统一场论 unified field theory 原指试图把电磁场和引力场统一起来的物理学理论,现泛指试图把自然界中各种相互作用统一起来的理论。迄今为止,人们已经认识到,物理世界存在着四种不同的相互作用,即引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用。统一场论要解决的是各种相互作用之间是否有共同的起源和本质的问题。人类在探索世界统一性的过程中,很早就注意寻找各种相互作用的统一模式。自20世纪20年代爱因斯坦和德国数学家魏尔明确提出建立引力场和电磁场统一的方案以来,这一研究已经历了三个发展阶段:爱因斯坦的几何统一场论,海森伯的量子统一场论以及规范统一场论。爱因斯坦从1923年起致力于统一电磁场和引力场的工作,试图发明一种新的几何统一这两种场。爱因斯坦探索统一场论虽然未获成功,但产生了深远影响。海森伯从1953年起倡导量子统一场论。他主要从基本粒子的统一去探求新的统一场论。认为:“凡是一个理论,如果它能用一个关于物质的基本方程准确地反映基本粒子的质量和性质,那么它同时也是一个统一场论。”他的工作虽有一定的进展,但没有把基本粒子及其相互作用统一起来。1967—1968年,美国的物理学家温伯格(Steven Weinberg, 1933— )和巴基斯坦的物理学家萨拉姆(Abdus Sálam, 1926— )在量子规范理论的基础上提出了把弱相互作用和电磁相互作用统一起来的理论,并利用Higgs机制得到了有静质量的中间玻色子W+、W-、Z°,这个理论后来被证明是可以重整化的,并为许多实验所证实。为此,温伯格和萨拉姆获诺贝尔物理学奖。此后,追求统一更大范围的场论以各种形式兴起,弱、电磁、强相互作用统一的“大统一”学说正在建立,弱、电磁、强、引力相互作用统一的“超对称、超引力”等理论也取得了引人注目的初步成果。统一场论的发展为物理学的进步提供了新的广阔前景,同时也为进一步认识和证明世界的物质统一性原理提供了日益丰富的自然科学的证据。物理学界也有人认为,建立统一场论不会成功,大自然不可能用一种理论去概括。 |