万物理论主题论文

著者：@太空生物学 / @天体生物学

天文学家们在很长时间一直都认为 恒星 是静止的，其实不是的， 恒星 是不断变化着的，它们离我们太远了，以至于即便它们移动了一段距离，我们也无法用肉眼观察出它们位置的变化。

恒星 本身在天上位置的移动称为 「 自行 」， 所有的 恒星 都有 自行 ，但是有些浮度很小，很少有人注意到它们的变化，想要确定 恒星 位置的变化， 只有两种办法：

1.用精密的仪器来测量、

2.增加观测的时间、

18世纪英国天文学家 爱德蒙·哈雷 ，他用自己观测到的恒星位置数据与 希帕克斯 的观测数据进行了比较，发现 绝大多数恒星的位置都是一致的 ，但是 天狼星，大角星和毕宿五星这 3颗亮星的位置出现明显的位移，相差了20~30秒，于是 哈雷 又和 第谷 的观测数据进行对比，发现 天狼星的位置差异只有4秒左右 ， 哈雷 认识到这些差异并不是因为测量不准确，而是由于恒星的位置随着时间在宇宙中位移的结果。

恒星自行 很微弱，在几百年内肉眼是看不出 恒星 有什么改变的， 自行 最大的一颗星是 巴纳德星 ，这颗恒星是 除了半人马座的3颗恒星 以外，距离地球最近的恒星，即便是自行幅度最大的 巴纳德星 ，每年在天上也只不过移动10角秒，即便是它自行180年，也不过移动像月亮角直径那么大的距离。

恒星 除了在星空中位置的移动，在视线方向上也会有运动称为 径向运动 ，这种方向上的运动由于不产生位置上的移动，因此不可能直接观察得到，但是还好有它们发过来的 光 ，有了这些光就能测出它的径向速度。

恒星如果正在远离我们，那么它发出的光光的波长就会变长，频率就会降低，光谱会向红色的一端移动。反之光谱会向蓝色的一端移动，简称红移或者蓝移。

运动的速度越快，光的波长变化也就会越快，红移或者蓝移的幅度就会越大，因此就可以通过恒星光谱线来测得它们远离我们或者靠近我们的速度，这种办法同样可以测量星系远离或者靠近我们的速度。

第1个使用这种方法来测量信息速度的是美国天文学家 维斯托·梅尔文·斯里弗 (Vesto Melvin Slipher，1875年11月11日-1969年11月8日)，他是一位由外交官转行的天文学家，在罗威尔天文台工作了大半生，在这个地方当了30年台长， 斯里弗 在许多宇宙学故事中不像 爱因斯坦 或者 哈勃 那样是主角，但他的贡献也足够突出， 斯里弗 是第1个发现星系光谱线红移的人 。这点需要跟大家着重地说明一下，在我查到的很多书本和资料中都说 哈勃 是发现星系红移的那个人，这是十分不准确的，因为 斯里弗 在 哈勃 之前就已经发现了许多星系的红移现象。

斯里弗 在天文学界还有一个非常重要的贡献，那就是他发掘了 克莱德·汤博 这位农民出生的天文学家，也是 冥王星 的发现者。 斯里弗 通过对仙女星系的微弱星光进行观测，测得多普勒蓝移相当于3000千米每秒，这个速度比当时所测得的所有的恒星的速度都要快，当时测量所得到的最快的恒星的径向速度是50千米每秒，于是这个速度显然是有点过快了， 斯里弗 本人也怀疑过 是不是测量有错误呢？后来他又测量了草帽星系的速度，这次星系表现的不是蓝移，而是红移，而且多普勒效应甚至更加明显，草帽星系的红移量达到了如此大的一个程度，由此推算出它飞离地球的速度达到了每秒1000千米。

在接下来的几年中， 斯里弗 测得了越来越多的星系速度，它们都以非常惊人的高速度飞行着，到1917年 斯里弗 已经测得25个星系，他发现在这25个星系中，其中有21个星系在远离我们，只有4个正在向我们靠近。在接下来的十年中，他又测了20多个星系，而这20多个星系，每个星系都在远离我们。

斯里弗 的观测结果告诉我们，我们所在的太阳系正好像一块烫手的山芋。一点也不靠近我们，它们争先恐后地迈开大步子远离着我们， 此时需要一位英雄站出来为大家解释这一切 ，那么这个英雄是谁呢？

