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[随笔，讨论，汇报] 为什么不直接统一“广义相对论”和“量子力学”？

相互作用的统一理论： unified theory of interaction

多信使天文学： multi-messenger astronomy

广义相对论： general relativity

核心原因：

广义相对论，极有可能不是最后的引力理论。

当务之急，是用实验寻找“更好的”引力理论！

一、物理学的统一：是物理学家企图理解物质世界的终极目标

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=407070&Type=bkzyb&SubID=137863

   用单一理论框架统一描述自然界基本粒子组成和相互转化规律的理论。

   可统一描述四种基本相互作用，即强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。这是物理学家企图理解物质世界的终极目标。A.爱因斯坦、W.K.海森堡等曾致力于提出大统一理论，但都未实现目标。

二、“广义相对论”和“量子力学”；“引力”和“电磁”可以统一吗？

   我真的不知道答案。

   但是，我喜欢像爱因斯坦一样，去尽力“统一”。

   20多年之前，学习电力负荷预测时，就猜想了【“广义相对论”和“量子力学”；“引力”和“电磁”】统一的可能性。

   【“广义相对论”和“量子力学”】统一的思路，今年（2024）之前，似乎我从来没有公开提到过。

   20多年之前，还是“博士生”时，我想到了【“广义相对论”和“量子力学”】统一的可能方法。不过，我从来没有推导过公式。现在，以及将来一段时间，估计也不会去推导公式。

   【“广义相对论”和“量子力学”】统一的可能方法，【“引力”和“电磁”】统一的可能方法，这两类“统一”的具体方法并不相同。我现在也不打算说出来。

   再往下，就是“物理学相互作用理论统一”的数学表示（数学标准）。

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1431879.html

2024-04-28，[资源，统一场，P vs NP] 何为相等？

   越来越觉得，正如希尔伯特所言：“对物理学家来说，物理学太难了，

   需要客观公正、根基雄厚的数学帮助他。”

三、为什么我不去统一“广义相对论”和“量子力学”；“引力”和“电磁”？

   （1）因为没有谁把这任务派给我啊！

   （2）目前的引力理论不够理想，我觉得这是“统一”的最大难题。

   与其猜想，不如去实验。

   （3）用实验寻找比万有引力定律、广义相对论“更好的引力理论”，这才是当前真正的重点。

   目前的思考，请看：

   2024-08-29 22:49，[最主流，建议，优先权] 万有引力常数G的稳定性的（地球实验室，太阳系天体运动）判定实验原理

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1448778.html

附录：本文思路的前人观点

（A1） 丁肇中

   “实验是自然科学的基础，理论如果没有实验的证明，就没有意义。当实验推翻了理论以后，才可能得到新的理论。而理论是不可能推翻实验的。过去400 年，我们对物质基本结构的了解，大都来自于实验物理。”

引用自： 丁肇中. 与中国科学家合作的40年[J]. 现代物理知识, 2020, 32(1): 55-63.

http://mp.ihep.ac.cn/cn/article/id/12379

（A2） 杨振宁

   “不过，我曾经把库仑的文章拿来看了一看，发现他写出的那个公式同实验的误差达到30％以上。估计他所以写这个公式，一部分是猜出来的，猜测的道理是因为他已经知道了牛顿的公式。我所以要和大家讲这一点，是因为在所有物理和数学的最前沿的研究工作，很大一部分力量要化在猜想上。在别的方面可能也是这样，不过我不太熟悉罢了。当然这并不是说可以乱猜，猜必须建筑在过去的一些知识上面，你过去的知识愈正确愈广泛，那么猜到正确答案的可能性就愈大。”

引用自： 世界科学译刊编辑部. 从历史角度看四种相互作用的统一（根据杨振宁博士1978年7月6日在上海物理学会的演讲整理）[J]. 世界科学译刊， 1979, (01): 1-13.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SJKE197901000.htm

图1  杨振宁老师1978年7月6日《从历史角度看四种相互作用的统一》的观点，杨振宁文集(上)，p.250，来自刘全慧老师博文。

https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1357091.html

（A3） 高斯

   当别人问高斯如何得到他定理，人类历史上数学家综合排行榜第二的高斯，毫不含糊地说：“…通过系统的、明显的实验。... through systematic, palpable experimentation. ... durch planmässiges Tattonieren.”：

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gauss/quotations/

   伟大数学家高斯在1830年给贝塞尔的信中写道：

   "We must admit with humility that, while number is purely a product of our minds, space has a reality outside our minds, so that we cannot completely prescribe its properties a priori. 我们必须谦虚地承认，虽然数字纯粹是我们头脑的产物，但空间在我们头脑之外有一个现实，因此我们不能完全先验地规定其性质。"

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gauss/quotations/

（A4） 狄利克雷

   （Peter Gustav Lejeune Dirichlet, 1805-02-13 ~ 1859-05-05）：

   “用清晰的思想代替盲目的计算。Replacing blind calculations by clear ideas.”

