為什么現(xiàn)在的物理學停滯不前了，物理學的盡頭為什么是終極理論，它到底是什么？

在回答這些問題之前，你現(xiàn)在可以提出，你能想象到關于宇宙最大的一個疑問。

比如物質(zhì)是怎么來的，時間有沒有盡頭，是什么導致宇宙發(fā)生了大爆炸，暗物質(zhì)和暗能量是什么？

對于這些提問，如今的物理學已經(jīng)有了可能的回答，但是這些回答都相對獨立。

比如，正反物質(zhì)對稱性破缺可能會解釋宇宙為何發(fā)生了大爆炸。

在標準模型的預測中，惰性中微子可能會解釋暗物質(zhì)的組成元素。

但是，我們無法只用一種理論就能解釋以上所有的問題。

這就證明，目前的物理學還遠沒有統(tǒng)一，天空中還有很多烏云。

從本期內(nèi)容開始，我將持續(xù)更新物理學烏云系列，我自己不喜歡碎片化學習，即便是自媒體時代，也盡量做系統(tǒng)化內(nèi)容。物理學烏云系列是系統(tǒng)解讀物理學尚未解決的難題系列。目前物理學難題有62種，此系列已經(jīng)講過真空災變，引力量子化，暗物質(zhì)粒子等烏云。后續(xù)這62種烏云我都會講到，這一系列我會慢慢更新，后續(xù)估計得更新好幾年。

在這些烏云中，最大的一朵只有一種。這也是本期內(nèi)容的核心內(nèi)容。在物理學烏云系列中，我會先從最大的一朵烏云講起，這樣你們就有了一個整體框架，之后更新的內(nèi)容會在這個框架內(nèi)開展。這樣學習起來會更系統(tǒng)，也更有效率。

回歸正題，如果你對所有物理現(xiàn)象都不斷追問原因，那最后的原因一定是因果律失效的終極問題。反過來講，如果我們從這個終極問題出發(fā)，就能抵達任何物理現(xiàn)象。

在科學史上，物理學家?guī)缀醵挤钚兄唵味y(tǒng)一的信念，物理學家在對待兩個表面上看起來毫不相關的自然現(xiàn)象總喜歡嘗試著統(tǒng)一，尋找它們之間更深層次的共同原因，逐步逼近終極問題。

終極問題對應著終極理論。終極理論也就是萬有理論（ToE）

縱觀整個物理學史，正是由于我們一直向往終極理論，才推動了科學的發(fā)展。

早在17世紀，人們一直以為天體運動和拋物運動是由不同的物理機制控制。

直到牛頓的出現(xiàn)，才將地球上物體運動和天體運動統(tǒng)一起來，我們才知道天體運動和蘋果落地原來是由同一種力量控制。

1865年之前，人類雖然已經(jīng)知道了磁鐵的存在，也知道雷電現(xiàn)象。但是絕對想不到磁鐵和閃電有什么相同之處。直到麥克斯韋方程組的出現(xiàn)，才將這兩種“毫不相關”的現(xiàn)象徹底統(tǒng)一起來，現(xiàn)在我們知道，光，電，磁，化學反應這四種完全不同的現(xiàn)象，其實都是由電磁作用引起的。