他就是美国天文学家 埃德温·哈勃 。

哈勃 出生于1989年，在家族七兄弟姊妹中排行第3，自小 哈勃 的学习成绩就十分优异，也是一位运动的健将，他原本喜爱天文学，但他的父亲希望他学习法律，由于家中纪律森严，他不得不服从，他一边学习法律好让父亲安心，同时也学习了足够多的物理学课程，保留了内心的那份天文梦， 哈勃 的第1份工作是在学校里任教并兼任律师事务的工作，即使是这样，他依然没有放弃成为一名天文学家的梦想。

父亲去世以后束缚在 哈勃 身上所以解开了他开始追寻自己的天文之梦，在完成研究生和博士论文学业并参加了一战以后，1919年30岁的 哈勃 终于开始了他伟大的天文观测事业，成为威尔逊天文台的一名工作人员。1923年在威尔逊天文台工作的第4年哈勃就有了重大的发现，他利用胡克望远镜所观测的数据计算出仙女座星云的距离为90万光年 ，而银河系的直径只有10万光年，由此他证明了仙女座星云其实是 河外星系 ，这一发现还终结了沙普利和柯蒂斯3年前的那场大辩论，一场关于银河系是不是就是宇宙的全部的争论。毋庸置疑，银河系不是宇宙的全部，夜空中的旋涡星云，实际上是一个和银河一样灿烂的恒星世界，也就是所谓的。

图解：银河系与仙女星系

如果一个天文学家能够在上个世纪20年代证明，仙女星云实际上是仙女星系，仅仅这项发现就足够载入史册了。但是这个发现对于哈勃而言还只是初露锋芒，因为这个时候更大的发现还在等待着他，当 哈勃 知道 斯里弗 测得的星系红移结果后，他不像其他科学家那样忙于解释原因，他要自己来看一看星系的红移到底是一个什么样的东西，于是哈勃在威尔逊天文台上开展了这项工作。

在威尔逊天文台的 哈勃 武器更为先进，因为它有一台100英寸的胡克望远镜，激光能力是 斯里弗 使用的洛尔天文台望远镜的17倍，除了有这么先进的仪器以外，它不还有一位得力的助手—— 赫马森 。

赫马森 最初只是威尔逊天文台的一个门卫，年幼辍学的他十分爱好照相术并且学习天文和数学知识，时间不长就成为了一名照相师和得力的助理天文学家，这还真的是耳濡目染，一个天文台的门卫都能成为一名天文学家。

赫马森 当时已经是威尔逊天文台最优秀的观测天文学家了，有了他的帮助，哈勃就能够从繁重的、耗时的观测工作中解脱出来，进行更多的思考和计算，两人还进行了分工， 赫马森 负责测量众多星系的光谱红移，他们就测量星系的距离，到了1931年，两人测量了大量氢气的速度和距离，并将每个星系的速度与距离的关系绘制在。

几乎全部的星系都显示出红移，这意味着它们都在远离我们，并且还不发现星系远离的速度依赖于它们和地球之间的距离，距离地球越远的星系远离我们的速度也就越快，它不会发现速度和距离的数值几乎能够混合在一条直线上，这是一个正比例的关系，星系的速度和距离之间的比例关系就被称作哈 勃定律， 它不是一条像万有引力定律那样非常严格的定律， 万有引力定律给出的是两个物体之间互相吸引的引力的精确值，而哈勃定律却是相反的 ，它是一条非常宽泛的描述性法则，它通常是正确的，但也经常会有例外。

其中一个例外就是仙女星系并不是在远离我们，而是靠近我们，这是因为仙女星系离我们很近，按照 哈勃定律 它们理应有一个较小的退行速度，但是如果这个速度足够小的话，就有可能被周围星系的引力所抵消，最终表现为光谱的蓝移，仙女星系距离我们的确越来越近。

