集结号影片拍摄解析:谁能给我解释下统一场论

80年代中期，超弦理论的研究取得了突破性进展。众多的理论物理学家加入到了超弦理论研究的行列。不少人在不同程度上相信，自从发现自然界存在四种相互作用以来终于首次获得了一种量子理论能统一描述所有的基本粒子及它们之间的这四种相互作用，而且不存在通常的大统一场论所无法避免的各种困难。但是也有一些著名的物理学家告诫人们，超弦理论的方向严重地背离了物理学的宗旨从而有可能贻误年轻一代学生，因为尚不存在任何关于超弦理论的实验证据，而且他们认为永远也不会有这方面的实验证据。目前，尽管这种争论仍在继续，但人们更多地采取务实的态度，希望让事实来说话。无论如何，超弦理论做为一种理论模型为我们探索自然界提供了一种新的思路，从这个意义上讲，它的影响也许会比所预料的要深远的多。

这里我们只能对超弦理论做一个非常简短的介绍并指出尚待解决的困难。关于超弦理论的详细论述需要高深的现代数学。事实上，超弦理论的发展带动了这些新的数学分支的发展并且使得粒子物理理论、量子引力理论和某些新兴现代数学理论有机地融合在一起。

在超弦理论之前，人们按照传统的点粒子场论来处理引力的量子化理论，这种方法不可避免地要产生无法重整化的发散。问题主要来自引力理论在非常小的尺度下的奇异量子行为。在10-35米的小尺度上，粒子的引力(Schwarzschild)半径变得与康普顿(Compton)半径相当的时候，真空态中充满了虚的黑洞。所以，在关于引力的点粒子场论方案中，时空本身在普朗克尺度将开始塌陷。超引力理论的引入并没有能够扭转局面。将超对称定域规范化，就会自动地得到一个包含引力在内的理论。这是因为洛伦兹群的定域化势必导致坐标架的局域化及广义坐标变换下的协变性，而按照爱因斯坦的等效原理，这完全等效于考虑了引力的效应。一般而言，超对称的引入会减弱点粒子量子场论的无穷大发散行为。在定域化之前，超对称使得人们头一次有可能构造一个无需重整化就已经是有限的规范理论。但是希望通过定域规范化同样得到一个有限的量子引力理论的设想并没有能够实现。由于普朗克尺度下真空的涨落，点粒子的超引力理论存在无法重整化的发散。

弦理论之不同于传统的量子场论在于假定物质的基本结构不是点粒子而是弦—一条一维的曲线。它的特征尺度是由普朗克长度LP和普朗克质量MP代表

在这样的尺度下，弦理论与点粒子理论明显不同，但在较大的尺度或更低的能量标度下，由于人们“感觉”不到物质基本单元的这种弦结构，于是可以近似地用点粒子理论。正是由于这种弦结构存在于如此小的尺度(或等价为极高的能量标度)，所以人们担心或许永远无法证实弦理论。按现在的水平即使每10年增加一个数量级我们也至少要等上200年才可能在实验室的加速器上达到普朗克能量标度。但是，普朗克能标是与任何包含引力的统一理论相联系的，所以人们相信超弦理论的特点一定会在低得多的能量尺度下有所反映，正如SU(5)大统一场论会有相应的低能有效理论一样。超弦理论的低能有效理论应该和目前人们在这个能标下的正确理论——标准模型有基本相同的行为并且可以克服标准模型现有的困难。事实上，下面我们将看到，超弦理论距离达到这个目标还有相当漫长的路程。

正如本书粒子物理部分指出的，标准模型取得了巨大的成功，但是也存在不少的问题。人们期望这些问题将由一些更基本的原理来回答。所以对于标准模型的扩充一直是人们关注的事情，何况标准模型并不完全——它没有包括引力。大统一、超对称以及额外的空间自由度这些概念是人们在对标准模型的扩充中发展起来的。尽管这些概念能够在通常的规范场论中实现，但是它们全部可以自然地吸收进弦理论中。

