理论物理已经完备了吗？（6）

夸克之间的强相互作用由称作胶子的自旋为1粒子携带。胶子和携带弱相互作用的粒子相当相像。胶子也携带色，人们假定。和夸克服从称作量子色动力学（简称为QCD可重正化理论。重正化步骤的一个结论是该理论的有效耦合常数依所测量的能量而定，而且在非常高的能量下减少到零。这种现象被称作渐近自由。这标明强子中的夸克在高能碰撞时的行为几乎和自由粒子相似，这样它微扰可以用微扰理论胜利地处理。微扰理论的预言在相当定性的水平上和观测一致，但是人们仍然不能宣称这个理论已被实验验证。有效耦合常数在低能下变成非常大；这时微扰理论失效。人们希望这种“红外束缚”能够解释为何夸克总被禁闭于无色的束缚态中，但是迄今为止没有人能真正信服地展现这一点。分别得到强相互作用和弱电相互作用的可重正化理论之后，人们很自然要去寻求把两者结合起来的理论。这类理论被相当夸张地命名为“大统一理论”或简称为 GUT因为它既非那么伟大，也没有完全统一，还由于它具有一些诸如耦合常数和质量等等不确定的重正化参数，因此也不是完整的所以这种命名是相当误导的尽管如此，也许是朝着完整统一理论的有意义的一步。基本思想是虽然强相互作用的有效耦合常数在低能量下很大，但是由于渐近自由，高能量下逐渐减小。另一方面，虽然萨拉姆—温伯格理论的有效耦合常数在低能量下很小，但是由于该理论不是渐近自由的高能量下逐渐增大。如果人们把在低能量下的耦台常数的增加率和减少率向高能量方向延伸的话，就会发现这两个耦合常数在大约1015吉电子伏能量左右变成相等。一吉电子伏即是十亿电子伏。这大约是一颗氢原子完全转变成能量时所释放出的能量。作为比拟，像燃烧这样的化学反应中释放出的能量只具有每原子一电子伏的数量级。大统一理论提出，比这个更高的能量下，强相互作用就和弱电相互作用相统下，但是更低的能量下存在自发对称破缺。1015吉电子伏能量远远逾越目前的任何实验装置的范围。当代的粒子加速器能产生大约10吉电子伏的质心能量，而下一代会产生100吉电子伏左右。这对于研究根据萨拉姆—温伯格理论电磁力应和弱力统一的能量范围将是足够的但是还远远低于实现弱电相互作用和强相互作用被预言的统一的能量。尽管如此，实验室中仍能检验大统一理论的一些低能下的预言。例如，理论预言质子不应是完全稳定的必需以大约1031年的寿命衰减。现在这个寿命的实验的低限为1030年，fundearn这应该可以得到改善。另一个可观测的预言是宇宙中的重子光子比率。物理定律似乎对粒子和反粒子一视同仁。更准确地讲，如果粒子用反粒子来替换，右手用左手来替换，以及所有粒子的速度都反向，则物理定律不变。这被称作CPT定理，并且它任何合理的理论中都应该成立的基本假设的一个推论。然而地球，其实整个太阳系都是由质子和中子构成，而没有任何反质子或者反中子。确，这种粒子和反粒子间的不平衡正是存在另一个先决条件。因为如果太阳系由等量的粒子和反粒子所构成，会相互湮灭殆尽，而只遗留下辐射。可以从从未观测到这种湮灭辐射的证据得出结论，星系完全是由粒子而不是由反粒子组成的没有其他星系的直接证据，但是似乎很可能是由粒子构成的而且在整个宇宙中存在粒子比反粒子的大约每108个光子一颗粒子的过量。人们可以采用人择原理对此进行解释，但是大统一理论实际上提供了一种可能的机制来解释这个不平衡。虽然所有相互作用似乎都在C粒子用反粒子来取代）P右手改变成左手）以及T时间方向的反演）联合作用下不变，人们已经知道，有些作用在T单独作用下不是不变。早期宇宙，膨胀给出非常明显的时间箭头。这些相互作用发生的粒子就会比反粒子多。然而它发生的数量太过依赖于模型，使得和观测的相符根本不能当作大统一理论的证实。