4 探索引力与宇宙之谜

独创的引力理论

在狭义相对论发表以后,爱因斯坦科学研究的主流就在于探索更广泛的理论,这就是广义相对论。

爱因斯坦第一次考虑广义相对论是在 1907 年。这个思想是突然产生的。爱因斯坦建立狭义相对论以后,他对狭义相对论并不满意,因为这个理论只局限于彼此作相对运动的参考系,而不能用于参考系的一般运动。他力图突破这种限制,设法解决在一般情况中的相对论问题。1907 年约翰·斯塔克要爱因斯坦为《放射性年鉴》写一篇关于狭义相对论的专题论文。在写这篇文章时,他忽然想到,几乎所有自然规律都可以在狭义相对论的框架内加以讨论,而唯独引力定律不行。最令他不满意的是,虽然狭义相对论对惯性和能量之间的关系已经作了明确的阐述,但是对惯性和重量或引力场能量之间的关系并没有阐述清楚。他意识到这个问题不可能在狭义相对论的框架内得到解决。如何下手呢?

有一天,忽然有了突破。爱因斯坦在伯尔尼专利局,正坐在一把椅子上,突然一个想法打动了他:如果一个人自由下落,他就不会感觉到自己的重量。他吃了一惊。这个简单的思想实验对他有极深刻的影响, 它把爱因斯坦引向了引力理论。他坐在椅子上继续思考:一个下落的人被加速,那么他的感觉和判断就都发生在加速的参考系中。他决定把相对论扩展到有加速度的参考系。他感到,这样做就有可能同时解决引力问题。一个正在下落的人感觉不到自己的重量,因为可看作在他的加速度参考系中有一个新的引力场,它抵消了地球的引力场。在加速度的参考系中,看来需要一个新的引力场。

爱因斯坦作了进一步的思考,将思考的结果写入发表在德国《放射学和电子学年鉴》1907 年第 4 卷的《关于相对性原理和由此得出的结论》一文中。在该文的第五部分“相对性原理和引力”中,他一开始就提出一个问题:“是否可以设想,相对性原理对于相互作加速运动的参照系也仍然成立?”也就是说,应该成立一条“广义相对性原理”:即所有参考物体 K、K′等不论它们的运动状态如何,对于描述自然现象(表述普遍的自然规律)都是等效的。惯性参照系不应该是自然界中的一种具有特殊地位的参照系。

同时,在该部分,他明确地提出了“等效原理”:引力场同参照系的相当的加速度在物理学上完全等价。所谓等效原理,即认为从时空小范围来看,一个没有引力场的匀加速运动的坐标系同有引力场的惯性系是等价的。也就是说,可以在任何一个局部范围内找到一个坐标系,使引力在其中被消除。其合理性可以通过一个理想电梯实验来说明。比如, 一个人处于密闭的电梯内,在地球引力场内让电梯处于静止或匀速运动的状态,此时电梯是一个有引力场的惯性系,电梯内的人受到引力作用, 使他的脚同地板间产生的压力等于他的重量。另外再设想若不存在地球引力场,而使密闭的电梯以与重力加速度数值相等的加速度向上运动, 此时电梯是一个没有引力场的非惯性系,电梯里的人在惯性力的作用下使他的脚同地板间也产生一个压力,其数值显然也等于他的重量。处于

上述两种情况的人将无法区别电梯到底是处于加速运动状态还是处于引力场中。假使处于地球引力场中的电梯绳索断了,那么电梯将作自由落体运动,这时处于密闭电梯中的人将看不到任何引力存在的现象,即处于失重状态。这说明,可以通过选择某种坐标系,在局部范围内使引力完全消除。这个理想实验也说明,任何可以归属于加速参照系的效应都可被看作是一种引力效应。

