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统一场论

指数 统一场论

統一場論是一種只需要用單一場論就可以完美解釋所有種類的基本相互作用之間的基本粒子。在同一原則為前提底下,可以解釋各種不同粒子之間的關係的物理理論。截至目前為止尚沒有成功的統一場論出現,而統一場論也是今日物理學界研究的重點之一。統一場論這個名詞首先由阿爾伯特·愛因斯坦提出,他同時也曾試圖整合廣義相對論以及電磁學成為一個單一場論的物理學家。“万有理论”和統一場論相當的接近,但是它們之間不同的是“万有理论”並不要求將自然界基礎當作是場,且万有理论也試圖解釋所有自然界中的常數的成因。.

目录

  1. 24 关系: 反重力大统一理论大統一場理論孟德爾·薩克斯宇宙世紀科技尼古拉·特斯拉布莱恩·葛林丘成桐万有理论張達文场 (物理)約翰·惠勒綜攝统一场理论经典统一场论维尔纳·海森堡費城實驗阿尔伯特·爱因斯坦阿尔伯特·爱因斯坦科学出版物列表電弱交互作用M理论愛因斯坦群普朗克时期2005 世界物理年

反重力

反重力一詞常見於宇宙論和星體動力學。該詞的概念是希望能创造一个物体或者空间,可以不受重力影响。它并不是指一種失重狀態,例如自由落體或衛星運行,也不是指用別的力來平衡萬有引力,例如用電磁力或空氣動力;反重力的基础缘由是指透过一种科技的干预,让反重力的物体或者空间可以使引力场不复存在或者不会对物体或空间造成影响。反重力一般会在科学幻想中提及,特别是在航天器推进这一内容中。这种概念首次在赫伯特·乔治·威尔斯的科幻作品《月球上最早的人类》中出现,从此反重力成为幻想科技中最受欢迎的部分。 在人类首个数学化描述引力的文献:牛顿万有引力定律中,引力被描述成未知介质传递的外力。然而,在20世纪早期,牛顿的模型被更普遍和完整描述的广义相对论所替代。在广义相对论中,引力不是传统意义上的力,是空间维度自身的一种特征。这种几何算法通常情况下会产生互相吸引的「力量」。在广义相对论的范围裡,反重力是非常不可能的,除非在非自然状况下,但即使如此,反重力同样不太可能產生。 量子力学将重力设定为能够传递力量并且无质量的基本粒子引力子,有没有可能创造或消灭重力是不确定的。 “反重力”通常指被看作能够反转重力的设备,即使通过其他方式达到这个目的,例如:依靠电磁场运行的“飘升机”.

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大统一理论

大统一理论(Grand Unification Theory,缩写GUT)是一種物理理论。物理學者希望能藉由单獨一種物理理论来合理解释电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用导致的物理现象。大统一理论算是物理界迈向万有理论的踏脚石。請注意,大统一理论并不包括引力,试图也将引力统一的理论称為万有理论。.

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大統一場理論

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孟德爾·薩克斯

孟德爾·薩克斯(Mendel Sachs,)是美國理論物理學家,曾任教於紐約州立大學水牛城分校物理系(1966年–1997年),1997年退休轉任名譽教授。 其較知名的學術貢獻是以四元數完成阿爾伯特·愛因斯坦未竟的工作——統合重力場與電磁場,亦即統一場論。.

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宇宙世紀科技

宇宙世紀科技,日本動畫、漫畫作品《GUNDAM系列》,宇宙世紀裡的虛擬科技。這些科技不單影響了之後其他《GUNDAM系列》作品的劇情,而且亦開展了寫實機器人的動畫類別。.

