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统一场理论:把它联系在一起

爱因斯坦在黑板前。几个世纪以来,研究人员一直试图用一个单一的理论来描述自然界的所有基本力量以及它们是如何相互作用的。这一统一场理论难倒了阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)等人,他多年来一直致力于这一理论的研究。

在物理学中,场是受某种力(如重力或电磁力)影响的一个区域。场论一般指物理现象发生的原因,以及这些现象与自然的相互作用。

四种基本力是:

电磁相互作用:电磁是指影响带电粒子的相互作用,特别是对于光的类型。这个力的粒子叫做光子。强相互作用:这是将中子(带中性电荷的粒子)和质子(带正电荷的粒子)结合成原子核的力,原子核是化学元素的基本单位。这个力的粒子是胶子。弱相互作用:这种力引起某些类型的放射性,并对电子、夸克和中微子等小粒子起作用。这个力的粒子是W和Z玻色子。引力相互作用:引力是一种吸引人的相互作用,它影响着宇宙的所有部分,无论大小。虽然未被发现,这个力的理论粒子是引力子。爱因斯坦的著作

苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪中叶创立了第一个电磁场理论。然后在20世纪初,爱因斯坦提出了他的广义相对论,这与引力场理论有关。

爱因斯坦在20世纪20年代试图发展一个统一的场理论,但他受到了阻碍,因为当时只有一些力是已知的。虽然电磁和引力得到了广泛的认可,但对原子的研究还处于初级阶段;根据美国物理学会的资料,当时,电子和质子是唯一已知的亚原子粒子。

爱因斯坦(起初与雅各布·格罗默合作)建立在其他科学家的工作基础上,他们试图把时空变成五个维度。具体来说,爱因斯坦关于时空的工作将占据四维空间,另外一组方程(代表麦克斯韦的电磁方程)将是第五个。研究这一问题的科学家包括赫尔曼·韦尔、西奥多·卡鲁扎和奥斯卡·克莱因。

爱因斯坦关于这一理论的第一篇论文是在1922年,与卡鲁扎1921年发表的论文相呼应。在他的职业生涯后期,根据APS,爱因斯坦还尝试了一种统一的理论来推广度量张量(度量空间和时间的曲率)。爱因斯坦在他生命的最后三十年里尝试了这两种 ... ,但都没有成功。他甚至要求在他去世的前一天把笔记带给他,APS说,

的新 ...

爱因斯坦的工作有一个局限,首先是他的拒绝,然后是他对量子理论的无知(他承认随着时间的推移),但即使是今天,熟悉量子理论的科学家也很难提出一个统一的理论。

有许多 ... 被考虑,但根据APS的说法,最有前途的 ... 涉及弦理论。这个理论“将所有的基本粒子描述为振动弦,不同的振动模式产生不同的粒子。”

在20世纪80年代,物理学家(由John Schwarz和Michael Green领导)得出结论,弦理论可以工作,因为它的振动。理论认为,与小提琴演奏不同音符的方式类似,自然界弦的不同振动会产生不同的粒子。20世纪90年代中期,爱德华维顿提出了更为精确的弦理论,即M理论。他的工作将弦理论的维度从6扩展到7,并展示了该理论的新成分(包括各种维度的膜或膜状物体)

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