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46、“统 一 场 论” 是 什 么?

  在十九世纪中期,人们就已经知道了四种能越过真空发生作用的现象。它们是:(1)引力;(2)光;(3)电吸引和电排斥;(4)磁吸引和磁排斥。

  乍一看来,这四种现象彼此之间似乎根本无关,似乎没有什么必然联系。然而,在1864年到1873年这段期间内,苏格兰理论物理学家麦克斯韦从数学角度分析了电与磁的现象。他发现自己得出了一些带有根本性的关系式——麦克斯韦方程组,它们既可以用来描述电现象,又可以用来描述磁现象,这证明两者是互相关联的。只要发生某种电现象,就必不可免地要发生某种确定的磁现象,反过来也是这样。换句话说,我们可以提出一种叫做“电磁场”的提法。这种电磁场存在于真空中,并在接触到空间中的一个物体时,就按照它自己在接触点上的场强来影响这个物体。

  不仅如此,麦克斯韦还证明,如果设法使电磁场以规则的方式发生振动,它就会从这个振动中心向各个方向送出一种辐射,辐射的速度等于光的速度。光本身就是这样的一种“电磁辐射”。麦克斯韦还预言存在着其他形式的光,不过它们的波长分别要比普通光长得多或短得多。二十多年以后,这两种光都被人们发现了。现在我们总是说整个“电磁波谱”。

  因此,本节开始时所提到的四种现象中,有三种(电、磁、光)已经结合成为一种场了。但还有引力场没有被考虑到。这样,我们就还有:(1)电磁场;(2)引力场。它们看起来似乎是两种无关的场。

  然而,物理学家认为,如果只存在一种场(这就是“统一场”),事情就会简单得多,因此,他们一直在寻找一种既能描述电磁效应,又能描述引力效应的理论,以便能够用一种场的存在去描述另一种场存在的本性。

  不过,现在看来,即使发现了这种能把电磁效应和引力效应结合起来考虑的方程组、我们也还是没有找到真正的统一场:自1935年以来,又发现了两种新的场。这两种场都只对亚原子粒子才有影响,而且只在不大于原子核直径的距离内才起作用,它们就是“强相互作用”和“弱相互作用”。

  真正的统一场论必须能把已知的这四种场都解释清楚才行。

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