[作者：星空承载梦想，2023年8月29日]
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现代科学认为，人类诞生于200多万年前，当时地球上生活着很多其它凶猛的生物，猿类生物为了能够长久的发展下去，于是它们选择了群居生活，科学家经过研究发现，群居生活能够使得猿类的大脑变得越来越聪明，而且还能够有效的抵抗外来侵略者，由于猿类生物长期在一起生活，所以猿类的大脑变得越来越聪明，最终成功进化为人类，人类作为地球上最有智慧的生命，从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘，现在人类已经对世界有了大概的认知，其实人类能够有如此之快的发展速度，主要还是离不开科学家，在人类科学发展的道路上，出现了很多伟大的科学家，比如说牛顿、爱因斯坦、薛定谔等等。这些伟大的科学家为人类文明的发展做出了巨大的贡献，下面我们就一起来看看物理学历史上最重要的三次大统一。
1、牛顿力学：天上力与地上力的统一
俗话说：天不生牛顿、万古如长夜，牛顿的出现为人类打开了宇宙的大门，让人类知道了天体的基本运行规律，如果没有牛顿，那么人类的科学发展至少要倒退几百年，牛顿不仅仅在天文领域做出了巨大的贡献，它在数学、力学等多个方面都具有非常大的影响力，为什么说牛顿统一了天上和地上的物理学？因为在牛顿之前，人类认为天上和地上用的是两种不同的理论，牛顿的万有引力定律揭示了宇宙万物之间的引力作用，即人类认识最早的自然界四种基本作用力的第一种力，然而，这个万有引力定律是建立在牛顿三定律的基础上，即便对引力的描述后来让爱因斯坦的广义相对论引力场方程推翻。

但是牛顿的惯性定律（牛顿第一定律）、F=mdr/dt（牛顿第二定律）、作用力等于反作用力只是方向相反（牛顿第三定律），这三个定律始终成立，牛顿的经历力学认为，任何物质之间都是由引力的，物质的质量越大，它的引力就越大，在我们地球上，由于我们所认知的物质质量是有限的，所以产生的引力也不明显，但是将万有引力放在宇宙中，我们就能够明显的感觉出来，比如说在太阳系中，太阳的质量占到了太阳系总质量的百分之99.86，剩下的八大行星和其它物质占到了太阳系总质量的百分之0.14，这说明太阳的质量非常大，巨大的质量意味着太阳的引力也非常强大。

强大的引力能够将八大行星全部吸引过来，而八大行星为了不被太阳吞噬，它们不停的自转和公转，这样能够产生离心力，离心力和引力相互平衡，所以八大行星能够稳定的围绕太阳转动，无论是宇宙中的天体，还是地球上的物质，都会产生引力，这个理论让人类对世界有了基本的认识，这个理论告诉了我们，地上和天上都遵循一种力，而这个力就是万有引力，牛顿是人类历史上第一位将神学和科学分家的人，他凭借一己之力，通过总结前人的经验，以及高超的数学能力，开创了经典物理学，为人类的科学发展起到了至关重要的作用。

2、爱因斯坦相对论：统一了时空
在爱因斯坦没有出现之前，人类一直都认为时间和空间是两个不同的个体，它们之间没有任何联系，牛顿认为，时间是绝对的，不会有任何改变，应该独立于任何事物而均匀的流逝，如果按照牛顿的说法来看，那么时间就没有快慢之分，他认为宇宙中存在着统一的时间，独立于任何物质之外，同等的出现在任何地方，我们所用的年、月、日只不过是绝对时间的一种描述、度量和体现，牛顿将其称之为相对时间，而爱因斯坦出现之后，打破了牛顿的绝对时空观，根据爱因斯坦的相对论我们能够知道，时间不是绝对的，而是相对的，两个运动状态不同的观察者可能会测量到不同的时间间隔，这是由于高速运动中，时间会出现相对于静止观察者的变化。

而且空间也是相对的，空间的长度也会随着运动状态的不同而发生改变，按照相对论的说法，时间和空间是不可分割的，它们是时空统一的，这意味着物体的运动状态和重力场会影响时间和空间的弯曲，从而影响物体的运动轨迹，在相对论中，光速是不变的，由于时间和空间是相对的，不同的观察者会有不同的时间和空间的概念，这就引发了侠义相对论中的时间膨胀和长度收缩现象，对于时间膨胀，简单来说就是不同的观察者会有不同的时间流逝速度，为此科学家还专门做了原子钟实验，在1971年，两位科学家利用多台原子钟进行了时间膨胀效应实验。

其中将四台原子钟放在飞机上，地面上留下一台作为标准钟，随后让飞机在赤道附近环球飞行，一次往西一次往东，每次消耗的时间大约是三天，最后看飞机上的原子钟和地面原子钟的时间差异，看到这里，可能有一些朋友会产生一个疑问，就是为什么要用原子钟？这是因为原子钟是目前人类最先进的计时工具，它的精度能够达到千万年误差一秒，所以用原子钟做实验再适合不过，其实这个实验验证了两种相对论效应，其中飞机的飞行速度加上全球飞行的路程，能够使得侠义相对论的钟慢效应表现的稍微可观一些，而飞机飞行的高度能够保证广义相对论中的引力钟慢效应。