20世紀初，量子力學的出現(xiàn)，統(tǒng)一了原子理論和牛頓力學。

1905年，狹義相對論統(tǒng)一了質(zhì)量和能量，時間和空間。

1915年，廣義相對論統(tǒng)一了時空和引力。

20世紀40年代，物理學家統(tǒng)一了電磁理論，狹義相對論和量子力學，從而提出量子電動力學。

20世紀60年代，弱力和量子電動力學又被統(tǒng)一，形成了電弱理論。

如今，物理學學家一邊在統(tǒng)一強力和電弱理論，也就是大統(tǒng)一理論（GUT）。

另一邊，又在統(tǒng)一量子力學和廣義相對論，也就是量子引力理論。

之后，量子引力理論將于大一統(tǒng)理論再次統(tǒng)一，也就是預期中的萬有理論

從字面意思上理解，合格的萬有理論是能夠解釋宇宙中一切的自然現(xiàn)象的。

而宇宙無非是物質(zhì)的，且物質(zhì)是變化的。

所以萬有理論只需解釋物質(zhì)的構成，和物質(zhì)的變化 這兩個問題即可。

基于這兩個問題，萬有理論就構建起了兩個框架

第一個框架就是描述物質(zhì)的構成，第二個框架就是描述物質(zhì)的變化規(guī)律。

我們先來看第一個框架，宇宙的一切都是由物質(zhì)，場，和能量構成的，而場和能量又可以等價成物質(zhì)，所以我們只需研究物質(zhì)是如何構造起來的，則就可以完成第一個框架的構建。

現(xiàn)在我們知道，目前所有的物質(zhì)可能都是由62種基本粒子構成（包含引力子）。這些基本粒子有負責構成物質(zhì)的費米子，也有負責傳遞力和賦予質(zhì)量的玻色子。除了暗物質(zhì)，目前我們所認識到的所有物質(zhì)，其基礎材料都可以在標準模型中找到。

但對于第一個框架，雖然標準模型已經(jīng)可以很好地解釋，但是還未統(tǒng)一。

第二個框架用于描述物質(zhì)之間的各種變化規(guī)律。

宇宙中的變化看似包羅萬象，比如：木材的燃燒，海水的流動，原子彈的爆炸，植物的光合作用等等，但是萬變不離其宗，宇宙中所有的變化無非都是四種最基礎的變化引起的。

這四種最基礎的變化就是四種基本作用力。物理法則不認同超距作用，任何作用力都必須存在一種信使粒子來傳遞力。所以 四種基本作用力就是相互交換信使粒子的產(chǎn)物。

電磁力是物質(zhì)之間交換光子的產(chǎn)物。燃燒的本質(zhì)就是分子化學鍵的斷裂和重組，其過程由電磁力主導，且交換光子。

包括光合作用，海水的流動，摩擦生熱的過程中都會交換光子，其本質(zhì)都是由電磁力引起的。

弱力是物質(zhì)相互交換W和Z玻色子的產(chǎn)物。原子核中的質(zhì)子和中子會相互變換，這種變換的本質(zhì)就是交換W和Z玻色子引起的。

強力是物質(zhì)相互交換膠子的產(chǎn)物，夸克之間交換膠子才形成了強力，從而形成夸克禁閉效應。

引力是物質(zhì)相互交換引力子的產(chǎn)物，理論上，天體之間交互了引力子才維系了引力（待證實）。

宇宙中最基礎的變化，正是由四種基本力在不斷交換信使粒子時 引起的，在四種基本力的原始推動下，產(chǎn)生了多米諾骨牌效應，進而推動了整個物質(zhì)世界的運動，產(chǎn)生了譬如，超新星爆發(fā)釋放的伽馬射線，黑洞合并 釋放的引力波， 地球自轉(zhuǎn)形成的磁場等等千變?nèi)f化的現(xiàn)象。

現(xiàn)在再仔細分析萬有理論的兩個框架，第一個框架負責解釋物質(zhì)的構成，第二個框架負責解釋物質(zhì)在四種基本力作用下的變化。

對于第一個框架，雖然標準模型已經(jīng)給出了62種基本粒子，但是如果要統(tǒng)一物質(zhì)的構成理論，就需要找到這62種基本粒子之間更深層次的一致性，只需通過一種理論就可以延伸出這62種基本粒子。

