在这个没有信息发达的时代，我相信大家都曾听说过宇宙的终极理论。这就是我将在本文中讨论的内容。
所谓的万物理论(TOE)是一个无所不包的连贯的理论框架，他把所有物理学统一起来，解释宇宙。但是不要太激动！万物理论不能预测你会和哪种类型的女孩约会，也不能预测上帝是什么。
万物理论
从技术上讲，万物理论意味着将所有目前已知的宇宙力统一为一种力。这些力是引力、弱相互作用(导致元素放射性衰变的力)、强相互作用(导致原子内核子结合的力)和电磁力(让你读这篇文章的力)。
早在古希腊时期，就有一种统一宇宙基本物理方面的基本思想。它们是土、火、空气和水。他们相信，从根本上说，大自然是由土、火、空气或水的某些复杂的相互作用构成的。直到今天，基本的思想没有改变，只是现在的物理学家的目标是统一上一段提到的力！
快进到牛顿时代，17世纪晚期。牛顿可以被认为是现代开始寻找万物理论的人。他成功地解释了伽利略关于地球引力的物理学，开普勒关于行星运动和海洋潮汐的观点，这些都是万有引力理论的产物。你们可能知道这是一个超距作用的例子。进入19世纪。1814年，拉普拉斯在牛顿思想的基础上建立了一个“预言式”的万物理论。他说：
某个超级智者在某个时刻知道使自然运动的所有力量以及组成自然的所有元素的所有位置，如果该智者足够大的分析能力和计算能力，他将可以预测一切，对于这样的智力，没有什么是不确定的，未来就像过去一样存在着。——《概率哲学》，导论，1814年
然而我们知道，由于量子力学的不确定性，这个智者注定会失败。这里还涉及一个很深的哲学问题或数学问题，即无限精度问题。比如一个例子在欧式空间的位置是可以精确到小数点后1万位，加上其他附加初始条件（力等等），预测这个粒子两天后的位置或许是精确的，但仍然不是百分百精确，如果预测一年后的位置呢？更何况，大自然有无数个基本粒子组成，如果精度不是无限的，预测也将是失败的。
19世纪50年代，电磁学之父法拉第也曾试图将引力与电和磁力结合起来。很显然，失败了。19世纪60年代末，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔完成了另一项了不起的壮举，解决了寻找万物理论的未解之谜。他设法把电和磁的相互作用统一成一种美丽的力，称为电磁力。正如你所知道的，麦克斯韦方程组很美，任何一个物理学毕业生都会同意。
进入20世纪……
20世纪是现代物理学的黄金时代。阿尔伯特·爱因斯坦最著名的理论——狭义相对论和广义相对论在20世纪炸锅了。爱因斯坦改变了人们对主流物理学的看法。他提出了狭义相对论，广义相对论是牛顿运动定律的延伸，但适用于接近光速c的相对论速度。在这篇文章中他发现了最著名的方程，E = mc^2。
这是开创性的。我们意识到，这个等式告诉我们物质和能量是等价的。狭义相对论不能解释物体在加速参考系中运动，因此爱因斯坦发展了广义相对论。广义相对论也修正了牛顿的万有引力理论，但爱因斯坦的相对论使我们理解了万有引力更深层次的非直觉意义。他定义引力不是一种力，而是时空本身的曲率，是由一个巨大物体的存在引起的。
正如爱因斯坦后来所说，广义相对论发展的原因是狭义相对论偏爱惯性运动，而一个从一开始就不喜欢任何特定运动状态的理论对他来说似乎更令人满意。因此，1907年，当爱因斯坦还在专利局工作时，他有了他所谓的“最快乐的想法”。他认识到相对论原理可以推广到引力场。
当爱因斯坦因为他开创性的论文而越来越受欢迎时，量子物理学开始成形。爱因斯坦不喜欢量子力学的框架，尽管他在试图证明量子力学的一些结论是错误的同时，也对它做出了巨大的贡献。他和其他对量子物理学（如薛定谔）一起预测了纠缠。
爱因斯坦本人，看到他的理论的成功，决定把广义相对论与电磁学统一起来。在他的时代，弱核力和强核力没有被完全了解，因此他发现相对论和电磁学更有趣。他花了最后30年的时间试图提出一个统一的场论。不幸的是，他没有成功。与此同时，量子力学对物理学产生了革命性的影响，狄拉克、泡利、薛定谔等人在这方面做出了大量贡献。
