
試圖把強作用、弱作用與電磁作用統一起來的理論。要點是:各種作用的強度與能量有關,能量增大時,強作用減弱、弱作用增強,能量達到1025電子伏時,這三種作用就統一成一種作用(規範作用)。預言質子也會衰變,其壽命約1032年左右。
"大統一理論"是理論物理學中的重要概念,指試圖将自然界四種基本作用力中的三種——強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用統一起來的理論框架。該術語由《現代漢語詞典(第7版)》定義為"試圖用單一理論描述物質基本相互作用規律的物理學假說",屬于現代漢語中的專業術語詞彙。
在科學語境中,大統一理論(Grand Unified Theory,GUT)特指超越标準模型的擴展理論,其核心目标是通過對稱性破缺機制,證明在極高能量條件下(約106 GeV)三種基本力具有相同的強度。中國科學院物理研究所官網指出,這類理論預言了質子衰變等可驗證現象,但尚未獲得實驗完全證實。
根據《中國大百科全書·物理學卷》,現有大統一模型包含SU(5)、SO(10)等群論結構,其數學表達可簡化為: $$ mathcal{L}{GUT} = mathcal{L}{對稱} + mathcal{L}{希格斯} + mathcal{L}{費米子} $$ 該公式體現了規範對稱性、質量生成機制與物質場相互作用的統一描述。北京大學理論物理研究所的公開課資料顯示,這類理論成功解釋了電荷量子化現象,但仍需解決希格斯機制層級問題等核心挑戰。
大統一理論(Grand Unified Theory,簡稱GUT)是粒子物理學中試圖統一自然界基本相互作用力的理論框架。以下是其核心要點:
目标與範圍
大統一理論旨在将強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用統一為單一的理論模型。它通過規範場論(如SU(5)、SO(10)等對稱群)描述這三種力在高能狀态下的統一表現,但暫未包含引力。
能量尺度與統一條件
根據理論預測,當能量達到約10²⁵電子伏特(對應溫度約10²⁹開爾文)時,這三種力的強度趨于一緻,表現為單一規範作用。這一能量遠超當前實驗能力(如大型強子對撞機僅能實現約10¹³電子伏特)。
關鍵預言
與萬物理論(TOE)的區别
大統一理論不包含引力,而萬物理論(Theory of Everything, TOE)試圖統一所有四種基本力,需引入超弦理論或量子引力等更複雜框架。
實驗驗證挑戰
目前尚未觀測到質子衰變(如超級神岡探測器實驗未發現明确證據),且所需能量條件遠超實驗室範圍,因此GUT仍屬于假說階段。
擴展閱讀:該理論的發展受益于對稱性破缺、希格斯機制等概念,并與宇宙學中的暴脹模型存在關聯。
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