弦理论最初出现在粒子物理中是在60年代后期。当时维涅吉阿诺(G.Venezi-ano)，南部等人提出弦模型，用来解释实验上发现的强子共振态质量和自旋的如图3.12的关系。它称为雷吉(Regge)轨迹。该模型认为强子如介子由一个夸克和一个反夸克通过色力束缚而成，可以形象地用夸克和反夸克之间的色力线代表。由于色力很强，这些色力线在胶子一胶子作用下形成管状并且携带有能量。夸克的质量与之相比可以忽略，于是强子的质量主要来自这个色力线构成的管。好比橡皮筋两端系着小球，如果橡皮筋粗壮有力，而小球很轻的话，人们就容易只感觉到橡皮筋而忽略了小球的存在。将强子的质量分布在弦上可以算出质量与自旋的关系。刚好解释雷吉轨迹。但是同时预言存在一个质量为零自旋等于2的粒子。强子谱中并没有这样的粒子。70年代中期标准模型的成功，弦模型已被遗弃时，舍科和施瓦兹指出若把这个自旋2的零质量粒子用来描写引力场的量子—引力子，则弦的延展性或许将有助于克服以往的引力量子理论中存在的发散。1984年格林和施瓦兹沿这个方向推进了一大步，构造了一种特殊的弦模型，它具有时空的超对称，因而称为超弦理论。当时空维数等于10，内部对称群为SO(32)时，这个理论不存在反常。

人们或许会问为什么只考虑弦这样的延展客体而不考虑维数更高的如二维膜的理论，事实上，构造延展客体的量子理论，使之满足所要求的幺正性、微观因果性并不是轻而易举的事。对于一维弦人们找到了构造量子理论的方案，而且其经典解的粒子谱包含有一个自旋为2的零质量粒子，它们在相互作用中的确满足广义协变性从而自然地包含了引力。所有这些可以说是值得十分庆幸的。但可惜的是这些特性并不能推广到高维的客体。

弦有两种基本的拓扑结构：开弦和闭弦。开弦是两端自由的线段而闭弦是首尾相接的闭合环。弦运动的各种简正模式的量子激发给出了基本粒子谱。这些激发可以有弦的振动和转动自由度，对应到粒子谱上，反映为粒子存在各种内部自由度。在弦理论中，所有的基本粒子都是一个基本弦的不同运动模式而已。弦的运动态中低于普朗克能量的态数目是有限的，对应为可观测的粒子。那些质量与普朗克能量相当或是高于普朗克能量的模式有无穷多，它们很可能是不可观测的。一般说来，它们是不稳定的，会衰变为更轻的模式。

目前知道的有三类自洽的超弦理论。第一类是关于不定向的开弦或闭弦的理论。另外两类基于定向的闭弦，它们的区别在于内部对称群不同。其中一种称为第二类超弦理论；而剩下的那种称为异常弦理论。这三类超弦理论中不存在任何可调的无量纲参数或是其它的任意性。所以，除了这三种选择外，几乎得到了一个完全唯一的包含引力在内的量子理论。现在人们希望进一步缩小候选者的范围。如果能够证明其中两类是等价的而另一类是不自洽的，那末就只有唯一的理论来解释整个基础物理了。这是当前弦理论研究的任务之一。另外，只有正确的方程是不够的。是方程的解提供了对自然现象的数学描述。一般地，人们先研究最低能量和较低能量的量子态。一个理论很有可能存在不只一个基态，在这种情况下就要根据实验数据来做出选择。对于弦理论情况正是如此。