在20世纪并不奇怪，爱因斯坦死后，弱相互作用和强相互作用被统一了。这在粒子物理学的标准模型中达到了顶峰，该模型在预测方面是最成功的物理框架。有了像研究量子场理论的理查德·费曼这样的聪明人，物理学家们决定重开爱因斯坦未完成的工作，以找到一个统一的理论。尽管还没有直接的实验证据，物理学家们相信弱、强和电磁力可以在非常高的能量下统一，他们称之为大统一理论(GUT)。所以，如果你跟着做，你会意识到把核力和引力统一起来，就会得到挖万物理论。
这把我们带到了，当今典型的物理学家的工作。物理学中尚未解决的问题。我之前可能有点专业，但是让我给你们一个快速的概述，是什么推动了现代物理学方法中终极理论的探索。我们知道，有确凿的证据表明，我们的宇宙曾经处于一种非常热的稠密状态，一颗沙粒的大小，砰！大爆炸产生了我们现在观测到的宇宙中的所有物质——行星、恒星、星系和星系团。
逻辑告诉我们，在一个沙粒大小的宇宙中，所有的四种力必须作为一个整体存在。这就是物理学家们所追求的——找到在这个沙粒宇宙中显现的物理定律。同样，广义相对论也预言了黑洞的存在：时空被扭曲得如此厉害，以至于光本身无法从黑洞中逃逸。相对论具有讽刺意味地预测了黑洞，但在黑洞内部，它的方程被打破，这意味着它们开始产生无穷大。主要由斯蒂芬·霍金领导的研究黑洞物理学的量子方法被提出，给我们带来了霍金辐射现象。所以你看，万物理论可能会让我们对这些时空怪物的内部运作有更深的了解。
试图找到万物理论
人们提出了几个抽象的理论，试图破解大自然及其运作。最流行的尝试是弦理论。弦理论是一种严谨的数学物理理论，它试图将四种力统一为一。到目前为止，我们知道在亚原子粒子的最小尺度上是夸克，夸克构成质子和电子等。弦理论进行了更深入的研究，并解释了基本粒子是由微小的振动“弦”组成的。这些弦的不同振动模式产生了不同的粒子。你可以想象小提琴振动的琴弦，不同的模式产生不同的曲调。物理学原来是由不同振动模式产生的音乐的交响乐。但弦理论还没有做出任何直接的预测，这让其他科学家产生了怀疑。
更糟的是，它预测我们生活在一个11维的宇宙中，其中4个(3个空间维度和1个时间维度)在日常生活中出现，其他7个是非常小的卷曲维度。这很难理解。弦理论的7个小维度被认为是非常小的以至于在宏观尺度下是看不见的。
同样令人震惊的是，弦理论的十一维时空理论预测了宇宙有10^500个，我们的宇宙只是其中一个。尽管如此，弦理论仍然是万物理论最有希望的候选者之一，因为它很容易产生引力子，一种被预测携带引力的粒子——就像光子是电磁力的载体一样。
其他的尝试
有许多弦理论的替代品，目的是提供最终的理论。这些都是微妙的概念，我将在这里总结一下。
- 环量子引力(LQG)：这不是为了产生万物理论，而是为了量化时空。我们知道在相对论中，时空是一个光滑的洛伦兹流形，但环量子引力的目标是通过将它解释为一个量子化的重力场环网络，也称为自旋网络。量子化是在普朗克尺度上。然而，当我们从普朗克尺度转移到可观察的世界，在那里进行实验时，环量子引力(离散的)是否会变成爱因斯坦的广义相对论(连续的)，这一点还不清楚。
- 因果费米系统：这是描述主理论的另一种方法，其理论家认为广义相对论、量子力学和量子场论是该理论的极限情况。这意味着广义相对论和其他理论可以从因果费米子系统中得出，而不是使用传统的方法来破译万物理论。
- 因果集：一种研究量子引力的方法，它也支持时空在其基本尺度上是离散的，时空连续体被所谓的“偶然集”所取代。
所以你可以意识到万物理论是物理学的圣杯。科学家们正试图找到大自然最深层的奥秘。问题是，就物理学的前沿而言：广义相对论和量子力学是不相容的，尽管这两种理论在各自的领域都是成功的。
那万物理论之后呢
答案是，没人知道！除了通过解开一个古老的物理难题来获得智力上的满足，我们认为破译万物理论可能会给我们更好的预测我们今天无法解释的物理现象。就像任何好的物理理论都能产生预测一样，我们希望万物理论也能如此。我们也许能够解释令宇宙学家困惑的难以捉摸的暗物质。一些著名的物理学传播者，比如加来道雄，相信我们可能最终理解了上帝的思想。
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