Question

为什么科学家非要统一广义相对论和量子力学？没统一有什么后果？

Answer 1

按照目前主流的科学认识，近代科学起源于文艺复兴时期的欧洲，从哥白尼革命开始，伽利略实现的近代实验科学的奠基，第谷和开普勒让天文学和占星术彻底分家，牛顿则是将那个时代的庞杂的知识进行集大成，确定了科学的范式。

从这时起，科学开始飞速发展，持续至今大概是300多年的时间。在这300多年的时间里，物理学家这个群体一直都有一个夙愿： 大一统理论 。无论是牛顿还是爱因斯坦都曾努力做出大一统理论，但他们都失败了。

这个大一统理论指的就是仅仅利用一个理论，就可以解释宇宙中所有的物理学现象。反观我们现在的物理学体系，现代物理学有两大支柱：相对论和量子力学。但是两者之间只有狭义相对论和量子力学进行了很有效的结合，由此得到了量子场论。而广义相对论和量子力学至今还格格不入。

按照目前的认知，宇宙中一共存在着四种基本作用力，分别是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。物理学家认为只要统一这四种作用就可以得到大一统理论。

可是一直到现在，弱相互作用和电磁相互作用得到了统一，强力只能勉强算是和弱相互作用、电磁相互作用统一。但实际上这不是弱相互作用、电磁相互作用那样的统一，更不要说引力相作用了。科学家一直是在试图利用“引力子”理论来把引力相互作用也纳入到其中，结果理论和实际现象相距甚远，以至于科学家放弃了这个想法。

虽然“引力子”理论失败了，但是科学家不可能放弃把四种作用力统一在一起。因为科学每一次跃进都是依靠着“统一”，这其实从引力的发展也能看出来。

最早的引力理论是牛顿的万有引力定律。这个理论认为引力是一种超距作用，换句话说，引力是瞬间完成传递的。如果太阳突然消失了，那牵引地球的引力就会瞬间消失，这时候地球就会沿着轨道的切线方向飞出去。

牛顿的万有引力定律让我们知道，地球上的物理学定律和宇宙中的天体运动其实是一回事，这其实也是一次物理学理论的统一。

后来，麦克斯韦提出著名的 麦克斯韦方程 ，这也是一个物理学理论的统一，实现了“电”和“磁”的统一。

再后来，1905年，爱因斯坦提出了著名的狭义相对论，在狭义相对论当中他实现了“时间”和“空间”的统一，在同年发表的质能等价理论当中，他又统一了“质量”和“能量”。

我们会发现，能够跻身物理学前三的物理学家都实现了物理学理论的统一。到了1915年，爱因斯坦提出了著名的广义相对论，这也是如今解释引力的主流科学理论。在这个理论当中，爱因斯坦提出引力现象的产生，事实上这本质上是时空弯曲的结果。

我们来举个例子，月球会绕着地球转，按照广义相对论，是因为地球压弯了时空，而月球绕着时空的“侧地线”在运动，这里的“测地线”是四维时空的“直线”，也就是两点之间的最短距离。

在广义相对论中，爱因斯坦提出了著名的等效原理，把物体受到引力作用与物体在加速度状态下的物理学规律进行了统一。

物理学大厦的建立，依靠的就是一次次物理学理论的统一。即便现在解释引力的是时空扭曲，但是科学家依然不会去放弃把四种作用力统一在一起。因为放弃这个观念，就相当于放弃了科学的发展。我们也知道，如今世界各国都在大量投入科学经费，就是期盼着类似于牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦提出的这种统一理论可以发生在自己的国家，这样可以大幅度推进科学的进步。同时，科学一旦进步了，必然会作用于 科技 ，使得 科技 突飞猛进的进步。

第一次工业革命就是得益于牛顿力学和热力学的发展；第二次工业革命、第三次工业都是得益于麦克斯韦电磁学的发展；而近代的航天技术和通信技术的发展，得益于相对论和量子力学的发展。

每一次科学的发展所带来的技术爆炸，都带来了整个 社会 在效率上大幅度的发展，并且带来巨大的经济利益。在这些利益的驱使之下，无论是科学家还是政府都会热衷于把科学理论进一步地发展。而广义相对论和量子力学的统一就是科学理论发展路径上极其重要的一环，因此，人类不会放弃这个想法。