引力如何產生的？為何不能被大統一理論統一？

引力為何這樣強大，它能牽引行星運轉，然而它又是那樣微弱，連一個簡單的電冰箱磁鐵就能抵禦它的吸引?這一疑問長期困擾著物理學界:我們最權威的理論不能解釋為什麼引力比其他基本力(例如，電磁)還要微弱？

100多年前人們知道有磁力和電力,電力和磁力都有斥力和引力,但人們當時還是不知道怎麼把兩種力統一起來.統一的意思是用一個數學框架去描述.當時人們知道有電場和磁場,也知道電場和磁場怎麼相互影響.後來有了狹義相對論,人們才知道（儘管Maxwell方程早就隱含了這些性質）電場和磁場並在一塊兒可以統一成電磁場,電磁場在Lorentz變換下有著非常簡潔的性質,而且原來描述電磁場的方程也可以用異常簡潔的方法些出來.所以從現在看來,電場和磁場只不過是電磁場的一些分量而已,並非基本的量.

人們現在知道有強相互作用（夸克之間相互作用,由膠子傳遞）,弱相互作用（beta衰變,輕子間相互作用,由W,Z 玻色子傳遞）,電磁相互作用（帶電粒子的相互作用,由光子傳遞）和引力作用.電磁相互作用上世紀60年代,人們認識到電磁相互作用可以跟弱相互作用統一起來.兩種場遵循SU(2)*U(1)規範對稱性,並且發生了混合,就成了我們知道的弱場（W,Z）和電磁場（光子）.強相互作用尚未進入統一之列.當前描述強作用的叫量子色動力學(QCD),是一種基於稱為「顏色」的量子數的SU（3）理論.有理論試圖將強相互作用,和弱電作用統一,叫做大統一理論（GUT）,比如SU(5)理論,這種理論預言重子數不守恆的過程（質子衰變）,但現在被實驗否決.

歸納起來,統一就是要把原先分散的作用用一個數學框架描述.這個數學框架往往有某種對稱性.

至於那個最不聽話的引力,目前無法自恰地將其納入量子理論的範疇中.我們有廣義相對論,對宏觀的引力描述非常準確,但是對引力的微觀行為還一無所知.除了理論上的困難,實驗上要觀察到量子引力行為也極端困難,除非引力的量子行為跟宏觀行為有巨大的不同（比如如果存在微觀的額外維度,引力在量子效應可能回比直接從宏觀估計的要大許多）.現在普遍認為在Plank能標下（10^19GeV）引力和其他相互作用是統一的.會有某種「終極理論」可以描述統一起來的相互作用.我們現在的標準模型很顯然只是一個低能下近似正確的有效理論.

引力如何產生的？牛頓也回答不出如何產生這個問題。這也是愛因斯坦花了三十年時間，最後遺憾而去，未能解答的問題。目前無數的量子物理家門，弦理論家門，都視這題為目前物理界的終極理論。因為要回答這個問題，其實就需要：The Theory of Everything 萬有理論/一切的理論。

先說一下，宇宙有四種基本力，也就是物質間最基本的相互作用：

（1）電磁相互作用

（2）強相互作用

（3）弱相互作用

（4）引力相互作用

發現希格斯玻色子後，也就是所謂的上帝粒子，完全的證實了Standard Model標準模型。這個模型概括解釋了強核力、弱核力和電磁力的基本組成和所有物質的基本粒子。用單一理論來解釋這三個相互作用如何產生，就是Grand Unified Theory大統一理論。這也算是二十世紀，到二十一世紀，物理界最大的成果。

不過，目前還沒能把引力一起統一解釋。所以還需要更上一層的The Theory of Everything萬有理論/一切的理論，來把這四力都統一了，才能知道引力到底這如何產生的。雖然沒有人可以說他們知道答案，不過目前有些非常有趣的假說。

Theory of Everything 萬有理論可以算是目前物理學的終極目標。而我們熟悉的兩個物理理論系統：

（1）量子力學

（2）廣義相對論

就是有可能解釋萬有理論的兩個競爭者。它們其實是競爭對手，因為兩個理論雖然都有潛力在未來達成萬有理論，不過以目前的定義，是不可能兩者皆對的。對，你沒看錯，我的確說這兩個被視為二十世紀物理界最有影響力的兩個理論不可能兩者皆對。

不過目前應用物理上來說，這還不是問題。因為一個是微觀，一個是宏觀，由於應用相差大，所以可以分開解釋。雖然兩個都在目前的實驗上來說，已被反覆的驗證了，真不好說哪個對哪個錯，不過目前的解釋非常「亂」，並不完美，並不是統一的萬有理論。但是未來有可能改變它們的定義，來容納對方。反正現在只能說兩個都只解釋了宇宙奧秘的一部分。

量子引力是量子力學試著解釋引力，以及想辦法結合廣義相對論的一個理論。其中一個概念是graviton引力子，是一個假設的基本粒子。如果引力子真的存在，它不會有質量或電荷，並且是引力的產生源。不過這個假設理論，雖然可以完美的解釋引力來源以及完成萬有理論，還是有非常大的實驗證實問題的。可以說基本上不可能測到。具體為什麼我就不多說了，反正有很多基本上的物理問題導致實際測量幾乎不可能。而在科學上，不可能實驗證實的理論，不是個好理論，不過這也並不代表這個假設不對。只能說我們有可能無法驗證。

另外，說到萬有理論，不可能不提到String Theory弦理論。因為它是目前最被看好的，或許可以最終達到萬有理論境界的理論。而且，弦理論給出了量子力學和廣義相對論結合的可能性。弦理論有非常多的子理論，比較難在這說清楚。基本上都是說宇宙剛開始的時候，宇宙四力都是一個統一的基本力。

所有的粒子在最最小的微觀大小里：普朗克長度，都有不同在振動的弦。根據這些弦不同的振動，而產生了不同的粒子的質量以及相互作用。

還有必須要說到的是Loop Quantum Gravity圈量子引力論。以前這個理論跟弦理論水火不容。不過近年也有結合兩個理論的子理論了。和弦理論一樣，圈量子引力論也在嘗試統一量子力學和廣義相對論，所以它跟弦理論都是比較有名的試著解釋量子引力的競爭者。圈量子引力論的基本概念是宇宙時空本生就是量子化的，普朗克長度大小的粒狀。宇宙就好像一圈圈織在一起的。引力就是有某種特徵的圈圈而引起的。

在《生活大爆炸》里， Sheldon相信的是弦理論，而他的死對頭Leslie Winkle就是圈量子引力論派的。其它試著解釋引力來源，以及想成為萬有理論的假設和理論實在是多的數不過來。很多都有部分交疊的概念，而有些卻有互相有矛盾的假設。到底那個理論才可以最終升華到萬有理論的地位，那就不知道了。或許我們這一代就有可能知道，或許永遠都解不了這個宇宙奧秘。

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