弦理论的构造与点粒子的情况是类似的。量子场论的微扰展开处理中点粒子的相互作用是由费曼图表示的。点粒子的运动在时空中划出的轨迹称为世界线。世界线的交汇或分开代表了粒子的相互作用。在给定初末态的情况下把所有可能的图的贡献加起来就得到过程的完全几率振幅。可以按照拓扑性质对图进行分类。某个特定拓扑性质的贡献由一个有限维的积分给出。这个积分通常是发散的，但是对于可重整化的理论有办法从中得出有限的结果。弦在时空中运动的轨迹是一个二维面，称为世界面。相应的费曼图是有确定出态和进态的二维曲面。由于相对论的要求，弦的形状不可能是固定的(刚体是不存在的)，因而世界面的拓扑性质才是有意义的。对于第二类超弦理论和异常弦理论，存在单一的基本相互作用顶角。它的费曼图如图3.13所示。这类图称为裤子图。代表T1时刻的平面与裤子相交，可以看到有两个闭弦。T2时刻的平面与裤子相交就只有一个闭弦了。很显然，在中间某时刻两个闭弦彼此靠近最后合二为一了。由一个闭弦分解为两个闭弦的逆过程也是允许的。

裤子图所描写的相互作用与点粒子理论中的相互作用在基本的方面存在差异。图3.14中画有点粒子相互作用顶角和弦作用的裤子图。在什么时刻两个粒子变成一个粒子了呢？我们用两根虚线分别代表两个不同的观察者所处的洛伦兹坐标系中的等时线t和t′。可以看到相互作用发生的时空点对于不同的观测者是重合的，换句话说，有唯一的相互作用点。相反地，在弦理论的裤子图中相互作用点为等时面与世界面的切点，它因观测者的不同而不同。对于点粒子的相互作用顶角，作用点的唯一性是“流形”奇异性的体现。各种选择都是允许的，这也是为什么普通的量子场论在构造上存在如此多的自由度的部分原因。弦理论的世界面是平滑的流形，并不存在特殊的点。相互作用完全是曲面的拓扑性质的原因正在于此。这样一来，相互作用的性质就完全由自由理论的结构所决定了。

弦的世界面可以看做为黎曼面，利用复分析的技术来处理。弦理论的基本特点在于由共形映射z→f(z)联系起来的世界面是等价的，其中z是复坐标。所以在对各种构形的贡献求和时只考虑那些共形变换下不等价的世界面。幸运的是，对于每种拓扑构形，其共形不等价类由有限的参数标志，相应的费曼积分是有限维的。对于第二类和异常弦理论而言，费曼图的拓扑分类特别简单。它们由一个称为亏格数的整数来区别。亏格数代表了从球面上连出来的手柄个数(见图3.15)。初末态弦由黎曼画上的黑点代表，它们共形等价于延伸到无穷远的管。可以看到，亏格数对应为微扰展开中的圈数。弦理论的一个显著特点是，对于微扰展开的每一阶只有唯一的费曼图，而在普通的量子场论中往往会有很多的费曼图。由于这个性质，人们可以利用弦理论的方法更方便地将量子色动力学中的复杂计算大大简化。不但如此，弦理论中与图相对应的积分的收敛性质也要好得多。亏格大于1的费曼图的计算仍未解决，这涉及到黎曼面理论、代数几何甚至数论的前沿研究。但是，有迹象表明所有的发散都是我们已经了解并能够处理的类型。例如，任何含零质量粒子的理论都会存在红外发散。我们已经知道如何处理它们。更为重要的是，弦理论中不存在那些导致理论无法重整化的发散。

为什么对于广义相对论进行的量子修正会导致无法重整化的发散，而在低能情况下与广义相对论等效的弦理论却是可重整化的呢？这似乎是矛盾的。事实上，弦理论可重整的主要原因在于普朗克尺度下其行为不同于点粒子场论。特别是弦的那些质量等于或大于普朗克能量的运动模式，它们对应粒子谱中无穷多的粒子。这些粒子做为虚粒子对于散射过程中间态的贡献很巧妙地相互抵消从而改善了费曼积分的紫外行为。这种情况类似于中间玻色子对于四费米子理论的作用。

