当然,物理学家可以继续改,他们相信虽然现在引力它不服,但是以后总能找到让它服气的改法
但是爱因斯坦另辟蹊径,他说引力这小子不服改我就不改了,然后他另外提出了一套新理论来描述引力,相当于单独给引力盖了一栋别墅
结果这套新引力理论极其成功,而且爱因斯坦提出这套新理论的方式,跟以往的物理学家们提出新理论的方式完全不一样,这种新手法带来梦幻般的成功惊呆了全世界的物理学家,然后爱因斯坦就被捧上天了,这套新理论就叫广义相对论
过去的物理学家们是通过不断做实验,去测量各种数据,然后总结规律,用一组数学公式来总结规律,来解释这些数据,如果解释得非常好,那么就认为是找到了这种现象的规律,然后顺带着发现了隐藏在理论里的某些性质,比如某种对称性
他们遵循着实验-理论-对称性这样一条线,这也符合我们通常的理解
但是,爱因斯坦把这个过程给颠倒了,他发现上面的过程在处理比较简单的问题的时候还行,但是当问题变得比较复杂,当实验不再能提供足够多的数据的时候,按照上面的方式处理问题简直是一种灾难
比如,牛顿发现万有引力定律的时候,开普勒从第谷观测的海量天文数据里,归纳出了行星运动的三大定律,然后牛顿从这里面慢慢猜出了引力和距离的平方反比关系,这个还马马虎虎可以猜出来
但牛顿引力理论的升级版-广义相对论的情况是这样的:
这种复杂的方程怎么从实验数据里去凑出公式来?
况且,广义相对论在我们日常生活里,跟牛顿引力的结果几乎一样,第谷观测了那么多天文数据可以让开普勒和牛顿去猜公式,但是在20世纪初根本没有数据让爱因斯坦去猜广义相对论?
水星近日点进动问题是极少数不符合牛顿引力理论的,但是人们面对这种问题,普遍第一反应是在水星里面还有一颗尚未发现的小行星,而不是用了几百年的牛顿引力有问题
退一万步说,就算你当时认为那是因为牛顿引力不够精确造成的,但是就这样一个数据,你怎么可能从中归纳出广义相对论的场方程?
经过一连串的深度碰壁之后,爱因斯坦意识到当理论变得复杂的时候,试图从实验去归纳出理论的方式是行不通的,实验不可靠,那么爱因斯坦就要找更加可靠的东西,这个更加可靠的东西就是对称性!
对称性可以简单的理解为不变性,比如动量守恒定律就具有空间对称性,也就是说,它在任何位置都是成立的,比如能量守恒定律具有时间对称性,他在任何时间都是成立的
实验数据可能不可靠,但对称性是绝对可靠的!
于是爱因斯坦在物理学的研究方式上来了一场哥白尼式的革命,他先通过观察分析找到一个十分可靠的对称性,然后要求新的理论具有这种对称性,从而直接从数学上推导出它的方程,再用实验数据来验证他的理论是否正确
在这里,原来的实验-理论-对称性变成了对称性-理论-实验,对称性从原来理论的副产品变成了决定理论的核心,实验则从原来的归纳理论的基础变成了验证理论的工具
于是,爱因斯坦用广义相对论驯服了引力,用狭义相对论安置好了电磁力之后,接下来的路就很明显了,统一引力和电磁力!
就像当年麦克斯韦统一电、磁、光那样,毕竟用一套理论解释所有的物理现象是物理学家们的终极梦想
但是,爱因斯坦穷尽他的后半生都没能统一引力和电磁力,不仅如此,随着实验仪器的进步,卢瑟福原子模型揭示强核力存在,随后汤川秀树提出介子理论解释核力,费米则建立弱相互作用理论
这些成果表明,自然界存在四种基本相互作用,引力、电磁力、强力和弱力,但引力与电磁力仍未能统一,强力和弱力亦各自为战
这下可好,不但没能统一引力和电磁力,居然又冒出来两种新的力
其中,引力用广义相对论描述,电磁力用麦克斯韦方程组描述,强力和弱力都还不知道怎么描述,统一就更别谈了
这个时候,杨-米尔斯理论登场了,其非阿贝尔规范对称性为强相互作用提供数学描述,通过su(3)群规范场,标准模型更将弱力与电磁力统一为电弱力,通过su(2)xu(1)群规范对称性破缺,最终形成当前粒子物理的四大基本力架构
也就是说,在四种基本力里,除了引力,其它三种力都是用杨-米尔斯理论描述的,所以杨-米尔斯理论的重要性不言而喻!
以前陈辉一直觉得科学家们做的事情虚无缥缈,直到今天,他才发现,原来科研,竟然这般有趣!
如果能够解决杨-米尔斯理论的缺陷,就完成电磁力、强力、弱力的大一统
光是想想陈辉就有些激动!
“好了,这次趁热吃吧!”
厨房的燃烧声和锅铲与铁锅的碰撞声已经停止,店主大叔端