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尼古拉·特斯拉

尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,Никола Тесла;),塞爾維亞裔美籍發明家,物理學家,機械工程師,電機工程師和未來學家。被認為是電力商業化的重要推動者,並因主要設計了現代交流電力系統而最為人知。在邁克爾·法拉第發現的電磁場理論的基礎上,特斯拉在電磁場領域有著多項革命性的發明。他的多項相關的專利以及電磁學的理論研究工作是現代的無線通信和無線電的基石。 在贏得著名的19世紀80年代的“電流戰爭”及在1894年成功進行短波無線通信試驗之後,特斯拉被認為是當時美國最偉大的電機工程師之一。他的許多發現被認為是具有開創性的,是電機工程學的先驅。1891年,特斯拉在成功試驗了把電力以無線能量傳輸的形式送到了目標用電器之後,致力於商業化的洲際電力無線輸送,並且以此設想建造了半成品 - 沃登克里弗塔。 於20世紀30年代,特斯拉這時接近生命的尾聲階段。特斯拉一度變得深居簡出,足不出戶,獨居於紐約市的Wyndham New Yorker Hotel3327房间之中,偶爾才會向新聞界發表一些不同尋常的聲明。因為他舉止怪異,特斯拉被普遍認為是“瘋狂科學家”的原型。他對於金錢和法律事務之不在乎亦是其一生之致命傷。數家電子公司(今日美國電子業龍頭的前身)聯合派出一群能言善道的律師,奪走了他大部份的專利。1943年1月7日,特斯拉在窮困潦倒中過世。去世之後,特斯拉的成就並不太為當時的人所知,但是在20世紀90年代,他的公眾名望出人意料地上演了王者歸來。在2005年,他被電視節目“最偉大的美國人”(美國在線和探索頻道共同開展)列為前100名,這張名單是由公眾投票產生。 撇開他在電磁學和工程上的成就,阴谋论作家Robert Lomas認為特斯拉對機器人、彈道學、信息学、核子物理學和理論物理學上等各種領域有貢獻。許多他的成就已伴隨著一些爭議被應用,去支持著許多的非主流科學,如幽浮理論。Robert Lomas視他為「創造出二十世紀的人」。國際單位制中的,用來衡量磁感應強度(也作磁通量密度)的單位,是以特斯拉的名字命名,符號T(由國際度量衡大會在1960年確立)。在塞爾維亞首都貝爾格萊德有一座國際機場(即貝爾格勒尼古拉·特斯拉機場)以他的名字命名。塞爾維亞紙幣上至今有他的頭像。.

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布莱恩·葛林

布莱恩·葛林(Brian Greene, )是美国著名的理论物理学家与超弦理论家。他自1996年以来担任了哥伦比亚大学(弦论、宇宙学和天体粒子研究中心 ISCAP)的教授。1999年他发表了他的第一本科普书《》,激发了他在普通大众中的知名度。之后他又撰写了《宇宙的构造》,《隐遁的事实》等书,还出演了在他书的基础上制作的PBS同名科学纪录片。葛林出演了著名美国喜剧《生活大爆炸》(第四季)第20集,《The Herb Garden Germination》。.

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丘成桐

丘成桐(Shing-tung Yau,),美籍华裔数学家,曾獲數學界最高榮譽菲尔兹奖及沃爾夫數學獎,自小在香港長大並完成本科,後入籍美國。目前担任哈佛大學教授和香港中文大学博文讲座教授。.

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万有理论

萬有理論(Theory of Everything或ToE)指的是假定存在的一種具有總括性、一致性的物理理論框架,能夠解釋宇宙的所有物理奧秘。經過幾個世紀奮勉不懈的努力,發展出兩種理論框架:廣義相對論與量子場論。它們的總合,可以說是最接近想像中的萬有理論。廣義相對論專注於研究引力來明白宇宙的大尺度與高質量現象,例如恆星、星系、星系團等等。量子場論專注於研究非引力來明白宇宙的小尺度與低質量現象,例如,亞原子粒子、原子、分子等等。量子場論成功地給出標準模型,並且能夠按照大統一理論將弱力、強力與電磁力這三種非引力統合在一起。 經過多年的研究,這兩種理論分別在適用範圍內做出的預測幾乎都已被實驗肯定。根据物理学家的研究结果,廣義相對論與量子場論互不相容,即對於某些狀況,两者不可能同时是正確的。由於這兩種理論的適用範圍不同,對於大多數狀況,只需用到其中一種理論。這兩種理論的不相容之處在非常小尺度與高質量範圍才成为显著的问题,例如,在黑洞內部、在宇宙大爆炸之后的极短时间。為了解釋這衝突,透露更深層實在、將引力與其它三種作用力統合在一起的理論框架必需被找出,和諧地将廣義相對論與量子場論整合在一起,原則而言,成為能夠描述所有物理現象的單一理論。近期,在追逐這艱難目標的過程中,量子引力已成為積極研究領域。 万有理论用来指那些试图统合自然界四种基本相互作用:引力相互作用、强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用成為一体的理论,是在电磁作用和弱相互作用連成一体的电弱作用理论之後,再加入強相互作用連成一体的大統一理論基础之後,又加上引力作用連成一体的理論。目前被认为最有可能成功的萬有理论是弦理论和圈量子引力論。.