引用自： 科普中国，2022-12-08，专访数学大师阿诺德：那些年顶级数学家在莫斯科齐聚一堂

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=389707

S. H. Lui (Shiu-Hong Lui), An Interview with Vladimir Arnol'd [J], Notices of the AMS, 1997, 44(4): 432-438.

https://www.ams.org/notices/199704/arnold.pdf

（A5） 费曼

   可是，[在相对论引力研究中]存在着一个严重的困难，那就是缺少实验。而且，我们也不会得到任何实验，因此，对如何处理得不到实验帮助这样的难题，我们必须选取一种原则。有两种选择。第一种选择是数学的严格。研究引力理论的人都相信，这个领域的方程比任何其他领域的方程都更难，但是在我看来，并非如此。如果让我来解其他领域的方程，我肯定也会说解不了。可是，也许在最初几年，任何人都可以通过各种不严格的也没有经过数学证明的近似做大量的工作。在历史上，在发现了正确的东西很多年之后，才会出现对一个人所说的是对还是错的严格的分析。而且，正确的东西都是在实验的帮助之下才发现的。在没有实验指导的情况下尝试数学的严格，这才是造成这个学科困难的原因，而不在于方程。

   第二种选择是靠直觉“做游戏”并继续下去。就拿引力辐射来说吧。很多人认为，这种辐射很可能是发射的。因此，假设它就是这样的，并且计算各种东西，比如恒星散射等等，一直继续下去，直到自相矛盾为止。那时再回过头来，找到困难所在。确定一个思路，以一种试探性的方式不严格地去计算。你什么也不会失去；没有实验。我认为最好的观点是假装存在实验和计算。在这个领域，由于没有实验来推动，我们就必须用想象来拉动。（德威特，1957，第150页)

图2  截取自（美）肯尼菲克著. 传播，以思想的速度：爱因斯坦与引力波[M]. 上海：上海科技教育出版社，2010. 第 259 页

图3  截取自（美）肯尼菲克著. 传播，以思想的速度：爱因斯坦与引力波[M]. 上海：上海科技教育出版社，2010. 第 260 页

（A6） 费米

   1953年春天，费米（Enrico Fermi）说：

   “There are two ways of doing calculations in theoretical physics”, he said. “One way, and this is the way I prefer, is to have a clear physical picture of the process that you are calculating. The other way is to have a precise and self-consistent mathematical formalism.” 

   “在理论物理学中有两种进行计算的方法”，他说。“一种方式，这是我更喜欢的方式，是对你正在计算的过程有一个清晰的物理图像。另一种方法是拥有精确且自洽的数学形式。”

引用自： Freeman Dyson. A meeting with Enrico Fermi [J]. Nature, 2004, 427(6972): 297-297.

doi:  10.1038/427297a

https://www.nature.com/articles/427297a

参考资料：

[1] 2022-01-20，相对论的天体测量检验/astrometric test of relativity/黄天衣，中国大百科全书，第三版网络版[ED/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=107747&Type=bkzyb&SubID=150497

   广义相对论并不是当今存在的唯一引力理论。一方面是因为实验和观测还不能对理论做出最后的选择，也来自物理理论本身发展的需求。暗物质和暗能量的理论解释，量子引力理论的发展，都使得物理学家认为广义相对论不是最后的引力理论。高精度天体测量是检验引力理论的主要手段。

[2] 2021-04-11，上海交大携手《科学》杂志向全球发布125个科学问题

https://news.sjtu.edu.cn/mtjj/20210412/145693.html

   Astronomy 天文学

   15. Is Einstein's general theory of relativity correct? 

   15.爱因斯坦的广义相对论是正确的吗？

[3] 2023-01-18，相互作用的统一理论/unified theory of interaction/刘金岩，中国大百科全书，第三版网络版[ED/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=407070&Type=bkzyb&SubID=137863

   可统一描述四种基本相互作用，即强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。这是物理学家企图理解物质世界的终极目标。A.爱因斯坦、W.K.海森堡等曾致力于提出大统一理论，但都未实现目标。

[4] 2022-01-20，多信使天文学/multi-messenger astronomy/王晓峰，中国大百科全书，第三版网络版[ED/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=63454&Type=bkzyb&SubID=87340

   天体物理学中，观测天文学的分支领域，通过同时观测来自天体的多种渠道的信息来研究天体或天体过程的物理性质。

   天文学中的信息渠道（即信使）包括电磁辐射、中微子、宇宙线和引力波。它们产生于不同的天体物理过程，因此多信使天文学观测可以得到对天体全方位的认识。宇宙中产生的比较显著的多信使信号源往往与天体的剧烈爆发或致密星双星有关。

[5] 科普中国，2021-12-31，合情推理

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=367183

   贯彻任何科学发现的思维，也主要是合情推理；量子力学方程是猜出来的；

相关链接：

[1] 2024-08-29，[最主流，建议，优先权] 万有引力常数G的稳定性的（地球实验室，太阳系天体运动）判定实验原理

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1448778.html

[2] 2024-08-27，[最主流，建议，优先权] 牛顿万有引力常数G变化的判定实验原理

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1448446.html

[3] 2024-01-29，[讨论] 引力会怎样？假定米兰科维奇理论 Milankovitch theory 足够精确

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1419830.html

[4] 2023-07-24，[讨论] 电磁学的实验再检验（8）：静止的电场、引力场之间是否存在相互作用？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1396488.html

[5] 2021-01-08，[讨论] “遥远恒星轨道速度存在微小差异”是否是“引力磁”的作用？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1266288.html

[6] 2022-06-12，[建议] 对万有引力定律实验室检验结果的一点建议

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342668.html

[7] 2024-08-11，[请教，说明] 最主流：广义相对论的进一步发展

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1446076.html

[8] 2024-03-17，[讨论，最主流] 关于宏观物理学“新理论”有效性判断的一些看法（初稿）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1425717.html

[9] 2024-04-28，[资源，统一场，P vs NP] 何为相等？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1431879.html

[10] 2024-08-21，[讨论，笔记] 什么是真正的“广义相对论 general relativity”？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1447605.html

[11] 2022-09-29，统一场：爱因斯坦是“超级冤大头”吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1357360.html

[12] 2023-04-21，[阅读笔记] “多信使”天文学

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1385142.html

[13] 2022-09-28，历史上经典科学实验的现代再检验：“硬凑”的逻辑

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1357231.html

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