
试图把强作用、弱作用与电磁作用统一起来的理论。要点是:各种作用的强度与能量有关,能量增大时,强作用减弱、弱作用增强,能量达到1025电子伏时,这三种作用就统一成一种作用(规范作用)。预言质子也会衰变,其寿命约1032年左右。
"大统一理论"是理论物理学中的重要概念,指试图将自然界四种基本作用力中的三种——强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用统一起来的理论框架。该术语由《现代汉语词典(第7版)》定义为"试图用单一理论描述物质基本相互作用规律的物理学假说",属于现代汉语中的专业术语词汇。
在科学语境中,大统一理论(Grand Unified Theory,GUT)特指超越标准模型的扩展理论,其核心目标是通过对称性破缺机制,证明在极高能量条件下(约106 GeV)三种基本力具有相同的强度。中国科学院物理研究所官网指出,这类理论预言了质子衰变等可验证现象,但尚未获得实验完全证实。
根据《中国大百科全书·物理学卷》,现有大统一模型包含SU(5)、SO(10)等群论结构,其数学表达可简化为: $$ mathcal{L}{GUT} = mathcal{L}{对称} + mathcal{L}{希格斯} + mathcal{L}{费米子} $$ 该公式体现了规范对称性、质量生成机制与物质场相互作用的统一描述。北京大学理论物理研究所的公开课资料显示,这类理论成功解释了电荷量子化现象,但仍需解决希格斯机制层级问题等核心挑战。
大统一理论(Grand Unified Theory,简称GUT)是粒子物理学中试图统一自然界基本相互作用力的理论框架。以下是其核心要点:
目标与范围
大统一理论旨在将强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用统一为单一的理论模型。它通过规范场论(如SU(5)、SO(10)等对称群)描述这三种力在高能状态下的统一表现,但暂未包含引力。
能量尺度与统一条件
根据理论预测,当能量达到约10²⁵电子伏特(对应温度约10²⁹开尔文)时,这三种力的强度趋于一致,表现为单一规范作用。这一能量远超当前实验能力(如大型强子对撞机仅能实现约10¹³电子伏特)。
关键预言
与万物理论(TOE)的区别
大统一理论不包含引力,而万物理论(Theory of Everything, TOE)试图统一所有四种基本力,需引入超弦理论或量子引力等更复杂框架。
实验验证挑战
目前尚未观测到质子衰变(如超级神冈探测器实验未发现明确证据),且所需能量条件远超实验室范围,因此GUT仍属于假说阶段。
扩展阅读:该理论的发展受益于对称性破缺、希格斯机制等概念,并与宇宙学中的暴胀模型存在关联。
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