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張達文

張達文(英文名: Darwin Chang ),台灣理論物理學家。前國立清華大學物理系教授。曾任中華民國物理學會理事長,國家理論科學研究中心物理組主任。.

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场 (物理)

在物理裡,場(Field)是一個以時空為變數的物理量。 場可以分為純量場、向量場和張量場等,依據場在時空中每一點的值是純量、向量還是張量而定。例如,古典重力場是一個向量場:標示重力場在時空中每一個的值需要三個量,此即為重力場在每一點的重力場向量分量。更進一步地,在每一範疇(純量、向量、張量)之中,場還可以分為「古典場」和「量子場」兩種,依據場的值是數字或量子算符而定。 場被認為是延伸至整個空間的,但實際上,每一個已知的場在夠遠的距離下,都會縮減至無法量測的程度。例如,在牛頓萬有引力定律裡,重力場的強度是和距離平方成反比的,因此地球的重力場會隨著距離很快地變得不可測得(在宇宙的尺度之下)。 定義場是一個「空間裡的數」,這不應該減損場在物理上所有的真實性。「場佔有空間。場含有能量、动量。場的存在排除了真正的真空。」 真空中沒有物質,但並不是沒有場的。場形成了一個「空間的狀態」,因此當我們在場內放入一個粒子,這個粒子會感覺到力。 當一個電荷移動時,另一個電荷並不會立刻感應到。第一個電荷會感應到一個反作用力,並獲得動量,但第二個電荷則沒有感應,直到第一個電荷移動的影響以光速傳遞到第二個電荷那裡,並給予其動量之後。場的存在解決了關於第二個電荷移動前,動量存在在哪裡的問題。因為依據動量守恆定律,動量必存在於某處。物理學家認為動量應該存在於場之中。如此的認定讓物理學家們相信電磁場是真實的存在,使得場的概念成為整個現代物理的範式。.

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約翰·惠勒

約翰·阿奇博爾德·惠勒(John Archibald Wheeler,),出生於美國佛羅里達州傑克遜維爾,美国理论物理学家。 惠勒雖然沒有得到諾貝爾獎,但是他無疑是美國最重要的物理學家之一。作為物理學家,惠勒最重要的工作是與玻爾合作,在1942年共同揭示了核裂變機制,並參加了研製原子彈的曼哈頓工程。他還是美國第一個氫彈裝置的主要設計者之一。作為物理學教育家,惠勒培養出了幾代美國物理學家,他指導過的博士達50位之多——當下美國宇宙學或者天體理論物理的一線人物有相當一部分是惠勒的學生。.

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綜攝

綜攝(syncretism,又稱融合主義)指的是調和或統合信念(如宗教上)的衝突,也可指對於調和或統合所做的努力,例如宗教混合的客觀過程。兩個以上的宗教在接觸與和解後,發展出彼此文化特質的交流現象,藉由宗教教義的交互體現,達到多元活動內容與豐富的融合現象。 英語的「綜攝」(Syncretism)一詞最早出現在1618年的《牛津字典》,但事實上在公元前的宗教演化過程中,就已出現多起。例如古希臘。之後的基督教、天主教、伊斯兰教,東亞的儒教、佛教、道教(三教)與民間信仰,甚至現代新興宗教,綜攝現象均成為宗教發展中無可避免的過程。.

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统一场理论

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经典统一场论

经典统一场论(classical unified field theory)是试图在经典物理的框架下建立一个单一自洽的场论模型,从而能够解释自然界中所有基本相互作用的所有这类尝试的总称。经典统一场论可以被认为是统一场论的一个分支,在第一次世界大战和第二次世界大战之间有很多物理学家和数学家都致力于统一引力和电磁理论方面的研究,这些工作促进了微分几何在纯数学领域的发展。爱因斯坦是最被人熟知的尝试建立统一场论的物理学家之一。 本条目意在介绍历史上多种尝试建立一个经典的、相对论性的统一场理论;至于现代物理学中试图建立一个相容於量子理论的引力理论的尝试,请参见量子引力。.

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维尔纳·海森堡

维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg,),德国物理学家,量子力学创始人之一,“哥本哈根学派”代表性人物。1932年,海森堡因為“创立量子力学以及由此导致的氢的同素异形体的发现”而榮获诺贝尔物理学奖。 他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式(矩阵力学),提出了“不确定性原理”(又称“海森堡不确定性原理”)和S矩阵理论等。他的《量子论的物理学原理》是量子力学领域的一部經典著作。.

