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到底什么是大统一理论？



我在《宇宙自然整体性方面基本特征概论》“前言”中说过，自然统一论是大统一理论的有效形式之一，而且还做了一些简单的说明。那么，自然统一论与大统一理论的关系究竟如何呢？
   为了弄清这个问题，首先需要了解一下到底什么是大统一理论。讨论这样的大统一理论的基本概念，本来应该是专业人士的强项；民科群体从来被认为是普遍素质较低、基础知识较差、思想观念落后的问题存在。但是，我还是要来凑热闹，一是自然统一论建立之后，这个话题想说，又一直没有合适的机会，而现在拿到这里来说应该正合适；二是实际上，弄清什么是大统一理论这个问题，太重要了。无论如何，科学思维逻辑是一致性，决定了我必须首先在这个问题上认真一下。

于是，如果说我当时是以挑战现成自然科学知识权威、否定教科书上的地球地壳、地幔、地核三层次的传统观点，为打响建立自然统一论新的自然观的第一仗，那么现在，我要推广自然统一论，就选择首先解决什么是大统一理论的基本认识问题，以动一动专业物理科学的海龙王这方面的龙须触角，并努力争取扫除当今世界的物理科学学术界在这方面太多的误解和误区。
   这样，什么是大统一理论，将成为这里一个需要连续问题理论的专题。而今天，我只是首先大体介绍一下大统一理论概念的来龙去脉，并且把其中可能存在的问题，提到一个重要的议事日程——
众所周知，现代物理学认为，目前自然界普遍存在的四种自然力——强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用，决定了自然界的各种物质运动；而所谓大统一理论，就是物理学家们希望有一天能够将这四种自然力，统一成为一种统一力，以建立起一个可以解释所有自然界现象的物理学理论。
据悉，最早探求大统一理论的是爱因斯坦。他在创立广义相对论之后，从1923年起，就主要致力于试图进一步推广相对论，建立一个包括引力场和电磁场的统一场理论，以解释物质的基元结构。对此，他曾经提出了不少方案。1929年，他发表了《统一场论》，1945年他发表了《相对论性引力论的一种推广》，1954年他发表了《非对称场的相对论性理论》，等等。只是，他虽然为此取得了一些进展，但都只停留在数学的表述上，并没有得到具有物理意义的结果。1948年，他给索洛文的信中曾提到，“我完成不了这项工作了；它将被遗忘，但是将来会被重新发现。”
从此以后，爱因斯坦夙愿未酬，但他统一场论的基本思想，却一直鼓舞着后来理论物理学家们艰苦卓绝的攻关——
    1954年杨振宁和密尔斯把电磁场作为规范场的概念加以推广，提出了一般规范场的概念，为研究弱作用开拓了道路。1961年美国的格拉肖教授首先提出只含有轻子的弱电统一模型。1964年希格斯引入“真空破缺”概念，说在自发破缺下原无质量的向量玻色子吞食了一些希格斯标量玻色子，从而使规范场既有了质量，又保证了可重整化。1967年美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆利用自发破缺机制，提出了建立在SU（2）*U（1）规范场基础上的弱电统一模型。
后来，人们开始了把弱、电、强相互作用统一起来的尝试，规范群SU（3）*SU（2）*SU（1）是一个令人满意的统一描述弱、电、强相互作用的理论基础，但该理论仍然并未成功地实现四种相互作用的统一。1971年美国物理学家斯沃兹等人提出超弦理论；后来在这个理论的启发下，美籍日本物理学家南布提出弦理论。最早的弦理论只有三维空间的超对称，没有高维时空超对称性，直到1982年斯沃兹和英国的物理学家格林才提出同时具有这两种超对称性的超弦理论，并于1984年又证明了超弦理论不发散、不反常以及可以避免其它各种统一场的许多矛盾。这样，超弦理论已经是作为统一描述四种基本相互作的一种新方案，等等。但是，尽管如此，这些只是人们探索自然界基本相互作用统一性的一种有益尝试，而其实一切还仍处在初级发展阶段，总体上还不是人们理想中的大统一理论。
