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强相互作用、弱相互作用与电磁相互作用的统一

既然弱作用和电磁作用在非阿贝尔规范理论基础上统一起来了，而且强相互作用也是一种非阿贝尔规范作用，一个诱人的想法是它们能否在一个更大的非阿贝尔规范理论下统一起来，这就是所谓大统一理论的基本想法.最简单的大统一理论是1974年乔奇和格拉肖提出的大统一理论模型.20世纪70年代末到80年代初，物理学家试图把强、弱、电三种力场进行统一，这种理论称为大统一理论，这个理论未获得成功，在此基础上物理学家们又提出了超对称的大统一理论，并获得了满意的结果.(笔者注：其实并没有统一，因为对于同种电荷电磁力相互排斥，而强相互作用互相吸引.)

就在弱电统一理论轰轰烈烈地进行的同时，量子色动力学的研究也是紧锣密鼓.早在上世纪50年代末，日本的坂田昌一领导的小组就提出强子存在着SU（3）对称性.上世纪60年代初，对称性理论吸引了粒子物理界浓厚的兴趣.1964年盖尔曼提出强子由夸克构成的设想.一系列实验证实了强子的夸克结构，并在此基础上建立起描写强相互作用的量子色动力学.按照这一理论，夸克带有两种量子数，分别称为味道和颜色.当然，它们与通常的味道和颜色概念毫无共同之处，夸克的味道和颜色只是被用于区分不同种类和状态的夸克.根据目前的实验，共有六种不同味道的夸克，每种味道的夸克有三种不同的颜色.各种颜色夸克之间存在强相互作用，这是一种SU（3）规范作用，传递规范作用的规范粒子称为胶子.规范理论严格地规定了强相互作用的耦合形式.这种非阿贝尔规范作用有十分奇特的性质：耦合强度随着能量增高而减弱，高能粒子间的作用变得很弱，可用微扰理论来计算，称为渐近自由现象，这也在实验中被观测到；相反，随着能量降低，耦合强度不断增强，以致要把带颜色的夸克分割开需要无穷大的能量，称为颜色禁闭现象.因为夸克带有颜色，作为规范粒子的胶子也带有颜色，所以目前实验无法直接观测到单独的夸克和胶子.

现代物理学认为：能量标度上升，对称性增高，各种力都走向同一，物理学趋向统一.所以大统一理论（弱、电、强力三者的统一）以及四种力（弱、电、强、引力）的统一，都必然是在极高能标下完成的；能量标度下降，对称破缺产生，四种力（弱、电、强、引力）都逐渐分离，表现不同行为.世界变得复杂，丰富多彩.超低能低温下有五花八门的现象，其实只是对称破缺的表面现象，我们眼睛观察到的其实都非实相，它们在高能标下其实只有一个本质.量子场论已经将电磁力、弱力和强力统一起来，证明了它们不过是微观的量子薄雾所产生的不同影响的效果，在极高温度和极小尺度下它们的表现将会完全相同.想像两条坐标轴，横坐标是温度，纵坐标是力的强度.随着温度的升高，三个力会均会平滑的增大或减小，并且最后交于一点――可是引力并不与这一点相交.此外，物理学家还发现，如果将计算精度提高到一定程度后，原本相交于一点的三个力其实也是不相交的.

现代科学认为，自然界由很少的几条规则支配，而存在着无限多种这些支配规律容许的状态和结构.任何尚未发现的力，必将是极微弱的，或其效应将受到强烈的限制.这些效应，要么被限制在极短的距离内，要么只对极其特殊的客体起作用.