我们需要万物理论吗？

我经常被问到是否可以评论一下别人关于一切的理论。这可能是加勒特·利西的E8理论，或者是埃里克·温斯坦的几何统一性，或者是斯蒂芬·沃尔弗拉姆的宇宙只是一个大图形的观点，等等。那就好。让我告诉你我对这件事的看法。但恐怕这不是你想听的。在我们开始之前，让我提醒你们物理学家所说的“万物理论”是什么意思。就我们目前所知，宇宙和宇宙中的一切由四个基本的相互作用维系在一起。这就是电磁力，强核力和弱核力，以及重力。你所熟悉的所有其他力量，比如范德华力，或肌肉力，或将你拉向维基百科上无限链接序列的力，这些都是源自四个基本互动的非基本力。至少在原则上是这样。现在，三种基本的相互作用，电磁力和强核力和弱核力，属于同一类型。它们被收集在粒子物理的标准模型中。标准模型中的三种力由量子场论来描述，简而言之，这意味着所有的粒子都遵守量子力学的原理，比如测不准原理，它们可以纠缠等等。然而，引力是由爱因斯坦的广义相对论描述的，对量子力学一无所知，因此它有别于其他三种力。这是个问题，因为我们知道标准模型中的所有量子粒子都有引力。但我们不知道这是如何运作的。我们只是没有一个理论来描述基本粒子是如何引力的。为此，我们需要一个关于重力量子行为的理论，一个被称为“量子引力”的理论。我们需要量子引力理论，因为广义相对论和标准模型在数学上是不相容的。到目前为止，这只是一个纯粹的理论问题，因为根据我们目前所能做的实验，我们不需要使用量子重力。在目前所有可能的实验中，我们要么测量量子效应，要么测量粒子质量太小，以至于我们无法测量它们的引力。或者我们可以观察到一些物体的引力，但是它们没有量子行为。所以，目前我们不需要量子引力来描述任何观测。然而，这种情况有望在未来几十年内改变。我在之前的一段视频中谈到了这一点。除了缺失的量子引力理论，物理学家对标准模型还有其他各种问题。最值得注意的是，虽然标准模型中的三种力都属于同一类型，但它们也都不同，因为每种力都属于不同的对称类型。物理学家更愿意将所有这些力统一为一个，这意味着它们都将来自相同的数学结构。在许多情况下，该结构是一个大的对称群。因为我们没有观察到这一点，所以我们的想法是，大对称性只会在能量高到我们还无法测试它们的时候才会显现出来。在我们到目前为止测试过的能量下，对称性必须被打破，这就产生了标准模型。这种标准模范力量的统一，叫做“大统一”或“大统一理论”，简称“大一统”。那么，物理学家所说的万物理论就是一种理论，所有四种基本的相互作用都是从这个理论派生出来的。这意味着它既是一个大统一理论，也是一个量子引力理论。这听起来是个好主意，是的。但。没有理由实际上应该用万物理论来描述自然。虽然我们*确实需要量子引力理论来避免自然规律中的逻辑不一致，但标准模型中的力并不一定要统一，它们也不一定要与引力统一。会很漂亮的，是的，但是没有必要。标准模型在没有统一的情况下工作得很好。所以这个万物理论的整个想法是建立在一个不科学的前提之上的。有些人希望自然规律以一种非常具体的方式变得漂亮。他们希望它简单，他们希望它是对称的，他们希望它是自然的，在这里我必须警告你，“自然”是一个技术术语。所以他们知道他们想要什么是真的。然后，他们偶然发现了一些让他们印象特别深刻的数学，他们开始确信，它肯定对自然规律起到了作用。简而言之，他们发明了一种他们认为的宇宙应该是什么样子的理论。这根本不是发展科学理论的好策略，当然也不是标准的方法论。事实上，情况恰恰相反。在理论发展中依靠美，从历史上看是行不通的。