超弦理论的基本原理的发展以及对于它们的更为几何化的描述已经吸引了一大批人为之付出了不懈的努力。把它的发展与当初广义相对论的情形做个比较将会是富有启发性的。爱因斯坦建立了具有深远意义的等价原理和广义协变性，随后又找到了实现这些原理的恰当的数学语言——黎曼几何。这导致了相应的动力学方程以及对实验的预言。这些预言许多已得到证实。在弦理论中，可以说我们得到了方程却还没有找到做为广义坐标变换和等效原理的推广的那些基本原则。这样的原则一定是存在的，因为广义相对论是弦理论的低能等效理论。无论这些基本原则究竟会是什么样的，它们很有可能要求一种新的几何，或许是黎曼几何在无穷维的推广。当然现在要弄清这些还为时尚早。对于超弦理论的研究仍在继续，但期望很快就能得到所要的基本原理是不现实的。或许要经过几代人的艰辛工作才可能得到满意的答案。毫无疑问这方面的研究需要数学的进展，同时今后一、二十年里的实验结果也将有助于我们新观念的形成。

我层看过介绍爱因斯坦的书
书中的大意是这样的：爱因斯坦晚年时期非常悔恨自己当年试图去建立荒谬的同一场论做法。

80年代中期，超弦理论的研究取得了突破性进展。众多的理论物理学家加入到了超弦理论研究的行列。不少人在不同程度上相信，自从发现自然界存在四种相互作用以来终于首次获得了一种量子理论能统一描述所有的基本粒子及它们之间的这四种相互作用，而且不存在通常的大统一场论所无法避免的各种困难。但是也有一些著名的物理学家告诫人们，超弦理论的方向严重地背离了物理学的宗旨从而有可能贻误年轻一代学生，因为尚不存在任何关于超弦理论的实验证据，而且他们认为永远也不会有这方面的实验证据。目前，尽管这种争论仍在继续，但人们更多地采取务实的态度，希望让事实来说话。无论如何，超弦理论做为一种理论模型为我们探索自然界提供了一种新的思路，从这个意义上讲，它的影响也许会比所预料的要深远的多。

这里我们只能对超弦理论做一个非常简短的介绍并指出尚待解决的困难。关于超弦理论的详细论述需要高深的现代数学。事实上，超弦理论的发展带动了这些新的数学分支的发展并且使得粒子物理理论、量子引力理论和某些新兴现代数学理论有机地融合在一起。

在超弦理论之前，人们按照传统的点粒子场论来处理引力的量子化理论，这种方法不可避免地要产生无法重整化的发散。问题主要来自引力理论在非常小的尺度下的奇异量子行为。在10-35米的小尺度上，粒子的引力(Schwarzschild)半径变得与康普顿(Compton)半径相当的时候，真空态中充满了虚的黑洞。所以，在关于引力的点粒子场论方案中，时空本身在普朗克尺度将开始塌陷。超引力理论的引入并没有能够扭转局面。将超对称定域规范化，就会自动地得到一个包含引力在内的理论。这是因为洛伦兹群的定域化势必导致坐标架的局域化及广义坐标变换下的协变性，而按照爱因斯坦的等效原理，这完全等效于考虑了引力的效应。一般而言，超对称的引入会减弱点粒子量子场论的无穷大发散行为。在定域化之前，超对称使得人们头一次有可能构造一个无需重整化就已经是有限的规范理论。但是希望通过定域规范化同样得到一个有限的量子引力理论的设想并没有能够实现。由于普朗克尺度下真空的涨落，点粒子的超引力理论存在无法重整化的发散。

