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万有理论(Theory of Everything)即爱因斯坦晚年追求的大统一理论或着说统一场论,是指在一个数学框架内包容已知的四种基本自然力,统一现代物理的两大根基量子力学相对论,以阐明自然界更深层次本质的物理理论,目前M理论是最有希望的万有理论候选。

物理学中,万有理论是使自然的四种根本力:引力、强核力、弱核力, 和电磁力成一体的理论。广义相对论很好地描述了引力,而量子力学很好描述了其他作用力,但这两个理论已知是不相容的,量子化后的相对论不可重正化,而万有理论试图结合两者,使得大至天体运行,小至量子现象都可以用一个单一的模型描述。

爱因斯坦在提出相对论以后,从20年代开始就致力于寻找一种统一的理论来解释所有相互作用,也就是解释一切物理现象,爱因斯坦晚年偏离物理界大方向,自己研究大统一理论宇宙直到他1955年逝世。他几十年的努力虽未成功,但却激励了后人。爱因斯坦在创建相对论时就意识到,自然科学中“统一”的概念或许是一个最基本的法则。还在30年代爱因斯坦就着手研究“大统一理论”,试图将当时已发现的四种相互作用统一到一个理论框架下,从而找到这四种相互作用产生的根源。在爱因斯坦哲学中,“统一”的概念深深扎根于他的思想中,他越来越确信“自然界应当满足简单性原则”。虽然这个问题在当时并非物理界的主流,可是在量子理论得到完善之后,建立统一理论的思想开始终吸引成千上万的物理学家们,使得这个成为当今物理学的“圣杯”,这也展现了他超越时代的远见。

著名物理学家、英国剑桥大学教授斯蒂芬·霍金曾宣称:“存在一种可以把所有自然规律都以一个单一的、优美的数学模型表示出来的‘终极理论’,也许简洁到在一件T恤衫上就能打印出来。”,但他后来表示,或许人们很快就能找到该理论,又或许这种理论根本不存在,理由是“哥德尔不完备性定理”的暗示,大自然很难以一道公式去描述,而只能以一个框架去描述,并且霍金在书中认为M理论可能是这个终极理论;但哥德尔不完备定理是否适用于物理目前仍有不同看法。同时他称“在有些人的有生之年,将可能看到基本相互作用力的大统一理论

目前最有希望成为万有理论的是弦理论或者他的另一版本M理论,包括标度相对论等理论也是在追求大统一。而圈量子引力论并不追求统一,而是希望能将引力量子化,单纯在量子理论范围内描述四种基本作用力。追求万有理论的过程中也衍生了非交换几何等企图用来描述这个理论的数学理论,对某些相关的数学领域起到了推进作用,并且将人类对宇宙的认知带到了很多未知的领域,例如弦理论预测的高维空间,统一引力所需满足的超对称等等。

万有理论和统一场论已经相当接近,但不同之处在于万有理论并不以来场作为自然界的基础。

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