如果我们把时钟继续向前拨动，那么这些星系将会与我们更加的团结和紧密，如果时钟一直向前，那么最终所有的星系将会紧紧地团结在一起。

如果哈勃是正确的，那么这个结果影响就大了，宇宙是动态的、星系和星系之间正在不断地远离，时间也是有起点的，宇宙应该从一个单一的致密区域不断膨胀而形成今天的模样，如果让时钟从“零时”向前跑，那么结果便是一个不断演化、不断膨胀的宇宙，这也正是勒迈特和弗里德曼的理论所给出的结果，这也正是爱因斯坦说过的 “没有物理意义的结果”。

如何理解宇宙的膨胀

我觉得有一种说法非常接近，而且比较形象，我们可以把宇宙空间想象成为一块巨大的面包，而星系就是这块面包上的葡萄干，面包会在烹烤的过程中进行膨胀，葡萄干之间就会随着面包的膨胀而远离彼此，而在最初相距越远的葡萄干，在膨胀的过程中远离彼此的速度也就会越快。

另外还有一点不得不说的是， 在许多科普节目中经常将多普勒红移与宇宙的膨胀相关联起来，这确实有些误导大众。

多普勒红移是由于相对运动产生的光谱变化，而与之对应的宇宙学红移是空间本身的膨胀引起的效应，两者之间要说差别还是有的。多普勒红移是物体相对于运动带来的，且速度不可能超过光速而，宇宙学红移中两个星系相对远离的速度是可能超过光速的。除了多普勒红移和宇宙学红移，还有一种红移是引力红移，这是由广义相对论得来的，当从远离引力场的地方观测的时候处在引力场中辐射源发出的谱线及波长是会变长一些的。

如果一直向前追溯的话，就会有一个创生的时刻，根据哈勃和赫马森的观察，宇宙中所有的物质大致在18亿年前被集中在一个较小的区域，然后一直向外膨胀至今，这一图像完全与既定的宇宙永恒不变的观点是相矛盾的，天文学家往往是极其保守的，许多天文学家坚持静态、稳恒的宇宙观，这是与他们内心最普及的哲学观念相关的。

即使是“新星”和“超新星”的发现，天文学家也一直认为垂死的恒星是对其他地方新出现新生的恒星的补偿，从而维护了宇宙整体的稳定和平衡，但是这次的发现完全不一样了，宇宙正在膨胀，这就打破了原来宇宙的稳定与平衡，宇宙在整体上是动态演化的，随着时间的推移，它的密度会越来越小，任何新的理论出来之后都会听到反对的声音，哈勃定律也不例外。在大爆炸理论的批评者们看来，大爆炸模型的根本问题在于认为宇宙有一个有限的年龄，根据哈勃的计算，这个年龄是18亿年，而当时地质研究已经估算出地球岩石的年龄是34亿年，如果承认了大爆炸模型，那就是要承认宇宙的年龄比地球的年龄还要小，这显然是不可能的，这也是大爆炸模型最初面临的非常棘手的问题之一。

兹维基这个人真可谓是一半是天使，一半是魔鬼。

他是首先提出星系中存在不可见的暗物质的天文学家，也在超新星、中子星等领域做出过开创性的工作，这是他天使的一面。

在星系红移的问题上，他提出「光子在穿越宇宙到达地球时，由于引力场的存在，逐渐损失能量而形成的」，这个理论也被称为“ 光疲劳理论 ”。就像向天空扔出一个小球，由于地球的引力作用，小球的运动速度会变慢，会损失一部分动能一样，从遥远星系发出的光波也损失了能量，于是光的波长变长了。可是兹维基的理论得不到任何已知物理定律的支持，计算表明引力是会对光产生一定的影响导致红移，但是这种效应在很低的水平，显然 不足以解释哈勃定律的观测结果 ，此时兹维基魔鬼的一面显现出来了。

这个偏心而又顽固的老头开始了人身攻击，他指责哈勃的团队滥用他们的特权，控制了世上最好的望远镜，他甚至怀疑哈勃和赫马森的诚信，暗示他们在修改数据，以支持他们的理论。

1931年在应邀威尔逊山访问的期间，爱因斯坦参观了巨大的100英寸胡克望远镜，查看了各种照相底片，随后爱因斯坦公开宣布自己放弃静态的宇宙学，并支持大爆炸膨胀的宇宙模型。此后 爱因斯坦还修改了广义相对论方程 ，将那个别扭的 宇宙学常数删掉了 ，回到了原始的广义相对论方程，而这个时候当年最初提出大爆炸模型的两个人，他们的命运却截然不同。