弦理论之不同于传统的量子场论在于假定物质的基本结构不是点粒子而是弦—一条一维的曲线。它的特征尺度是由普朗克长度LP和普朗克质量MP代表

有一类哲学家如谢林一直认为世界的本质是简单的，众多的复杂现象其后有统一的本质。根据这一思想，1820年，奥斯特首先发现了电流的磁效应（电产生磁）。1831年法拉第发现了电磁感应定律（磁生电）。麦克斯韦在19世纪 60年代提出了一个数学式，使电力和磁力统一于一个单一的电磁场理论。在1850年法拉第就进一步猜测在电与引力之间或许存在某种联系。为探究这一想法是否真实，法拉第制作了几件巧妙的装置，它们可以用来检验比如说落体是否产生电场。

随后关于统一引力与电磁作用的认真尝试是在1921年。爱因斯坦一直想把电磁场和引力场统一起来。只是当时还没有发现强力和弱力，其困难是可想而知的。他的理论的一个重要特点是空间和时间统一成为一个四维时空。受此启发，德国数学家西奥多·卡鲁扎决定，作为一种简单尝试，通过附加一维额外的虚空间自由度来写出五维而不是四维的爱因斯坦引力场方程。这一尝试出人意料地富有成果。在通常的四维时空中看，这一五维的爱因斯坦场方程不但给出了通常的四维引力方程，同时还给出另外一组方程，而它们恰好就是电磁场的麦克斯韦方程组。所以，通过在五维时空中表述引力人们可以从一个单一的理论中同时得到引力论和电磁理论。换句话说，按照卡鲁扎的理论电磁作用原本不是一种单独的力，它不过是引力的一个方面，尽管是在一个有着不可见的更高维空间自由度的世界里。

这一理论的主要弱点在于：事实上现实世界中我们只感受到四维自由度。所以，如果要认真看待五维时空的想法，就有必要解释什么是第五维自由度。1926年瑞典物理学家奥斯卡·克莱因（OscarKlein）对此给出了一个非常简洁的回答。克莱因认为我们没能察觉到那一维额外自由度的原因是，在某种意义上它“卷缩”到一个非常小的尺度。这情形好比软水管。从远处看，水管就像一条弯弯的曲线。一旦走近细瞧，才发现我们先前认作曲线上的一点原来竟是绕管子圆周的一个环。按克莱因的猜测，设想我们的宇宙就类似软水管。我们通常当作三维空间的一点其实是绕第四个空间轴的一个小环。从空间中的每一点衍生出一个小圈，它的方向既非向上向下，或向左向右，也非我们所能感觉的空间的任何其他方向。我们没有察觉到这些小圈--这使得克莱因能自圆其说--的原因是由于它们的周长小到令人难以置信的地步。

对克莱因的想法要花些力气才能习惯。这里的部分困难在于很难具体设想那些小圈是在什么地方环接起来的。这些圈并不在我们的三维空间里，它们将空间扩展，正如一条波浪线刚性地绕某一个圈移动会形成一根管子。在二维空间我们很容易设想这一情形，但在四维却不能。尽管如此，这一想法仍是有意义的。克莱因能够从电子或其他粒子所带电荷单位的已知值以及这些粒子之间的引力强度计算出那些绕第五自由度的小圈的周长。这一周长的值为10-30厘米，或约为一个原子尺度的10-17倍。无怪我们迄今未能察觉这一假想的第五自由度，因为它如果存在的话也将卷缩到一个比我们目前能够分辨的（甚至在亚核粒子物理中的）任何结构要小得多的尺度。虽然卡鲁扎－克莱因理论构思精巧，但在50多年里它始终仅仅是一种数学上的奇思异想。

由于科学深入到原子核，20世纪30年代后，强作用和弱作用被发现。以后某些富有远见的理论物理学家想到，大自然有四种基本力，这数目似乎太多了。很可能这四种基本力并不是真正独立的。40年代后，人们发现大量基本粒子，它们既具有粒子性又具有场的特征，而当时量子场论认为一种粒子就一种场，粒子被认为是场的激发态。但这样场太多了，于是统一场的思想被重视起来。

