當代科學界的痛點：電磁力與引力的統(tǒng)一，愛因斯坦半輩子也沒完成

人類科學的發(fā)展過程，實際上就是不斷突破各種局限性的過程。任何時代都有一定的局限性，人們的思維總是會被局限性束縛，從而很難取得突破。而科學總是朝著更加普適的方向發(fā)展，在突破一個又一個束縛之后，人類科學才能不斷向前發(fā)展。

比如說，牛頓發(fā)現(xiàn)了偉大的萬有引力定律，這個定律統(tǒng)治了人類科學幾百年時間，直到今天仍舊具有相當強的統(tǒng)治力。

但是，牛頓也明白，萬有引力也有“致命弱點”，牛頓無法解釋引力到底是如何產(chǎn)生的，也就是說牛頓不知道引力的本質(zhì)到底是什么。

以牛頓所處的時代來看，想讓他發(fā)現(xiàn)引力的本質(zhì)確實有點強人所難。剛才說了，任何時代都有一定的局限性。牛頓固然偉大，但他也擺脫不了時代局限性的束縛。

關于引力的本質(zhì)問題，留給了同樣偉大的愛因斯坦，他提出引力的本質(zhì)其實是時空彎曲，引力只是時空彎曲的表象。同時，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)萬有引力公式的計算并不十分精確，尤其是在強引力場環(huán)境下，誤差更大。

而愛因斯坦提出的廣義相對論更加普適，不但在弱引力場下適用，同樣也適用于強引力場。牛頓提出的萬有引力定律只是廣義相對論在低引力場下的近似值，是個特例。日常生活中我們很難經(jīng)歷強引力場，所以萬有引力定律仍舊適用。

再加上萬有引力公式比廣義相對論中的引力場方程更簡單，所以平時我們很少用廣義相對論去解決有關引力方面的問題，萬有引力定律對于我們來講已經(jīng)足夠精確了，比如說火箭發(fā)射，衛(wèi)星上天的過程，都是以牛頓的萬有引力定律為基礎的。

科學家只有在描述大型天體的運動規(guī)律時，才會用到更精確的廣義相對論。

不過，引力并不是自然界中存在的唯一作用力，除了引力之外，還有一種基本作用力，電磁力。

法拉第首次發(fā)現(xiàn)了電和磁之間存在著某種關系，后來的麥克斯韋在前輩們研究成果基礎上，統(tǒng)一了電和磁，并建立了堪稱人類歷史上最美的方程，麥克斯韋方程組。

一開始，麥克斯韋方程組很復雜，擁有多達20多個方程。經(jīng)過后人不斷努力，最終簡化為四個方程，也是我們在課本上學到的麥克斯韋方程組，非常簡潔，也很優(yōu)美。

電和磁得到統(tǒng)一之后，科學家們把電磁力看作又一種基本作用力。那么電磁力和引力之間有沒有什么關系呢？

數(shù)學家希爾伯特曾經(jīng)在1915年給愛因斯坦寫過一封信：麥克斯韋方程組在數(shù)學上可以看作引力場方程的延伸，電磁力和引力本質(zhì)上應該是一種力。

看到這封信之后，愛因斯坦受到了很大鼓舞，之后一直致力于統(tǒng)一電磁力和引力的研究，試圖在兩種基本力之間搭建一座橋梁。

但是直到愛因斯坦1955年去世，他也沒有完成這個壯舉。這幾十年期間，愛因斯坦試圖用幾何的方式統(tǒng)一引力和電磁力，正像他用同樣的方法創(chuàng)建廣義相對論那樣。愛因斯坦試圖把電磁場和四維時空放在一起組成五維時空，用高維度時空的方式統(tǒng)一引力和電磁力，但這種方式總是會在最后出現(xiàn)違背常理的情況。

與此同時，科學家們又相繼發(fā)現(xiàn)了其他兩種基本左右力，強力和弱力。至此，科學家們發(fā)現(xiàn)了四種基本作用力。

20世紀中葉，在李政道和楊振寧創(chuàng)建的宇稱不守恒理論的啟發(fā)下，科學家們預測弱力和電磁力本質(zhì)上是同一種力，只是表現(xiàn)形式不同罷了。

在狹義相對論和量子力學的基礎上，電磁力與弱力終于得到了統(tǒng)一，量子場論就是在此基礎上誕生的前沿理論。

科學家們通過創(chuàng)建粒子標準模型，統(tǒng)一了電磁力，強力和弱力。標準模型中，這三種基本作用力都是通過媒介子來傳遞的。電磁力通過光子傳遞，強力通過膠子傳遞，而弱力通過玻色子來傳遞。

在標準模型體系下，科學家們大膽提出，引力也應該會通過某種媒介子來傳遞，并把這個媒介子命名為“引力子”。如果能夠發(fā)現(xiàn)引力子的存在，意味著四大基本作用力將會完全統(tǒng)一。

于是科學家們通過各種方式試圖找到引力子存在的證據(jù)，但一直都沒有找到。

有人可能會說，愛因斯坦的廣義相對論已經(jīng)表明了引力的本質(zhì)是時空彎曲，為何還要尋找假設的引力子呢？

廣義相對論對引力本質(zhì)的描述更多的體現(xiàn)在宏觀上，是一種宏觀效應。而標準模型下的引力子是通過微觀作用詮釋引力的本質(zhì)，兩者并不沖突，只是從不同的角度分析引力的本質(zhì)。