
• 粒子的質量是由希格斯玻色子來傳遞。

（實際上，這裡我隱去了“場”的概念，這是為了方便理解。）

所以，我們會發現，三個作用力就是通過一套理論來描述了，距離成功就差一步。還差一個“引力”沒有被納入到粒子物理學標準模型當中來，很多科學家都爭先恐後地想要把最後這個“引力”並進來，也就是“引力子”理論。結果，很遺憾，都是以失敗告終。科學家是講究和現實擬合的，而廣義相對論對於引力的描述實在太精確了，遠不是“引力子”理論能比擬的。所以，現實的情況是三個作用力被統一在一起，而引力由廣義相對論來單獨描述。（

遠超牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋

如果有人可以真的把四大作用力完成統一，說白了就是實現了我們如今認為的大一統理論。

當然，你也應該明白了，牛頓，愛因斯坦，麥克斯韋只是統一了一部分，如果有人統一了四大作用，按理說就是統一了整個物理學，因此，真有這樣的人，那這個人在物理學史上的地位是要超過前面這三個人的。

可能的理論：弦論

目前來看，要用粒子物理學標準模型來統一四大作用力的可能性已經不太大了。更多的人是把希望寄託在了弦論上了。但我們還是要說，物理學其實是一門注重實際和理論相互擬合的科學，對於物理學而言，實驗和觀測是十分重要的。可是弦論描述的對象實在太小太小了，我們現在最精確的儀器的誤差都要比它大多好幾個數量級。所以，我們根本無法通過觀測和實驗來驗證這個理論是不是正確的。

個人看法：認知是沒有終點的

我很少在自己的科普中寫自己的看法。這個話題我想簡單說兩句。我個人認為這個“大一統理論是統一四大作用力”的想法或許是有問題的，因為基於科學家對於目前宇宙的認識。可是，我們要知道的是，我們對於宇宙是知之甚少的，我們有太多太多的問題沒有解決，我們連暗物質、暗能量到底是什麼都搞不清楚，可它們佔據了宇宙總量的95%以上；

我們還不知道宇宙大爆炸初期發生的事情，我們不知道得太多太多，這是源自於人類的視野是有限的。

翻看科學史的發展，我們就能知道一件事情，人類科學的發展每當向前邁一步，人類就變得更加渺小和無知，這完全是因為“這一步”雖然讓我們知道的越多了，但同時也讓我們發現自己不知道的更多了。

• 最早，人類認為地球是宇宙的中心，一副唯我獨尊的模樣。結果哥白尼橫空出世，把太陽移到了宇宙的中心，把地球降級成一顆“行星”。

• 後來，沒有過多久，牛頓橫空出世，讓我們知道太陽也不是宇宙的中心。宇宙或許可能是沒有中心的，或者說處處是中心
• 再後來，達爾文橫空出世，他讓我們知道，生命的發展史其實是一部演化史，什麼人定勝天都是胡扯，是自然選擇了人類，人類並沒有什麼了不起。

• 接下來，隨著觀測的進行，人類對於宇宙的尺度有進一步的瞭解，我們開始發展，愛因斯坦等人的研究讓我們明白“光速對於宇宙的意義”，也讓我們知道，我們其實只是看到一小部分的宇宙，它的尺度達到了930億光年，我們叫做
  可觀宇宙。如果你要問，地球在可觀測宇宙屬於什麼位置，很抱歉，在可觀測宇宙的尺度下，銀河系都是可以忽略不計的（銀河系和可觀測宇宙有接近6個數量級的差異。）

• 同時，更多的觀測器的發展讓我們清楚一件事情，宇宙還在加速膨脹，而且宇宙中有很多我們看不到的物質，宇宙大概率是無限大。

所以，認知宇宙是沒有止境的，不可能這麼快就窮極了一切。所以，我認為並不存在最終那個可以統一一切的科學理論。因為很有可能人類還沒有完全看透宇宙時，就已經滅絕了。

近代科學發展至今，一個個發現和一個個理論都指向了一個事實：人類是多麼的渺小。但人類同樣也是偉大，如果把宇宙的138億年看成是1年，從牛頓至今不過0.8秒鐘的時間，但我們僅僅用這0.8秒就知道了如此多的宇宙往事。

同樣，放眼到個人，我們都是渺小的，如果我們還是把宇宙的138億年看成是1年，假設一個人的一生有80年，那一個人一生只佔到了0.2秒而已。