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費城實驗

費城實驗(Philadelphia Experiment)是一項流傳已久的傳聞,宣稱美國海軍在1943年10月28日曾在宾夕法尼亚州費城一船塢舉行秘密實驗,使一艘在观察者眼中隐形。該實驗也叫費城計劃,又稱彩虹計劃。所有參與計劃的船員都否認曾有任何事件發生,除了一位目擊者宣稱目擊了整個實驗發生的經過。由於沒有任何直接證據,且實驗內容缺乏嚴謹的科學理論基礎,費城實驗傳聞的真實性因而普遍受到質疑,並被認為是單純的都會傳奇。.

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阿尔伯特·爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦,或譯亞伯特·爱因斯坦(Albert Einstein,),猶太裔理論物理學家,创立了現代物理學的兩大支柱之一的相对论,也是質能等價公式()的發現者。他在科學哲學領域頗具影響力。因為“對理論物理的貢獻,特別是發現了光電效應的原理”,他榮獲1921年諾貝爾物理學獎。這發現為量子理論的建立踏出了關鍵性的一步。 愛因斯坦在職業生涯早期就發覺經典力學與電磁場無法相互共存,因而發展出狹義相對論。他又發現,相對論原理可以延伸至重力場的建模。從研究出來的一些重力理論,他於1915年發表了廣義相對論。他持續研究統計力學與量子理論,導致他給出粒子論與對於分子運動的解釋。在1917年,愛因斯坦應用廣義相對論來建立大尺度結構宇宙的模型。 阿道夫·希特勒於1933年開始掌權成為德國總理之時,愛因斯坦正在走訪美國。由於愛因斯坦是猶太裔人,所以儘管身為普魯士科學院教授,亦沒有返回德國。1940年,他定居美國,隨後成為美國公民。在第二次世界大戰前夕,他在一封寫給當時美國總統富蘭克林·羅斯福的信裏署名,信內提到德國可能發展出一種新式且深具威力的炸彈,因此建議美國也盡早進行相關研究,美國因此開啟了曼哈頓計劃。愛因斯坦支持增強同盟國的武力,但譴責將當時新發現的核裂变用於武器用途的想法,後來愛因斯坦與英國哲學家伯特蘭·羅素共同簽署《羅素—愛因斯坦宣言》,強調核武器的危險性。 愛因斯坦總共發表了300多篇科學論文和150篇非科學作品。愛因斯坦被誉为是“現代物理学之父”及20世紀世界最重要科學家之一。他卓越和原創性的科學成就使得“愛因斯坦”一詞成為“天才”的同義詞。.

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阿尔伯特·爱因斯坦科学出版物列表

阿尔伯特·爱因斯坦(1879年-1955年)是二十世纪著名理论物理学家,以狭义相对论和广义相对论的建立闻名于世。他在统计力学领域也做出了重要的贡献,特别是他对布朗运动的研究,解决了关于比热容的佯谬,以及建立了涨落与耗散之间的联系。尽管他在对量子力学的诠释上有保留意见,爱因斯坦对量子力学的诞生仍然做出了开创性的贡献,并且他对光子的理论研究也间接导致了量子场论的诞生。 爱因斯坦的科学出版物在下面的四个列表中列出:期刊论文、书籍章节、书籍和授权译作。在列表的第一列中,每一篇出版物的索引号都采用了保罗·席尔普(Paul Arthur Schilpp)的参考书目(参见席尔普所著《阿尔伯特·爱因斯坦:哲人-科学家》(Albert Einstein: Philosopher-Scientist)第694-730页)中的编号以及《爱因斯坦全集》中的编号。这两个参考书目的完整信息可以从后面的参考书目章节中找到。席尔普编号用于注解中的交叉参考(每一个列表的最后一列),因为它们涵括了爱因斯坦人生的大部分时期。中文翻译的标题大部分来自于出版的中文版《爱因斯坦全集》和《爱因斯坦文集》(商务印书馆1976年第一版)。然而一些出版物并没有官方的翻译,非官方的翻译以§记号标明。虽然列表是按时间顺序排列,然而点击每一列顶部的箭头,每一个列表的任意栏可以重新按照字母顺序排列。举例说明,按照主题重新排序一个表,以便将“广义相对论”和“比热容”相关的文章分组,只需按一下“分类注释”一栏的箭头即可。打印重新排列的列表,页面可能会直接使用浏览器默认的打印选项打印,左侧的“打印版本”的链接只提供了缺省排序的版本。爱因斯坦与他人合作作品用淡紫色标识,合作者的名字列在表格的最后一栏中。 为了限制本文的重点和长度,爱因斯坦的许多非科学作品没有列在这裡。区分科学和非科学作品标准是根据席尔普参考书目,书中列出了130多个非科学作品,大部分是关于人道主义或政治主题(第730-746页)。《爱因斯坦全集》中的5卷(第1、5、8-10卷)是关于他的信件,其中大部分与科学问题相关。由于这些信件原来并不准备出版,因此同样也没有列在这裡。.

