四大基本力的性质在本质上不同还是可以统一

宇宙的确定性是通过对个体的束缚实现的。

——若埃尔·马丁

在最近几十年间，物理学家在统一基本相互作用方面取得了令人赞叹的进步。特别是在1970年代，他们成功论证了电磁相互作用和弱相互作用即便在表面上不尽相同，却并不是相互独立的：在宇宙很久远的以前，它们是同一种力，后来才分离。这一统一的尝试被延伸到强相互作用，得到的结果是一种巨大的力。这个发现构成了人们所说的粒子物理“标准模型”，经由大型粒子对撞机，标准模型已经得到了极为精细的验证。

标准模型一方面立足于描述极微小层面物质行为的量子物理学，另一方面也利用了爱因斯坦的相对论解释了一类情境，在这类情境中，即使相比于光的速度，粒子的速度也无法忽视。引入一定数量的凭经验确定的参数后，这个标准模型解释了今天我们所了解的所有微观现象，直到几千亿电子伏特的能量。

我们十分灵活地运用了“对称”这个概念进而成功地构建了粒子物理标准模型。一般来说，当我们把一件东西置于某种作用之下，如果它所表现出来的状况并没有改变，我们就称它是对称的。当我们想到这一定义时，首先浮现在我们脑海里的就是几何对称，例如球体或圆柱体的对称。让我们以球体为例：我们可以选取任意一条轴以任意角度旋转，球体都不会有所改变。这种旋转的作用可以用数学来描述，就像球体也能够用方程式表达出来一样。球体的完美对称性可以表述为在任意旋转之后它的方程式都与之前一样。尤其是，方程式里并没有代表旋转角度的量。我们可以说，无论如何旋转，球体的表达方程式是不变的。

其他的对称同样能够应用到物理学中，即使它们比几何对称更抽象，或者涵盖了更大的理论范围。它们依靠的是“对称群”这样一个数学概念，对称群一词指的是这样一类变化（transformations）：当它作用在一个物体上，该物体能够不变样。当人们对系统执行任意一种对称群变化时，如果这个系统的内在定律是不变的，那么我们就可以说这种变化是一种特殊的物理现象，它遵守着某种对称，这种对称性与刚刚发生的对称群变化相关。

将对称这个概念朝更抽象的方向“延伸”之后，就表明我们能够从粒子间仅有的对称中推断出粒子间的相互作用结构。更确切地说，在鉴别出与电磁相互作用和弱相互作用分别相关联的对称群的同时，物理学家能够在同样的数学框架中用高明的方式来描述这些对称群。这使得物理学家能够随后将这些对称群“统一”，也就是说让它们的表达更接近同一个数学形式，这个数学形式用物理学家的话来说就是“规范场论”。随后，这一方法延伸到强相互作用，因为强相互作用也可能来自一个特殊的对称群。整体上来说，这一成功有着重要的影响：它使我们认识到我们不应该在理论中将各种力连同它们所作用的粒子一同引入，不如说是这些力导致了这些粒子所遵循的对称特性。

[1] 直译是“不是所有人都有幸用自己的语言说中文”。