张操教授谈“大统一理论”

在张操教授的著作《物理时空理论探讨》里，张操教授在第一章第八节“现今物理学发展方向”中有关大统一理论的论述摘录：

主流物理学家们为了追求物理学的大统一理论，把能量标度越升越高，加速器越造越大，科研经费越来越多，理论越来越玄。能量标度最高的极限，主流物理学家们认为是在宇宙大爆炸的初期，四种力（弱，电，强，引力）能够实现统一。这也是大爆炸宇宙学受到追捧的一个原因。

事实上，物理学研究的对象是人们经历和观察到的现实世界。人们所知道的四种作用力（弱，电，强，引力）的性质是十分不同的。作者认为，人们为什么不可以反过来问：我们人类能够把世界上千变万化的现象归结到四种基本作用力已经很聪明了，物理学为什么一定要把四种作用力硬性统一呢？让我们“道法自然”，承认它们各自的独立性，有各自不同的适用范围，不是很好吗？

在科学史上，在19世纪的后期，麦克斯韦等物理学家把电和磁，电磁波和光成功地统一起来，这是非常自然的优美的统一，不是硬性统一。以后，物理学家追求大统一理论（弱，电，强力三者的统一），这种愿望是可以理解的。可是，不能一厢情愿，为了统一而“拉郎配”式的硬性统一。在现今的标准模型中，弱电统一模型其实已经非常勉强，加入了很多人为的假设和参数。例如，弱作用力是在原子核内起作用的短程力，而电磁作用力是长程力。为了得到弱和电的统一，物理学家大胆假定有W粒子作为中间粒子，它的质量要比作为母体的核子大100多倍。

其实，人类对于弱相互作用了解得很少，主要是原子核的β衰变现象。β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子，一个质子和一个反中微子。凡是涉及中微子的反应都是弱相互作用过程。弱相互作用仅在原子核内起作用，力程非常短（大约在10^-18m范围内）。

虽然物理学家成功地在高能加速器实验中找到了他们假定的W粒子，名利双收，可是作者依然迷惑：核物理中的β衰变明明是低能实验，为什么需要用高能的W粒子作为中间粒子？这好比是，母亲在生产一个婴儿的过程中，“准婴儿”的体重曾经达到母亲体重的100倍？

按照作者的理解，在β衰变过程中，一个中子生成一个质子及一个不稳定的中间粒子，这个观点作者是同意的。中间粒子的质量应该大约是中子和质子的质量差，即几个MeV：它的存在时间非常短，立即衰变成为一个电子和一个反中微子，所以在实验上很难检测到。当然，这是一个直观的朴素想法，它是否合理，还需要作理论计算并与实验比较来检验。

由于弱和电的统一模型的“成功”，主流物理学家们更加热衷于在超高能标的四种作用力的统一。于是，出现了10维以上空间的超对称和超弦理论，量子引力论，宇宙大爆炸初期的暴涨模型等等。这些玄而又玄的理论，本来仅仅是少数理论物理学家的假说或模型，可是经过著名物理学家霍金等人的科普，加上媒体的宣传，产生了强有力的“蝴蝶效应”，不仅是普罗大众，连达官贵人也容易相信。