1954年，杨振宁和米尔斯提出了崭新的统一场论，他们发展了德国数学家韦尔提出的规范不变的思想，即认为物质性质的对称性在物理学中可能有更普遍的意义，认为应该把这种思想同场的研究联系起来，并引入数学当中的群来表示场的各种规范不变，以此为基础，他们开创了规范统一场论的新时代。

他们认为量子电动力学是粒子物理中最成功的一种理论。因此类比量子电动力学，并引入数学中的群来表示场的各种规范变换，开创了规范统一场论的新时代。杨振宁和米尔斯提出的规范场是矢量场，传递作用的粒子与光子一样是矢量粒子，自旋-宇称也为1-，而质量也为0。但实验上没有发现除光子外的零质量粒子，所以没有立即得到应用。10年后希格斯（P.Higgs）找到一种使规范粒子获得质量的途径，要求引入一种希格斯粒子。以后规范统一场论理论迅速发展起来。

根据规范统一场论如果一个粒子有两种状态，就可以用两个分量的状态函数来描写它，这样构成的粒子态称二重态。用SU（2）群描述。这种二重态的运动规律在SU（2）规范变换下的不变性与某种规范场相对应。SU（2）规范变换包括三个独立变换即三个规范场，称杨—米场。

难以解决的数学问题更推动了某些理论物理学家继续努力。除了最简单的作用之外，每当人们把量子论应用于所有的作用时，得到的结果总是无穷，因而也就是无意义的。而将量子论应用于电磁场时，有一种数学特技使人们能够绕开无穷，量子论因而也就一直能预测一切人们所能想象的电磁作用。

事实上，在已知的四种力中，只有电磁作用存在一种理论（量子电动力学）既内部自洽又与相对论和量子力学这些十分重要的理论相协调。宇称不守恒的发现要求对弱相互作用的理论进行全面彻底的检修以便使它的作用量中可以包含左右不对称项。这一点做到了，但相应的理论只对一些简单弱作用过程给出有意义的结果并且过程涉及的能量尚不可太高。对于大多数过程来说理论计算的结果毫无意义。所以这一理论在数学上不自洽，缺乏预言力，因而明显地存在根本性缺点。

弱电统一理论：在60年代初期，希尔顿·格拉肖（SheldonGlashow）以及其他一些物理学家注意到，尽管弱作用与电磁作用表面上非常不同，但在更深层次上它们却具有相当多的共同点。例如，它们都是通过自旋为1的玻色子传递的，而且在许多方面，可以类比电荷、电场等概念引入弱“荷”与弱“流”来描述弱相互作用。电磁作用与弱相互作用的主要不同在于光子是无质量的，所以电磁作用是长程力；而弱相互作用的场量子却很重，使得弱相互作用的力程非常短。如果弱相互作用也能具有电磁力一样的长程性，那么两种相互作用就几乎是完全相同的。因而物理学家们开始相信或许有可能在一个共同的理论里同时包括两种力，从而将麦克斯韦在19世纪开创的统一计划进一步扩展。

数学上的分析表明光子无质量这一性质是与麦克斯韦电磁场方程组的规范对称性密切相关的。正是后来证明十分重要的这一规范对称性保证了量子电动力学在数学上的自洽性。相反地，弱相互作用的“媒介”粒子具有质量，这将使得相应的动力学可能具有的任何规范对称性遭到破坏。这一性质使得弱相互作用的早期理论不尽如人意。如果能够克服这一困难，那么将有希望找到一个描述弱相互作用的自洽理论并且使之与电磁作用统一起来。

在1967年代后期，斯蒂芬·温伯格(Sieven Weinberg)和阿卜杜斯·萨拉姆(AbdusSalam)各自独立地发现弱作用场SU（2）与电磁场SU（1）有许多相似的地方，唯一的区别是SU（2）的传播子是玻色子，有三个，且质量不为零。有可能在不破坏弱作用内在的规范对称性的情况下使弱“媒介”粒子获得质量。这一质量可以通过弱作用场内部一定的相互作用来自发地产生，而不是在理论的基本层次--动力学方程之中引入。质量的这种自发产生是一种次级效应，可使动力学所具有的规范对称性免受影响。于是他们引入了新的数学变换即SU（2）×SU（1）。建立了弱电统一理论。