弗里德曼 没能活到得知哈勃的观测结果，他去世的时候没有受到任何人对他想法的认可，而 勒迈特 则要幸运的多，他在1927年发表的论文中就提出了宇宙大爆炸模型，他还预言「星系逃逸的速度正比于它们的距离」，这些后来都得到了哈勃的验证。

爱因斯坦认可了大爆炸模型以后， 勒迈特 也成为了科学界的名人， 毕竟这是一位证明了爱因斯坦是错了的人 ，一位在望远镜水平还没有能够检测出星系逃离年代，就高瞻远瞩地预言了宇宙正在膨胀的人。

在这里我不仅为 弗里德曼 感到惋惜，在那个信息不通畅的年代，虽然两个人分别独立地提出了「宇宙膨胀模型」，而且 弗里德曼 提出得更早，但是在许多教材上，“大爆炸之父”这个头衔还都给 勒迈特 ，不过 弗里德曼 的遗憾还是有后人为他弥补的，他还有一个学生对大爆炸的贡献也是有重大意义的。

待续......03

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万物理论是宇宙中四个基本的物理力：引力、强核力、弱核力以及电磁，都可以被组合成一个无所不包的理论

by Joky

在庆祝SCIENCE创刊125周年之际，该刊杂志社公布了125个最具挑战性的科学问题，发表在2005年7月1日出版的专辑上。在今后1/4个世纪的时间里，人们将致力于研究解决这些问题。他们按照重要性对问题进行了排序，其中排在第五名位置的问题是：

物理定律能否统一?

此问题散发出的无限魅力，恐怕只有数学中的「公理化集合论」或者计算机科学中的「可计算性理论」才能与之比美。

那一年，2005年，被称作世界物理年，而如此命名完全是为了纪念一位天才——爱因斯坦。从05年再往前推100年，当时只有26岁的爱因斯坦，一口气发表了三篇划时代意义的论文：分子运动论、狭义相对论和光量子假说，彻底颠覆了当时人们的世界观，影响了百年来的物理发展。1905年因此被称为物理学界的「奇迹年」。

就是这位天才的物理学家，在他生命的最后三十年间，一直试图构建一个更宏大的理论，这种理论将囊括人类对自然运转的所有认知，即一切物理定律的统一理论——万有理论「Theory of Everything」

可能人类从拥有心智的那天起，就开始发问：到底是什么支配着自然的运行？神学家、哲学家、科学家甚至是艺术家给出了各式各样答案，有的是因为他们坚信，有的仅仅是因为这个答案更「美」。今天我只关心科学家所做的工作。

17世纪最响当当的物理学家，艾萨克·牛顿在他发表的《自然哲学的数学原理》中，阐述了万有引力和三大运动定律，将「经典力学」推向了巅峰。无论是我们身边的皮球飞镖，还是头顶的日月星辰，其运行规律于经典力学似乎都能合理解释。

甚至拉普拉斯在1814年还提出了他那著名的论断：

这样的成果使人们庆祝物理学完善的同时，甚至还让一部分人陷入了宿命论的苦恼。

的确，在速度合适、尺度合适的情况下，经典力学做的很出色。一直到20世纪，爱因斯坦提出「相对论」，才修正了经典力学中的错误时空观，即便如此，人们对物体运动的确定性仍然深信不疑。

在此之前，麦克斯韦于1965年给出了完备的电磁理论，将电与磁统一在了「麦克斯韦方程组」下。

也许是追随麦克斯韦的脚步，也许只是对简单优雅定律的追求的执念，爱因斯坦在提出广义相对论之后，便踏上了构建「统一场论」的征程，目标是将电磁学中的电磁力和广义相对论中的引力整合为单一场论。这就是爱因斯坦为之倾倒，为之耗尽一生的理论，然而他失败了。

令人唏嘘的是，这场追梦之旅从一开始就注定会失败（即便成功，也不完备），因为自然中存在着四种基本作用力（引力、电磁力、弱力、强力），而爱因斯坦受限于当时认知，只考虑了电磁力和引力。

接着「量子力学」的出现，把人们从美梦中彻底唤醒，不确定性原理表明，我们永远不能既对粒子的位置精确测量，又对其速度精确测量，厚此则薄彼。此时，人们对于自然的了解好像一下子什么都弄不懂了。

