物理學中各種相互作用統一起來的理論體系。它是人們對物質世界統一性的探求在物理學中的反映。
基本介紹
- 中文名：相互作用的統一理論
- 外文名：Unified theory of interaction
- 所屬學科：物理學
正文,
正文
在科學發展的歷史上,人們已經不只一次地發現,在表面上似乎不相干的現象的背後，存在著共同的規律性，地面上的落體運動和月球的繞地運動似乎是不相干的。但I.牛頓在17世紀提出的萬有引力定律揭示了這兩種運動的統一性。電的現象和磁的現象在古代被認為是兩種無關的現象，但到了19世紀H.C.奧斯特和M.法拉第的實驗證實了電能產生磁,磁能產生電,J.C.麥克斯韋則以數學形式把電和磁的運動規律統一起來，並預言了電磁波的存在。萬有引力和電磁力是20世紀初人們知道的僅有的兩種基本作用力。A.愛因斯坦曾長期致力於尋找它們的統一理論。他的這個願望雖然終其一生未能實現，但他的思想對於後來的科學家有著深刻的啟迪作用。20世紀30年代，隨著原子核物理學的發展，人們又認識到除電磁力和萬有引力外，還有兩種基本作用力：一種是強相互作用力，原子核中的質子、中子靠這種力結合成原子核；另一種是弱相互作用力，這種力引起原子核的衰變。
探索這四種基本相互作用力的統一理論，經過幾十年的努力已經初步找到了端緒。在50年代，量子電動力學有了重要發展，和實驗符合極好。按照量子電動力學，電磁相互作用是由光子傳遞的，而光子場（電磁場）是一種規範場。50年代中葉發現弱相互作用宇稱不守恆後，人們又看到弱相互作用的 V-A理論形式和電磁相互作用的矢量流理論形式有相似之處。S.L.格拉肖、S.溫伯格和A.薩拉姆等人按照弱相互作用也可能是由某種規範場的粒子傳遞的思路，提出了量子規範理論形式的弱電統一理論，從而找到了弱相互作用和電磁相互作用在邏輯上的統一。這個理論認為傳播相互作用的規範場有四種，其中一種是電磁場，它的場量子就是早已確認的傳遞電磁相互作用的光子；另外三種是新預言的，即傳遞弱相互作用的WW和Z場,相應的場量子是W粒子、W粒子和Z粒子。1983年物理學家們已經找到了質量比質子約大90倍的 W、W粒子和質量比質子約大100倍的Z粒子，證實了這個預言。
弱電統一理論的進展鼓舞著人們探討強相互作用的規範理論，在70年代初提出了量子色動力學。該理論有八種規範場，稱為膠子場，相應的膠子也有八種。這個理論的各種推斷與高能碰撞的各種實驗結果相符合，因而量子色動力學被認為是最有前途的一種強相互作用理論。沿著量子規範理論的道路繼續發展，人們在70年代又提出了大統一理論，試圖把強相互作用和弱電相互作用也統一起來。目前大統一理論已有了十幾種模型，由於實驗上的困難，近期內還不能判斷哪一種模型更接近實際情況。而且儘管人們已經用大統一理論解釋了一些宇宙學現象，例如正物質多於反物質等，但它關於質子不穩定（衰變壽命約10
探索這四種基本相互作用力的統一理論，經過幾十年的努力已經初步找到了端緒。在50年代，量子電動力學有了重要發展，和實驗符合極好。按照量子電動力學，電磁相互作用是由光子傳遞的，而光子場（電磁場）是一種規範場。50年代中葉發現弱相互作用宇稱不守恆後，人們又看到弱相互作用的 V-A理論形式和電磁相互作用的矢量流理論形式有相似之處。S.L.格拉肖、S.溫伯格和A.薩拉姆等人按照弱相互作用也可能是由某種規範場的粒子傳遞的思路，提出了量子規範理論形式的弱電統一理論，從而找到了弱相互作用和電磁相互作用在邏輯上的統一。這個理論認為傳播相互作用的規範場有四種，其中一種是電磁場，它的場量子就是早已確認的傳遞電磁相互作用的光子；另外三種是新預言的，即傳遞弱相互作用的WW和Z場,相應的場量子是W粒子、W粒子和Z粒子。1983年物理學家們已經找到了質量比質子約大90倍的 W、W粒子和質量比質子約大100倍的Z粒子，證實了這個預言。
弱電統一理論的進展鼓舞著人們探討強相互作用的規範理論，在70年代初提出了量子色動力學。該理論有八種規範場，稱為膠子場，相應的膠子也有八種。這個理論的各種推斷與高能碰撞的各種實驗結果相符合，因而量子色動力學被認為是最有前途的一種強相互作用理論。沿著量子規範理論的道路繼續發展，人們在70年代又提出了大統一理論，試圖把強相互作用和弱電相互作用也統一起來。目前大統一理論已有了十幾種模型，由於實驗上的困難，近期內還不能判斷哪一種模型更接近實際情況。而且儘管人們已經用大統一理論解釋了一些宇宙學現象，例如正物質多於反物質等，但它關於質子不穩定（衰變壽命約10
在研究大統一理論的同時，人們還提出了關於弱相互作用、電磁相互作用、強相互作用和引力相互作用統一的理論。但由於引力直接與時空的性質相聯繫而其他相互作用並不如此；傳遞引力的引力子的自旋為2h，光子、抆、刔、Z0 和膠子的自旋則都是h；引力耦合常數有量綱～(質量)-2 ,其他相互作用耦合常數卻沒有質量量綱。因而使引力相互作用與其他相互作用的統一遇到了帶有根本性的困難。目前人們正從“超弦模型”量子場論方面探討這個問題，這裡可能存在著一些有待發現的重要環節。相互作用統一理論的進展預示著人們對物質世界規律的統一性將有進一步的認識。