这样，半个世纪以来，在物理科学发展的道路上，留下了许多物理学家探索大统一理论的足迹。但是，迄今为止，实际上当今世界上的人们，向这方面的任何发展都遇到了困难，谁也尚未能取得统一场论（大统一理论）研究的真正成功。对此，有的人甚至说，就是归并成功了，达到了人们所期待的单一化了，也无人能断言，它将成为包罗万象和综合性的科学思想兴趣的第一个现象。
——以上我走马看花的简单介绍爱因斯坦统一场论的基本概念提出和现在物理学家们在这方面探索的大体情况，主要说明了大统一理论的概念，是来自爱因斯坦统一场论概念的演化。当然，除此之外，大统一理论还有其它的歧义，比如，格拉肖教授说：“把全部物理学都汇合在一个大综合体里一直是理论物理学家长期以来梦寐以求的神圣事业。现在一种至少把基本粒子形形色色的相互作用统一起来的理初步形成。这种理论很快便可以加以检验。”（吴芝兰、郑钦贵：《诺贝尔物理学奖金获得者》，福建教育出版社1983年版，383页。）——在这里，大统一理论被认为是把全部物理学都统一汇合在一起的一个物理学大综合体。而李政道又曾经在《物理的挑战》大型学术报告会上说：“21 世纪的物理发展，更强调整体统一，微观的基本粒子和宏观的真空态需统一研究”；“宇宙充满了我们不了解的挑战性的现象，这些问题的突破所产生的影响，可能比 20 世纪初的几大突破还要大。”——在这里，大统一理论被认为是微观的基本粒子和宏观的真空态需要统一研究的物理学知识体系。
然而，在到底什么是大统一理论的问题上，我这里的一个与以上人们习惯的思维惯性截然相反的观点却是：目前的大统一理论概念，反映的只是人们有关物理学方面的一个思想意向和主观愿望；至于真正的大统一理论究竟是什么或怎么样，到目前为止，其实可能还没有人真正知道过。因此，不知道真正的大统一理论究竟是什么或究竟怎么样，这是目前科学界存在的一个最基本的问题存在现实。由于这个最基本的问题现实存在，因此，人们过去的所有大统一理论的研究，可能都是在一种误会中进行。比如，前面介绍的那些科学界关于统一场论的探索，在我看来，虽然他们已经在获得各种各样新的知识进步，但是，在事情的总体性把握上，却可能都是在犯跟着感觉走的错误。以至于，科学家们曾经的有关方面的研究工作，其实都没有真正切入到大统一理论的正题，因此就都不可能去达到理论研究成功的光辉顶点，甚至不管大家努力怎么久，竟然还连一种未来发展的前途希望都没有。
这就是大统一理论本身的一个本来辩证法，人们还远未真正了解的缘故。因为一个极其严肃的科学前提问题是：真正的统一场论或大统一理论，可能不一定就是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用，这四种自然力在现行物理学基础上的重整化统一；一个把全部物理学都汇合在一个大综合体里的大统一理论，也可能不一定就是应用数学方法（包括重整化方法），把现成物理学知识做整体统一的机械组合。因此，过去人们既定的大统一理论研究的理想目标，其实只是反映人们的一个一厢情愿而已。
而这样一来，如果真正的大统一理论的本质特征，其实并不是今天人们既定的理想目标那样的一回事，而物理学家们却一直要按照自己的一厢情愿去开展这个理想目标的研究工作，那么，事情决定不会有什么好的结果，就是一个必然。因为，人们所做的大统一场理论研究，如果在他们研究的对象、立场、角度和方法的出发点地方，一开始就牛头不对马嘴的弄错了的话，那么，不管他们有什么通天本领，大家付出的所有的科学工作努力，就必然都在白费力气，和就必然都在做一种只会开花、不会结果的无用功。
那么，今天说到这里，好像我还没有具体回答问题：到底什么是大统一理论呢？——对此，爱因斯坦说过，提出一个问题比解决一个问题更重要……；其他的，明天继续……
2010.6.29




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