引力如何产生的？为何不能被大统一理论统一？

    引力为何这样强大，它能牵引行星运转，然而它又是那样微弱，连一个简单的电冰箱磁铁就能抵御它的吸引?这一疑问长期困扰着物理学界:我们最权威的理论不能解释为什么引力比其他基本力(例如，电磁)还要微弱？

    100多年前人们知道有磁力和电力,电力和磁力都有斥力和引力,但人们当时还是不知道怎么把两种力统一起来.统一的意思是用一个数学框架去描述.当时人们知道有电场和磁场,也知道电场和磁场怎么相互影响.后来有了狭义相对论,人们才知道（尽管Maxwell方程早就隐含了这些性质）电场和磁场并在一块儿可以统一成电磁场,电磁场在Lorentz变换下有着非常简洁的性质,而且原来描述电磁场的方程也可以用异常简洁的方法些出来.所以从现在看来,电场和磁场只不过是电磁场的一些分量而已,并非基本的量.

    人们现在知道有强相互作用（夸克之间相互作用,由胶子传递）,弱相互作用（beta衰变,轻子间相互作用,由W,Z 玻色子传递）,电磁相互作用（带电粒子的相互作用,由光子传递）和引力作用.电磁相互作用上世纪60年代,人们认识到电磁相互作用可以跟弱相互作用统一起来.两种场遵循SU(2)*U(1)规范对称性,并且发生了混合,就成了我们知道的弱场（W,Z）和电磁场（光子）.强相互作用尚未进入统一之列.当前描述强作用的叫量子色动力学(QCD),是一种基于称为“颜色”的量子数的SU（3）理论.有理论试图将强相互作用,和弱电作用统一,叫做大统一理论（GUT）,比如SU(5)理论,这种理论预言重子数不守恒的过程（质子衰变）,但现在被实验否决.

    归纳起来,统一就是要把原先分散的作用用一个数学框架描述.这个数学框架往往有某种对称性.

    至于那个最不听话的引力,目前无法自恰地将其纳入量子理论的范畴中.我们有广义相对论,对宏观的引力描述非常准确,但是对引力的微观行为还一无所知.除了理论上的困难,实验上要观察到量子引力行为也极端困难,除非引力的量子行为跟宏观行为有巨大的不同（比如如果存在微观的额外维度,引力在量子效应可能回比直接从宏观估计的要大许多）.现在普遍认为在Plank能标下（10^19GeV）引力和其他相互作用是统一的.会有某种“终极理论”可以描述统一起来的相互作用.我们现在的标准模型很显然只是一个低能下近似正确的有效理论.

    引力如何产生的？牛顿也回答不出如何产生这个问题。这也是爱因斯坦花了三十年时间，最后遗憾而去，未能解答的问题。目前无数的量子物理家门，弦理论家门，都视这题为目前物理界的终极理论。因为要回答这个问题，其实就需要：The Theory of Everything 万有理论/一切的理论。

    先说一下，宇宙有四种基本力，也就是物质间最基本的相互作用：

（1）电磁相互作用

（2）强相互作用

（3）弱相互作用

（4）引力相互作用

    发现希格斯玻色子后，也就是所谓的上帝粒子，完全的证实了Standard Model标准模型。这个模型概括解释了强核力、弱核力和电磁力的基本组成和所有物质的基本粒子。用单一理论来解释这三个相互作用如何产生，就是Grand Unified Theory大统一理论。这也算是二十世纪，到二十一世纪，物理界最大的成果。

    不过，目前还没能把引力一起统一解释。所以还需要更上一层的The Theory of Everything万有理论/一切的理论，来把这四力都统一了，才能知道引力到底这如何产生的。虽然没有人可以说他们知道答案，不过目前有些非常有趣的假说。

    Theory of Everything 万有理论可以算是目前物理学的终极目标。而我们熟悉的两个物理理论系统：

（1）量子力学

（2）广义相对论

    就是有可能解释万有理论的两个竞争者。它们其实是竞争对手，因为两个理论虽然都有潜力在未来达成万有理论，不过以目前的定义，是不可能两者皆对的。对，你没看错，我的确说这两个被视为二十世纪物理界最有影响力的两个理论不可能两者皆对。

    不过目前应用物理上来说，这还不是问题。因为一个是微观，一个是宏观，由于应用相差大，所以可以分开解释。虽然两个都在目前的实验上来说，已被反复的验证了，真不好说哪个对哪个错，不过目前的解释非常“乱”，并不完美，并不是统一的万有理论。但是未来有可能改变它们的定义，来容纳对方。反正现在只能说两个都只解释了宇宙奥秘的一部分。

    量子引力是量子力学试着解释引力，以及想办法结合广义相对论的一个理论。其中一个概念是graviton引力子，是一个假设的基本粒子。如果引力子真的存在，它不会有质量或电荷，并且是引力的产生源。不过这个假设理论，虽然可以完美的解释引力来源以及完成万有理论，还是有非常大的实验证实问题的。可以说基本上不可能测到。具体为什么我就不多说了，反正有很多基本上的物理问题导致实际测量几乎不可能。而在科学上，不可能实验证实的理论，不是个好理论，不过这也并不代表这个假设不对。只能说我们有可能无法验证。

    另外，说到万有理论，不可能不提到String Theory弦理论。因为它是目前最被看好的，或许可以最终达到万有理论境界的理论。而且，弦理论给出了量子力学和广义相对论结合的可能性。弦理论有非常多的子理论，比较难在这说清楚。基本上都是说宇宙刚开始的时候，宇宙四力都是一个统一的基本力。

所有的粒子在最最小的微观大小里：普朗克长度，都有不同在振动的弦。根据这些弦不同的振动，而产生了不同的粒子的质量以及相互作用。

    还有必须要说到的是Loop Quantum Gravity圈量子引力论。以前这个理论跟弦理论水火不容。不过近年也有结合两个理论的子理论了。和弦理论一样，圈量子引力论也在尝试统一量子力学和广义相对论，所以它跟弦理论都是比较有名的试着解释量子引力的竞争者。圈量子引力论的基本概念是宇宙时空本生就是量子化的，普朗克长度大小的粒状。宇宙就好像一圈圈织在一起的。引力就是有某种特征的圈圈而引起的。

    在《生活大爆炸》里， Sheldon相信的是弦理论，而他的死对头Leslie Winkle就是圈量子引力论派的。其它试着解释引力来源，以及想成为万有理论的假设和理论实在是多的数不过来。很多都有部分交叠的概念，而有些却有互相有矛盾的假设。到底那个理论才可以最终升华到万有理论的地位，那就不知道了。或许我们这一代就有可能知道，或许永远都解不了这个宇宙奥秘。