强力与弱力的发现打断了对于统一场论的探索。这两种作用力的性质跟引力、电磁力大不相同。于是人们从量子力学出发，重新摸索万有理论，并将思路换为，先尝试整合这三种力：电磁力、弱力、强力。实在是因为引力与当前的量子框架太格格不入了。

令人振奋的成果终于在1967年出现，物理学家谢尔登·格拉肖、史蒂文·温伯格、阿卜杜勒·萨拉姆率先将电磁力与弱力统一为电弱力。

接着，哈沃德·乔吉和谢尔登·格拉肖于1974年提出了最早的SU(5)大统一理论。试图将电弱力与强力统一起来，遗憾的是SU(5)模型的正确性已经被相关实验否决。虽然这个最简单的大统一理论被实验排除，但他的整体概念，特别是当与超对称连结在一起时，仍旧受到理论物理学界的追捧。

时间到了2012年，希格斯玻色子的发现再次点燃了人们的激情，这一发现使得粒子物理标准模型更加完善，从而在超对称大统一理论之路上又向前一步，虽然可能仅仅只是序幕。

直到如今，被实验证实的大统一理论仍然没有出现。更不要说将大统一理论（量子力学）与广义相对论结合起来的万有理论了。

1923年，爱因斯坦在给他最早的探索伙伴赫尔曼•外尔的一封信中就强调指出：“这项美妙绝伦的研究应该坚持下去。尽管无情的自然也许正对我们这样的努力暗自好笑——因为它给了我们了解它的渴望，却很可能没有给我们了解它的智慧。

虽然实验物理蹒跚不前，可理论研究显然走在前面，甚至呈现出一片繁荣，它们目标一致，也就是调和广义相对论和量子力学之间水火不容的关系，将前者对万有引力的解释与后者对其他自然力的解释统一起来。简言之，各种理论从各自的角度向万有理论这座巅峰发起了冲锋。

当前主流尝试理论有：弦理论、圈量子引力论。

弦理论：

弦理论描绘了这样的世界：无数完全相同的细微线条，也就是「弦」，它们的振动，如同奏出的一部巨型交响乐，催生了宇宙万象。弦理论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的弦（大概在10^-34米量级，包括有端点的「开弦」和圈状的「闭弦」）。

弦理论认为，空间有三个展开维，即长、宽、高，以及六个卷缩维，蜷缩在普朗克长度的空间上。弦则缠绕或依附在这样的空间维度上，在各个方向上振动，根据卷缩维的维度不同，弦的长度不同，形状不同，产生各种各样的缠绕能和振动能，从而形成各种性质的点状粒子与力，粒子拼合成不同的物质，在力的作用下，最后构成恢弘的宇宙。（为什么是九个空间维度呢？不为别的，如果在计算中使用的维度少于九个，就会导致不兼容的结果。）

先想象一下，远距离观察一根细长的水管，你会觉得它只是一条一维的线，离近一点，你发现它是二维的，有宽度，再离近一点，哟，是三维的，中空的管。同理，六个卷缩维纠缠在一起，离远了看，就像是一维的点，若放大了看，可能是这个样子的。

以上只是弦理论的直观描述，要真正搞懂弦理论需要艰深的数学推演。还有一件不得不提的事情是，在1995年以前，弦理论家族中一共有五种已知的自洽弦理论，每种理论都有着共同的理论基础，但进行细部分析的时候，巨大的不同性就显现出来了。M理论试图透过检验五种弦理论的特定理论特征与对偶性来统一所有的弦理论，并使得所有五种弦理论都是M理论的特例之一。M理论当中指出，描述完整的物理世界一共需要十一个维度，其维度超过弦理论所需要的十维（九个空间维度，一个时间维度）。

绝大部分理论家都对这一理论寄予厚望，期待它能够解决困扰基础物理学几十年的疑问。在全世界各大研究中心，大约有1000多位物理学家为了最终实现量子力学和广义相对论的统一、为了对世界作出一致和谐的描述而在孜孜不倦地探索着这一理论。

圈量子引力论：

面对强大的弦论者群体，他们这群人看上去是那么微不足道。连那些高端学术会议也常常忘记邀请他们参加。作为圈论者，在弦论者更倾向于量子论的时候，他们却以爱因斯坦的真正继承人自居，强烈主张回归广义相对论的基础观点。

