物理学家们希望找到一个单一的万物理论来描述整个宇宙，但首先他们需要解决科学界最棘手的一些问题。
物理学家们希望找到一个单一的万物理...
物理学家们希望找到一个单一的万物理论来描述整个宇宙，但首先他们需要解决科学界最棘手的一些问题。
物理学家们希望找到一个单一的万物理论来描述整个宇宙，但首先他们需要解决科学界最棘手的一些问题。
Katie Silver （BBC Earth）
最近的电影“万物理论”讲述了霍金的故事，被日渐恶化的疾病困在轮椅上的他仍然成为世界知名的物理学家。虽然故事主要描述了他与前妻简的关系，不过还是抽出了点时间稍微解释了一下他的工作。
他雄心勃勃，像很多物理学家一样，追随爱因斯坦未竟的事业，尝试整合出一套“万物理论”，用一个统一的理论来解释宇宙中的一切。
如果能找到一个统一的理论来解释我们宇宙中的一切怪异又神奇的现象，将是卓著的成就。几十年来，一直不乏信心满满的物理学家声称已经离目的不远了，然而，我们真的已经离解释一切一步之遥了吗？
宇宙中包含亿万个星系
从表面上看，一个万物理论是个难以完成的任务。它需要解释从莎士比亚的巨著到人脑的构成以及包含自然界的每一条山谷河流，正如剑桥大学的约翰巴罗所说，那将是囊括宇宙的大问题。
然而，巴罗认为找到这样一个理论是完全可以想象的。因为自然界的法则其实没有几个，它们简洁，对称，而自然界所有的力只有四种。
“我们周围的事物无限复杂，其实都是基本规律的作用结果，规律本身是简单的。”巴罗说。
艾萨克牛顿，发展了光线，运动和引力的理论
1687年，对当时的科学界来说，万物理论已经被发现了。
当时牛顿发表了著名的《自然哲学的数学原理》。其中他解释了物体的运动原理以及重力法则。牛顿所展现的世界是个美丽且秩序井然的地方。
传说在他23岁时，牛顿在花园里散步时看到树上的苹果落下来。此时，他意识到应该是脚下的地球产生的力把它拉下来的。之后牛顿把这一理论进一步推演。
牛顿晚年的助手约翰康杜特曾说过，通过苹果掉落的现象，牛顿想到，重力“不会只对地球表面的物体产生作用，它必然能延伸到比我们所想象的远得多的地方。”根据康杜特的记录，牛顿之后思考的是，“为什么不能延伸到月亮的高度？”
太阳系（非正确比例）
在此启发下，牛顿研究出引力理论。不光能运用于苹果，同样也可以运用于行星的运转。所有看上去完全不同的物体，遵循同样的法则。
这本书里也展现了物体运动的三大定律。与引力理论一起，这些法则解释了从一个小球的运动轨迹到为什么月亮绕着地球运转。
巴罗说，“人们当时认为他已经解释了一切，他的成就是无可比拟的。”
问题是，牛顿自己知道他的理论是有漏洞的。
水星具有古怪的公转轨迹
比如，引力不能解释为什么小物体会自动黏在一起，仅仅凭它们所拥有的引力是不够的。而且，虽然牛顿可以描述现象，却不能解释其背后的原理。他的理论是不完整的。
更大的问题是，虽然牛顿的理论可以解释宇宙中大部分普通的现象，然而在一些情况下他的法则却会被打破。虽然这些情况非常罕见，并且常常牵扯到极端的速度或超强的引力，可是它们却实实在在的存在着。
其中之一便是水星的运行轨迹。水星是离太阳最近的行星。每个行星在公转的同时也会自转。通过牛顿的法则可以计算出它们是如何自转的。然而水星的自转却是反常的，同样奇怪的是它的公转也是偏心的。
证据很明显，牛顿的引力理论并非普适公理。
20世纪爱因斯坦带来物理学界革命性的进展
两个多世纪之后，爱因斯坦用他的广义相对论解决了这个悬念。爱因斯坦的理论到2015年正好100周年，他从一个更深的角度理解了引力。
他的理论核心是时空的概念。时间和空间看似是完全不同的东西，实际上却是紧密交织的。有长宽高三维的空间，而第四维我们称之为时间。所有这四维交织成巨大的宇宙之毯。你要是在科幻电影里听到“时空连续区”，就是指这东西。
爱因斯坦的宏大设想是，巨大如行星的物体，或是快速移动的物体，可以扭曲时空。想象一张紧绷的蹦床，如果你在上面放一个沉重的物体，它会发生弯曲和凹陷，而任何其他物体都会滚向这个重物。按照爱因斯坦的说法，这就是物体互相吸引的原理。
这是个非常奇异的设想，然而物理学家们却被深深地说服了。比如这个理论就能很好的解释水星的奇怪的轨道。
太阳的巨大质量影响了水星的运动
根据广义相对论，太阳的巨大质量扭曲了它周围的时空。