物理学家的终极夙愿——实现物理学理论的完美统一（上）

我们都喜欢简简单单的事物，而讨厌繁琐复杂的东西，因为繁琐的东西太折磨人了，物理学家也跟我们一样，他们也希望用一个统一而简单的理论来解释自然界的一切现象，有人说，向统一迈出的任何一小步，都是向真理靠近的一大步，可见，物理学家们对于“大一统”理论是多么的渴望！

但是，在实现“大统一”理论的尝试过程中，除了有让人欣喜的成功、也必然有让人遗憾的失败，这条让人无限向往的统一之路，并非一帆风顺！

但是，物理学家们一刻也不曾放弃，比如爱因斯坦在生命中的最后几个小时里，也依然在苦思冥想宇宙的终极真理，他们这种对真理孜孜不倦的追求精神值得我们每一个人学习。

今天，就让我们一起来看看曾经在物理学领域统一之路上出现的成功与失败！

太阳与恒星的统一

如果有人问你，我们在晴朗的夜晚看到天空中的星星是个什么东东？

你可能会觉着他很傻，这么简单的问题还需要问吗？

然后毫不犹豫地告诉他：“它们是恒星，是像太阳一样会发光的天体，只不过离我们比较远，所以看着比较暗淡而已！”

恭喜你，答对了，不过，你应该庆幸自己没有生活在500年前。

因为在现在我们看来这么理所应当的事情，如果你是在16世纪这么说，极有可能就会步上“布鲁诺”的后尘！

布鲁诺

那时候的人们一致认为，太阳是由上帝创造出来用来温暖大地的一团烈火，我们看到的点点星光就是天球上的小孔透下来的一束束天国之光！

布鲁诺为了实现太阳与恒星的统一，不惜孤身一人与宗教势力周旋、角逐，他始终坚持自己的观点：地球并不是宇宙的中心、地球围绕着太阳运行，并且太阳也不是宇宙的中心，天空中所有的星星都跟太阳一样是恒星，宇宙是无限大的！

太阳系

当时的宗教势力怎么可能容忍他这样叛逆的思想存在，如果所有星星跟太阳一样是恒星，那宇宙就应该是无限大的，地球是宇宙中心的地位将会被动摇！

况且地球如果是围绕着太阳旋转的话，那么任何一个星星周围都可能会存在一个像地球一样的行星绕其运行，而在这个行星上也极有可能会孕育有生命。

这怎么可能？宗教神学认为地球才是宇宙的中心，世间万物都是由上帝创造的，而太阳只是上帝为了让地球温暖而创造的一团火，这下可好，你布鲁诺说地球不是宇宙的中心，地球绕着太阳转，你这是要造反的节奏呀！如果你说对了，那上帝的老脸往哪儿搁？宗教的老脸往哪儿搁？

所以，接触到真理的布鲁诺就遭到了教会的无情迫害，被凄惨地烧死在罗马鲜花广场！

布鲁诺

从布鲁诺的悲惨命运中我们也能看出来，统一理论的建立真的不是那么的一帆风顺！

这不仅仅需要科学家有敏锐地洞察力、敢于发现、拥有超前的思想、还必须有过人的胆识、敢于向权威挑战的精神。

新思想的建立不仅仅是对所有人原有认知的一个挑战、更重要的是对他们思维方式的一个颠覆，颠覆一个人的思想，这谈何容易？所以，这是一个异常艰难的思想博弈过程，对于其他人来说接受新思想肯定需要一定的时间，在这段时间里，你不仅要承受别人异样的眼光，更重要的是你的理论还得经受实验的检验，这样才会被大众所接受。