爱因斯坦认为引力实际上是不存在的，它只是时空扭曲产生的效应。这对我们的脑细胞来说，已经是一个挑战了：

我们好不容易想通了这一点，现在，圈论者们又叫我们把这幅画面给颠倒过来。

既然我们可以把引力看作时空变形产生的效应，那为什么不可以把时空看作引力场的表现呢？视角一反转过来，时空就不再是相对论的主要概念了。但圈论者如果想使大家相信对广义相对论的这种重新诠释走得通，那么他们就必须首先说明场是什么东西——既然在他们看来连时空都不存在。在他们的设想当中：

如果没有电荷，这些线条就会自我封闭，形成闭合的场线。就是说，形成「圈」。圈论者坚信，万有引力场也可以用同样的方式表现。就像针织面料，物体之间的联系也都环环相扣。在圈论者看来，这些联系并非被施加于空间中，而是先于空间而存在的！

（在自旋网络里，每一个“节点”代表一个空间颗粒，节点与节点之间的连结线段称为“链接”，代表隔离空间颗粒的基本表面。）

这样一来，空间就真地变成了一个类似锁甲的结构，变成了一个圈圈相套的网络，其中每个交叉点都代表着一个基本的空间单位。所以空间并不是连续的，而是由一个个细微的点构成的。就像是一幅点彩画。这些"空间原子"有多大呢？10^ -33厘米！而一个基本面的大小则是10^-66 厘米，一个基本体积是10^ -99厘米。时间同样被粒子化，每一个“时间颗粒”大约是10^-44 秒。

这便是圈量子引力论展现的奇异世界，但要观测到如此小尺度的空间颗粒几乎是不可能的，期待在将来，可以给我们满意的答案。

除了以上两种热门理论外，还存在很多其他的理论，这里做简单介绍： 因果动力三角论：

因果动力三角论乍看起来与圈量子引力论很相似。不过，圈量子引力论只把空间分成细小的“颗粒”，而因果动力三角论假设时空分成叫做正五胞体的四维构造块。

正五胞体可以粘在一起生成大型的宇宙，结果就形成了三维空间和一维时间，这正是真实宇宙的样子。但其尚不能解释物质的存在。

非交换几何学：

出自法国数学家阿兰•孔内自上世纪80年代开始的研究工作。其构想，就是重新从长久以来被人们忽略的对量子力学所进行的一种代数学诠释出发，将其演绎为一种新的时空几何——非交换几何。

这一复杂艰深而且无法通过形象感知的世界观，通过自发地导出广义相对论和所知的粒子，展现着它的实力，渐渐成为弦论和圈轮的有力竞争者。

量子爱因斯坦引力论：

统一引力和量子力学的问题之一就是引力在极小尺度下的表现。两个物体靠得越近，它们之间的引力越强，但引力也对物体自身起作用，这样，在极微小的距离上就形成了一个反馈回环。根据传统理论，引力应该变得不合理的强，这意味着传统理论某个地方出了问题。

德国美因茨大学的马丁·路透提供了一个产生“定点”的方法：小于某个距离处引力将停止增强。这或许有助于解决此难题，从而形成一个关于引力的量子理论。

量子重力图论：

大多理论都假设空间和时间预先存在，然后再试图去构建宇宙的其余部分。量子重力图论则与之相左，它是由加拿大安大略省滑铁卢市的普里美特理论物理研究所的弗蒂尼·马可波罗及其同事们独创的。

当宇宙在大爆炸中形成时，马可波罗认为当时并没有我们所了解的空间。而是存在一种空间“节点”的抽象网格，其中的每个节点都互相连通。很快，网格塌缩，一些节点断裂开来，形成了我们如今看到的大尺度宇宙。

内禀相对论：

由麻省理工学院的欧拉夫·德莱耶所发展的内禀相对论着手去解释广义相对论如何在量子世界中出现。宇宙中的每个粒子都有种属性叫“自旋”，不严谨的情况下可认为它是由粒子旋转产生的。