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電弱交互作用

在粒子物理學中,電弱交互作用是電磁作用與弱交互作用的統一描述,而這兩種作用都是自然界中四種已知基本力。雖然在日常的低能量情況下,電磁作用與弱作用存在很大的差異,然而在超過統一溫度,即數量級在100 GeV的情況下,這兩種作用力會統合成單一的電弱作用力。因此如果宇宙是足夠的熱(約1015K,在大爆炸發生不久以後溫度才降至比上述低的水平),就只有一種電弱作用力,不會有分開的電磁作用與弱交互作用。 由於將基本粒子的電磁作用與弱作用統一的這項貢獻,阿卜杜勒·薩拉姆、謝爾登·格拉肖以及史蒂文·溫伯格獲頒1979年的諾貝爾物理獎。電弱交互作用的理論目前經以下兩個實驗證明存在:.

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M理论

M理論(M-theory)是物理學中將各種相容形式的超弦理論統一起來的理論。此理論最早由愛德華·威滕於1995年春季在南加州大學舉行的一次弦理論会议中提出。威滕的報告啟動了一股研究弦理論的熱潮,被稱為。 弦理論學者在威滕的報告之前已經識別出五種不同的超弦理論。儘管這些理論看上去似乎非常不一樣,但多位物理學家的研究指出這些理論有着微妙且有意義的關係。特別而言,物理學家們發現這些看起來相異的理論其實可以透過兩種分別稱為S對偶和T對偶的數學變換所統合。威滕的猜想有一部份是基於這些對偶的存在,另有一部份則是基於弦理論與11維超重力場論的關係。 儘管尚未發現M理論的完整表述,這種理論應該能夠描述叫膜的二維及五維物體,而且也應該能描述低能量下的11維超引力。現今表述M理論的嘗試一般都是基於矩陣理論或AdS/CFT對偶。威滕表示根據個人喜好M應該代表Magic(魔術理論)、Mystery(神秘理論)或Membrane(膜理論),但應該要等到理論更基礎的表述出現後才能決定這個命名的真正意義。 有關M理論數學架構的研究已經在物理和數學領域產生了多個重要的理論成果。弦理論學界推測,M理論有可能為研發統合所有自然基本力的統一理論提供理論框架。當嘗試把M理論與實驗聯繫起來時,弦理論學者一般會專注於使用額外維度緊緻化來建構人們所處的四維世界候選模型,但是到目前為止,物理學界還未能證實這些模型是否能產生出人們所能觀測到(例如在大型強子對撞機中)的物理現象。.

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愛因斯坦群

愛因斯坦群(Einstein group),是由美國物理學家孟德爾·薩克斯在其完成阿爾伯特·愛因斯坦未竟的統一場論時所發現的變換群,此一變換群也是愛因斯坦晚年所探求的目標之一。.

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普朗克时期

普朗克時期(Planck epoch, Planck era)是物理宇宙學中以馬克斯·普朗克為名的時期,是宇宙歷史中最早的時間階段,從0至大約10−43秒(大約是一個普朗克時間的間隔)。也可以說是時間最早的時刻,普朗克時間也許是最短的時間間隔單位,而且普朗克時期也僅僅持續了如此短暫的瞬間。人們相信,由于那時的宇宙規模極其微小,因此重力的量子效應支配著物理相互作用。在大約137.9億年以前的這個普朗克時期裏,萬有引力相信與其它的基本力一樣強大,並且所有的力可能都統一在一起。超高熱、超高密度,普朗克時期宇宙的狀態是不穩定的。隨著宇宙開始膨脹和冷却,通過一個所謂对称性破缺的過程,我們所熟悉的各種基本力開始顯現出來。 現代宇宙學目前認為,普朗克時期可能開創了一個大一統時期,然後对称性破缺迅速導致宇宙暴胀,亦即暴脹時期,其間,宇宙的規模在極短時間內急劇擴張。。.

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2005 世界物理年

2005年被国际纯粹与应用物理学联合会定为世界物理年,以紀念愛因斯坦在一百年前發表五篇 里程碑性的論文,并表彰愛因斯坦對近代物理產生的深遠的影響。.

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