很可惜，以当时的人们的认知水平，认为地球是宇宙的中心并且静止不动，还真就符合常理，就像我们问一个还没有上学的小朋友，你觉得地球动不动呢？他的回答肯定是：“不动，地球要是运动的话我们是会感觉到的！”因为他们没有感觉到地球在运动，所以就无法做出正确的判断，自然就认为地球不动，那太阳东升西落是怎么回事儿呢？他们就理所应当得认为太阳绕着地球旋转！而且由于当时宗教势力的强大以及对人们思想的控制，还有实验仪器的落后，布鲁诺不但没能用真理唤醒人们对世界的认知，还搭上了自己的身家性命，不过，在布鲁诺看来，为真理献身、为科学事业献身，那既是光荣的，也是值得的！

光与声的统一

这个想法在我们现在看来很明显是错误的，但是，当时人们认为光与声一样，都是物质的振动产生的波，既然声音需要靠介质来传播，那么光也应该是由某种介质传播的，虽然我们看不见，但是这种介质绝对存在，它就是物理学家们假想出来传播光的媒介——“以太”。

光的衍射图样

科学家们认为，“以太”应该跟空气一样围绕在我们周围，并且充满了宇宙中的每一个角落！不过在1905年，“以太”这种物质被爱因斯坦给否定了！

其实我们也可以想一下，声音在空气中传播速度其实是比在液体和固体中传播速度慢得多的，那也就是说，机械波在刚体中很明显传播的快。而光速比声速快那么多，预示着“以太”可能是一个特别坚硬、致密的刚体。

这怎么可能呢？“以太”要是坚硬且致密，又充满在宇宙中，请问我们的地球如何绕太阳公转呢？难道“以太”这种刚体不会阻碍地球的公转？这里很明显是自相矛盾的！

如此看来，“大统一”之路并非是一帆风顺的，而且还很崎岖，一不小心，你就可能走上了充满悬崖峭壁的岔路口，永远也找不到宇宙的终极奥秘！

运动与静止的统一

谁有这么大能耐，能将让人一看就感觉明显截然相反的两个概念——运动和静止统一到一起呢？

对，你没有猜错，这个人就是伽利略！

伽利略

在伽利略之前，人们一直认为，运动与静止，那是绝对不同的两个概念，特别是亚里士多德。他通过观察马拉马车的现象提出了一个著名的错误结论：“力是维持物体运动的原因”，也就是说，只有当一个物体受到了力的作用时才会运动，如果它不受力，就会保持静止！运动与静止泾渭分明！

就这样一个在我们今天看来错的很明显的观点，竟然奇迹般地统治了人们的思想近两千年，直到伽利略通过“斜面实验”探究出“力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因”。才使人们认识到，物体在不受力时，总会保持匀速直线运动状态或者静止（可看做速度为0的运动）状态！

伽利略“斜面实验”器材

就这样一个简单的实验结论，却道出了物体在不受力时的终极状态：静止或匀速直线运动，看来惯性原理好像可以实现静止与运动的完美统一！

不过要想完全理解静止与运动的统一，还需要结合伽利略提出的“相对性原理”。

相对性原理告诉我们：物体的运动与静止没有绝对意义，但是当我们选择了观察者，这就具有了实际意义。

比如说，道路两边的树木——静止的？运动的？

如果不说明观察者，就是公说公有理、婆说婆有理，说不明白了，站在路边的人可能觉着这些树是静止的，可是坐在汽车里前进的人却觉着树木是向后退的！也就是说，没有绝对的运动与静止，运动与静止是相对的！

我国古代对这个问题也有研究，比如这首诗：“满眼风光多闪烁，看山恰以走来迎，仔细看山山不动，是船行”，这不就说明了运动和静止其实是一回事儿，只是观察者不同而已这个道理吗？

这样的话，我们就将物体的运动与静止这两个看起来截然不同的状态用惯性定律给统一起来了！

说到这儿，我们发现实现物理学理论的大一统是物理学家们的终极梦想，但是，这条路走起来也确实充满了艰难险阻，稍有不慎，就可能走入死胡同，但是物理学家们从未放弃，哪怕历经千辛万苦，也要求取真经的决心和精神是我们学习的榜样。

下篇文章，将跟您聊到牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦这三位伟大的物理学家的统一之路，希望大家能够捧场！