最终实验结果显示，向东飞行的飞机，上面的原子钟时间比地面上的原子钟时间慢了59纳秒，而向西飞行的飞机，上面的时间比地面上的时间快了273纳秒，向东飞行的飞机，由于是顺着地球自转的方向飞行，所以相对于地面的速度就是飞机本身的速度加上地球自转的速度，而向西飞行的飞机，是逆着地球自转方向飞行的，所以相对于地面的速度就需要减去地球自转的速度，而最终得出的结果和爱因斯坦的时间观点是一致的，这也证明了时间并不是绝对的，而是相对的，不过这里需要注意的是，对于我们普通人来说，爱因斯坦的时间观需要达到光速左右才能够明显的感觉出来，在远低于光速的情况下。

牛顿的绝对时空观也适用于我们每一个人，除此之外，当物体靠近强引力场的时候，时间也会发生变化，在强引力场中，时间会比在较弱的引力场中走的更慢，其中最明显的物质就是黑洞，黑洞是人类发现的引力最强大的天体，它能够吞噬任何物质，连光都不例外，在黑洞的事件视界附近，时间膨胀的更加明显，甚至会出现时间停滞的现象，所以时间和光速有关的原因在于光速不变原理的存在，这个原理又导致了时间和空间的相对性质，在高速运动或强引力场中，时间和空间的扭曲效应会变得更加明显，这是相对论的重要理论之一，同时也推翻了牛顿的绝对时空观。

3、麦克斯韦方程组：将电、磁、光统一
在19世纪初的时候，电、磁、光还被认为是三个彼此不同的学科，当时人类在这三个学科里面积累着大量的实验规律以及实验数据，直到19世纪中期，伟大的麦克斯韦，将电、磁、光这三门看上去不同的学术，统一在了麦克斯韦方程中，麦克斯韦方程组是经典电磁学的基础方程，它是由四个方程组组成，分别是高斯定律、高斯磁定律、法拉第感应定律和麦克斯韦安培定律，这四个方程在数学形式上能够用微积分的形式或者是积分形式来表示，其中微积分更加简洁和对称，麦克斯韦方程组是人类有史以来最完美的物理学方程，它具有强烈的对称性和自洽性，它告诉我们：电场和磁场并非单独存在，而是统一于电磁场中。

不仅如此，麦克斯韦还经过计算证明了：如果在真空中存在一个振荡的电场，那么在振荡电场的周围就会产生磁场，而这个磁场又会进一步产生电场，如此往复，电磁场就能够向远处传播，形成电磁波，麦克斯韦计算了电磁波的速度，发现电磁波在真空中的速度刚好等于光速，于是大胆预言：光就是一种电磁波，现在我们知道，光具有波粒二象性，光即使一种波也是一种粒子，不过当时牛顿的经典物理学已经深入人心，以至于在1900年物理学家们集会时，开尔文爵士自豪的说：物理学的大厦已经基本建成，后世只需要在做一些修修补补的工作就可以了，只可惜，麦克斯韦没有亲自证实它的预言。

在1879年的时候，年仅48岁的麦克斯韦与世长辞，在同一年，现代物理学最大的科学家爱因斯坦刚刚诞生，为什么说麦克斯韦方程组是完美而伟大的？因为在此之前，关于电磁现象的学说都是以超距作用观念为基础的，认为带电体、磁化体或者载流导体之间的相互作用，都是能够超越中间媒介而直接进行并立即完成的，即认为电磁扰动的传播速度无限大，在1873年，麦克斯韦出版了他的电磁学专著《电磁通论》，这可以说是电磁学发展史上一个划时代的里程碑，在这部著作中，麦克斯韦总结了前辈各大定律，以他特有的数学语言，建立了电磁学的微分方程组，揭示了电荷、电流、电场、磁场之间的关系。

4、相对论和量子力学的统一
量子力学是描述微观物体的理论，和相对论一起被称为是现代物理学的两大支柱，不过现在量子力学和相对论还没有统一在一起，科学家认为，未来随着人类科技的发展，相对论和量子力学一定会统一在一起，现在它们两个没有统一，说明人类的物理学还存在一定的漏洞，根据科学家的研究我们能够知道，在宇宙中一共存在四种基本作用力，它们分别是强相互作用力、弱相互作用力、电磁力和引力，前三种作用力都能够利用量子力学来解释，但是引力却无法用量子力学来解释，引力必须用相对论来解释，但是相对论却没有办法解释前三种作用力。所以到现在为止，科学家还无法将相对论和量子力学结合在一起。

虽然相对论是描述宏观世界的，而量子力学描述微观世界，但是无论是宏观世界还是微观世界，它们都属于同一个世界，既然在同一个世界中，那么两个理论就能够融合在一起，为了解决这个问题，科学家们提出了弦理论，弦理论认为，每一个基本粒子的内部，都有一根由细小的线在振动，就像我们平时玩的小提琴一样，因此这根细小的线被科学家称为是弦，科学家认为，这种弦具有振动的特质，是一种能量的表现形式，不同的粒子就是由弦振动的不同频率组成的，通过弦理论，科学家能够将这四种作用力结合在一起，不过这需要将维度空间提升到11个维度，目前我们生活在三维世界中。

至于其他的维度空间，现在科学家也只是猜测，在人类科学发展的历史上，有很多旧的理论被推翻，有很多新的理论诞生，也有很多理论被统一了，而相对论和量子力学的统一也只是时间的问题，小编认为，人类作为地球上最有智慧的生命，既然能够在短短几千年的时间内走出地球探索宇宙，这说明人类科技发展的速度很快，未来随着人类科技的进步，人类一定能够发现更多的奥秘，小编希望人类能够早日实现自己的梦想，对此，大家有什么想说的吗？