目前物理學正在用超弦理論試圖統(tǒng)一這些基本粒子。

認為最基本的物質(zhì)就只有一種，這是接近普朗克尺度的弦，弦的不同形式的震動才衍生出不同的基本粒子。

同理到第二個框架，四種基本作用力也必須統(tǒng)一，也就是說，四種基本力一定存在一種更深層的一致性，通過這種一致性，從而才衍生出四種基本作用力。

而目前，物理學只統(tǒng)一了弱力和電磁力，弱力和電磁力只是在低能量狀態(tài)下才表現(xiàn)得像不同的力，但能量只要足夠大（100GeV），弱力和電磁力就會表現(xiàn)成同一種電弱作用力。這就是電弱理論。

所以我們就可以設想，如果外部條件合適，強力和電弱作用力是不是也會統(tǒng)一表現(xiàn)成同一種力？電弱理論如果統(tǒng)一了強力就會晉升成大統(tǒng)一理論。

如果大統(tǒng)一理論完成，那剩下的就只有引力了。

大統(tǒng)一理論之所以不包括引力，是因為引力十分特殊。強力，弱力和電磁力起碼已經(jīng)明確了它們的信使粒子。但目前，我們甚至連引力的信使粒子（引力子）都沒有找到。為了不讓引力拖大統(tǒng)一理論的后腿，所以物理學家另辟蹊徑，讓電弱理論先統(tǒng)一了強力再說。至于引力，則嘗試用新的理論單獨統(tǒng)一，這就是量子引力理論。

兩條支線任務同時并進，電弱理論統(tǒng)一強力后，晉升成大統(tǒng)一理論，量子力學統(tǒng)一引力后，晉升成量子引力理論。

兩條支線任務完成后，之后再統(tǒng)一量子引力理論和大統(tǒng)一理論，到那時，四種基本作用力則徹底被統(tǒng)一，萬有理論則大事可成。

但回顧物理學史，貌似這樣的思路往往潛藏著巨大的隱患。參考以太的發(fā)展史，就會發(fā)現(xiàn)，物理學的方向往往事與愿違。

事實上，萬有理論遠比想象的困難多了

我先說兩個最大的問題，一個是理論上的問題，另一個是哲學上的問題。

我們先說說理論上的問題，在物理學統(tǒng)一的過程，似乎一直忽略了暗物質(zhì)和暗能量。

暗物質(zhì)和暗能量之所以存在，是因為大尺度下的天文現(xiàn)象和現(xiàn)有的引力理論不符。

造成如此的局面無非就是兩種可能

第一種可能：暗物質(zhì)和暗能量不存在，引力理論需要修改。

第二種可能：暗物質(zhì)和暗能量存在，這就證明物理學中存在很大的不確定性因素。

這兩種可能的任何一種 都極大地阻礙了萬有理論的統(tǒng)一之路。

除了理論上的困難，還有哲學上的困難。

首先我們思考一下，物理理論的本質(zhì)是什么？

物理理論的本質(zhì)無非就是對自然現(xiàn)象的歸納和總結，但并不能解釋自然現(xiàn)象為何如此。

我們不生產(chǎn)現(xiàn)象，我們只是現(xiàn)象的歸納工。

如果自然現(xiàn)象本就是獨立的，而不存在一個可以延伸出各種自然現(xiàn)象的最基本現(xiàn)象。

那么萬有理論就不可能成功。

因為萬有理論的意義就是將所有自然現(xiàn)象歸納到一個理論中，從這個最基礎的萬有理論出發(fā)，就可以解釋任何自然現(xiàn)象。

物理理論只能基于現(xiàn)象，如果現(xiàn)象本不如此，則理論則也該不如此。

最后，說一下我自己的感想，我認為萬有理論可能永遠不會實現(xiàn)，因為真正意義上的萬有理論意味著物理學的停滯，我們僅基于一個理論就足以解釋宇宙中的所有現(xiàn)象，這是十分悲哀的。

自然規(guī)律還不足以可憐到人類僅有幾百年的時間就被完全掌握了。

追求物理學的統(tǒng)一是探索宇宙的驅(qū)動力，而不是終點。我始終相信一句話：已知圈越大，未知圈就更大。