弱作用的规范对称性可能是自发破坏而不是动力学破坏，这一想法是基于同物理学许多分支中人们较为熟习的其他对称性自发破坏形式的类比。如下图所示，设想一个小球位于“墨西哥帽”顶。小球处在这一位置显然使得整个系统的状态相对于过顶的垂直轴具有转动对称性。而且，因为重力作用在竖直方向，所以对于系统来讲所有水平的方向都是等同的。因而小球所受的力也同样具有转动对称性。于是，在这一位形中小球的位置（也就是系统的状态）反映了作用在它上面的力的内在对称性。然而，这一状态很明显是不稳定的。如果小球受到扰动，它将顺着帽子的顶面滚下，通过消耗势能，最终会停在“帽沿”的某一个位置上。这时的位形是稳定的，但转动对称性被破坏了。小球落在帽沿的哪一个位置并不十分重要，事实上它是完全随机的。然而小球处在帽沿上使得体系的状态不再反映作用在它上面的力所具有的对称性。这里，基本的力所具有的对称性依然存在，但它被状态的非对称性所掩盖。这种对称性破坏方式称为“自发”破坏。温伯格和萨拉姆提出W和Z粒子（弱作用的“媒介”粒子）是通过弱作用内在规范对称性的自发破坏获得质量的。这样，至关重要的对称性依然存在，只不过是隐藏起来而已。假定对于“媒介”粒子质量的这种解释成立，那么弱作用就与电磁作用具有相同的基础，从而可能存在一种共同的描述。然而，在系统真实的量子状态下，尽管通过适当的安排可以使得光子保持零质量从而仍然反映相应的规范对称性，但W和Z则由于它们的大质量已不再能够体现内在的规范对称性。

为了使上面的论述成立，温伯格和萨拉姆引入了一种附加的量子场，这种场按照它的发明者的名字被称为希格斯（Higgs）场。希格斯场量子是有质量无自旋的玻色子，它与电磁－弱作用场相耦合的效果是给出一种同 “墨西哥帽”完全类似的势能（尽管相应的势能曲面是在一个抽象的空间而非图中所画的真实空间）。在这种耦合的作用下，系统选择了最低能量状态（类似于小球处在帽沿）从而使W和Z获得大质量。

他们的理论表明，我们通常之所以把电磁力和弱作用力看成是不同的力（确实，二者在性质上显著不同），是因为在我们现行的实验中所利用的能量极低。格拉肖－萨拉姆－温伯格理论很好地解释了有效的低能弱作用与电磁作用在强度上的差别。按照这一理论，两种力的实际作用强度是差不多的，和电荷e类似，引入一个弱荷g，由它得到一个有效的弱耦合常数g/M，其中M是W粒子的质量。因为M很大（约为质子质量的80倍），所以弱耦合的有效强度，正如它的名字所表明的那样，是非常弱的。

在理论中，比例e/g是一个自由参数，通常用关系式e＝gsinθ中的角度θ来表示。θ的值要由实验来测定，大约为28°。所以θ决定了两种力实际强度的相对大小。

对于该理论，一个关键的理论上的证实在于消除了困扰老的弱作用理论的那种数学上的不自洽。而且，新理论的高能行为是完全令人满意的。事实上，对于人们感兴趣的过程，当能量升高时，弱作用与电磁作用的差别就相应地减小，当能量与M（80GeV，1GeV＝109电子伏特）可比时，两种相互作用基本上具有完全一样的性质了。