德莱耶的模型假设存在一个独立于物质的随机部署的自旋系统。当系统抵达一个临界温度时，自旋会排列形成一种有序的模式。任何实际存在于自旋系统中的人都无法看到它们。他们所见到的只是自旋的效应，这也是德莱耶所展示的内容，其中包括时空和物质。他还设法从此模型中导出了牛顿引力，不过，广义相对论仍然未整合进来。

标度相对论：

标度相对论的主要思想：时空结构在不同的标度下，显示出不同的“粗糙程度”。即为：时空是分形的。例如，我们从地球大气层外部观测海岸线，是比较平滑的。但是，如果我们的观测高度不断降低，海岸线就会变得越来越曲折。我们的观测高度和视角就相当于标度，海岸线就相当于时空。

这种理论将相对论与量子力学都看作是近似理论，广义相对论中认为时空是处处平滑且有弹性的。标度相对论可以合理且漂亮的与相对论和量子力学兼容，可以推导出两种理论的部分方程，所以有望统一这两种理论。但是，因为这种理论的独特思想，“时空的结构与标度息息相关"，会动摇很多物理理论和数学工具的根基。比如，数学中的微分几何就是建立于将空间无限分割的思想，但标度相对论把这种分割的有效性给否定了。因此，遭到大多数科学家的反对。

E8：

2007 年，物理学家（也是冲浪运动员）加勒特·里希发表了一个万有理论E8的论文，E8是一个复杂的、拥有248个点的八维数学模式。里希认为，物理学中已知的多种基本粒子和作用力可被容纳在E8模式的点中，它们之间的多种相互作用也自然而然地出现了。

一些物理学家对此文提出了强烈批评，而另一些人则表示谨慎的欢迎。直到 2008 年末，里希得到一项继续E8研究的资助。

可能这些理论只有一个是正确的，也可能它们都是某个更基本的万有理论的近似描述，还有可能每一个都错的离谱，但无论如何，他们的所作所为都值得赞赏，正是他们的不懈努力，把人类的认知不断地向前推进！

在追寻万有理论的道路上，我们为物理学家取得的每一次突破而欢喜，为他们每一个谨慎大胆的想法而迷倒。每当我陶醉在物理学家构造的奇异世界时，整个人就像被魇住一样，哑然无言，真的太美了，太美了。

有些人很疑惑，为什么一定要寻找一个统一理论呢？难道不可以将世界描述成两条或多条理论共同支配吗？我想说，当然可以这么认为，而且说不定真正的世界就是多理论支配的，但物理学家可不会停下脚步，他们是学者更是艺术家，他们坚信世界应该由一种简单优雅的定律去描述，那样才 美 ，复杂繁乱的理论简直会让他们犯起“学术洁癖”来。理论物理的发展，正是一路追寻对称美而发展的，正是一路填补对称性破缺而发展的。

万有理论——对于爱因斯坦最后问题的解答，也许很久才能见到，也许永远也见不到，也许根本就不存在。除非明确的证明它不存在，否则人们将义无反顾！

SCIENCE公布的125个最具挑战性的科学问题中，被认为最重要的前25个问题：

1宇宙由什么构成?

2意识的生物学基础是什么?

3为什么人类基因会如此之少?

4遗传变异与人类健康的相关程度如何?

5物理定律能否统一?

6人类寿命到底可以延长多久?

7是什么控制着器官再生?

8皮肤细胞如何成为神经细胞?

9单个体细胞怎样成为整株植物?

10地球内部如何运行?

11地球人类在宇宙中是否独一无二?

12地球生命在何处产生、如何产生?

13什么决定了物种的多样性?

14什么基因的改变造就了独特的人类?

15记忆如何存储和恢复?

16人类合作行为如何发展?

17怎样从海量生物数据中产生大的可视图片?

18化学自组织的发展程度如何?

19什么是传统计算的极限?

20我们能否有选择地切断某些免疫反应?

21量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?

22能否研制出有效的HIV疫苗?

23温室效应会使地球温度达到多高?

24什么时间用什么能源可以替代石油?

25地球到底能负担多少人口?

万物理论认为，宇宙中的四个基本物理力：万有引力，强核力，弱核力和电磁力，都可以组合成一个无所不包的理论。但是到目前为止，还没有单一的理论可以解释所有这些。物理学家正在修改理查德·费曼（Richard Feynman）在1957年提出的实验，希望找到一种统一的理论。