新的理论预言了一系列可以测量的细微的物理效应。其中之一是中微子在不产生新粒子的情况下对中子的散射。这一过程在老的弱作用理论中是不可能发生的。1973年在欧洲核子研究组织（CERN），一项由一束很强的中微子流穿越气泡室的实验无可争议地显示出，中微子被气泡室中原子核所含的中子散射。1980年，他们为在统一力研究方面的工作获得了诺贝尔奖。然而，关于G-W-S理论的最为明显的证实是在1983年末和1984年初，那时在欧洲核子研究组织的质子--反质子对撞机上首次产生了W和Z粒子。它们的质量同利用已知数据所作的理论预言吻合得很好。

大统一理论: 在70年代中期，物理学家们受到统一规范理论成功的鼓舞，把注意力转向了另一种核力——夸克间的色动力。不久之后，就提出了色规范理论，接着，有人便试图将弱力和色动力统一到一个“大统一理论”（GUT）中去，即用弱电统一理论加量子色动力学，统一解释除了引力之外的力。办法是使用更大的规范对称，引入SU（3）将所有的其他对称包容在一个规范对称之中。SU（3）引入了8个规范场（胶子场），可以描述夸克三重态或三色的运动。找到一种更具包容性的较大的群使得量子色动力学的SU（3）和电弱作用的SU（2）以及U（1）统统成为它的子群。在这些方案中，θ不再是一个自由参数，而可以通过大群分解为所要求的子群的特定方式确定下来。

大统一理论的一个主要特点是将三种力的源的特性混合在一起。于是标志电弱作用的轻子与强力的源--夸克联系起来。夸克和轻子（至少就目前已经知道的而言）具有相同的数目，这一事实暗示了它们之间的这种联系。它们之间的混合是通过交换一组新的媒介粒子来实现的，这组新的媒介粒子统称为X粒子。通过交换一个X粒子，一个夸克可以转变成一个轻子，反之亦然。

同电弱统一的情形一样，在低能情况下，三种力有着各不相同的特性，而高能时它们归结为同一种相互作用。达到这种统一所需的能量可以由夸克之间的相互作用随间距加大而增大的性质确定下来。回顾一下海森堡测不准原理，它将一定的能量和动量与一定的距离和时间相联系。由此可知，低能实验揭示了夸克间距离较大的行为，而高能实验则探索夸克彼此非常靠近时的短距离行为。因而，有可能计算在多大距离上--由测不准原理可以相应地换算成能量--夸克间的相互作用强度降到电弱作用的水平。在这一能量附近，统一变得明显，因为所有三种力具有差不多的强度。相应的大统一能量比电弱统一的尺度大了约1013倍，远远超出了现有实验的限度。

所幸的是，大统一理论还有一些关于低能情况的预言。正如已经提到的，大统一理论将夸克和轻子混合在一起。在发生统一的能量尺度上这些原本不同类别的粒子将成为一体。而在相对较低的能量尺度上，这种混同尽管微弱但还是可以探测得到的。夸克--轻子混合的最为引人注目的后果，就是预言质子不稳定，是可以衰变的。在一个衰变的方案中，构成质子的底夸克转变为一个正电子，而两个顶夸克中的一个变成一个顶反夸克。这一反夸克与原来的那个顶夸克一起构成一个π粒子。寻找质子衰变事例成为检验大统一理论的一个关键。不幸的是，预言的质子寿命随模型的不同而不同，为1028年或者更长。

目前，理论在多方面获得成功，如可以说明夸克的禁闭现象。1979年丁肇中等人在正负电子对撞的研究中发现的“三喷注”现象，被认为是胶子存在的踪迹。但估价GUT的成就还为时尚早，它所作的一个预测——经过1030年的时间之后，质子可能会很不稳定并自发地衰变——现在正有人进行检验

爱因斯坦晚年研究统一场理论也没研究出个什么啊
听说金庸对玄学挺有研究的。

百度贴吧有个“博宇十论吧”，也是个统一的理论，好像把所有的理论都整合了。