由等效原理出发,爱因斯坦得出了三个结论:在重力势为Φ的场中,

Φ

时间延缓1 + c 2 倍;来自太阳表面的光的波长比地球上同类物质发出的光

的波长大约长两百万分之一(引力红移);光线经过引力场时,每厘米

光程方向的变化为 r

c2

sin*;* (ψ为引力方向与光线方向的夹角,r 为引力

引起的加速度)。

爱因斯坦在这篇文章中对广义相对论的思考还是初步的,一些细节仍有些含糊。等效原理只是帮助他讨论了引力对电磁场的个别效应。大约 3 年时间,爱因斯坦又醉心于新电子论的研究,想解决电子和电磁场的联接问题,但情况并不顺利,他于是又转向引力论。

1911 年 6 月,爱因斯坦在《关于引力对光传播的影响》一文中进一步阐明了光在引力场中弯曲的必然性。这可以通过下面的理想实验来说明(参见图 4)。

4 探索引力与宇宙之谜 - 图1

设有三个结构完全相同的密闭实验室:惯性实验室、加速实验室和引力实验室。假定在各实验室的同一部位有光线射入,先看惯性实验室, 根据狭义相对论,光在惯性系中是以不变的光速作直线运动,因此在这个实验室中的人看到的光线是平直的。再看加速实验室,由于实验室在向上加速,那么原来在惯性系中看来是平直的光线,在加速实验室中看来就要是弯曲的了。根据等效原理,加速实验室等价于引力实验室,因此,如果光线进入处于引力场中的实验室,其中的人也就应该很自然地看到光线的弯曲。爱因斯坦预言,光线经过太阳附近时要受到 0.83″的偏转,对木星来说,是这个值的 1/100,他迫切希望天文学家能作出检验。爱因斯坦在该文中还明确提出了惯性质量与引力质量等同,即惯性质量与引力质量具有同一性这个概念。这是等效原理的一个很自然的结论。

他想把这一概念安插到一个更为一般的结构中去,但没有完全取得成功。因为这时他还没有放弃牛顿的引力理论,只是在它上面添加了一些个别的新原理,拼凑起一个正确与错误的混合物,以致虽然很接近问题的答案,但毕竟还不是。尽管爱因斯坦的这篇论文还不成熟,但它却像黑色的夜空中划过的一道光亮,成为他最终通向广义相对论的桥梁。这篇文章是他在布拉格期间最重要的成就。

后来,爱因斯坦意识到,合理的引力理论只能希望从广义相对性原理来得到,即使一切坐标系,不管是惯性坐标系还是加速坐标系,都是平权的,客观真实的物理规律在任意坐标变换下形式不变(称为广义协变)。这样,他才接近了广义相对论的门槛。而要打开大门,他还缺乏必要的数学工具。在大学时,他一定程度上忽视了数学。要处理有关加速度参考系的问题,欧几里得几何学是不适用的,那末用什么样的几何呢?

1912 年他回到苏黎世,问题才解决,他的朋友、数学家格罗斯曼帮助了他。爱因斯坦在伯尔尼专利局工作时,难于看到数学论文,格罗斯曼就曾经帮助过他,向他提供过不少数学文献资料。这次,格罗斯曼与爱因斯坦多次长谈,并把爱因斯坦引进了数学方法的园地。他们在里奇和勒维·契维塔的绝对微积分以及黎曼几何中找到了合适的数学工具。就这样,爱因斯坦经过艰苦的摸索和无数的辛劳,终于在 1913 年和格罗斯曼完成了《广义相对论和引力理论纲要》的论文。其中物理部分由爱因斯坦执笔,数学部分由格罗斯曼执笔。广义相对论的大门终于打开了。在这篇论文中,爱因斯坦引入了更广泛的坐标系,使用了非线性坐标变换,推导出引力场中的质点运动方程。不过,他所得到的引力场方程和引力场存在时的电磁场运动方程还是不完整的。

1913 年秋,爱因斯坦从苏黎世前往维也纳出席自然科学家会议。他在这个会议上作了一个关于广义相对论的比较通俗的报告。尽管理论还未最终完成,但爱因斯坦等不及了。

1915 年,是爱因斯坦在探索广义相对论的道路上富有成果的一年。他先发表了一篇《用广义相对论解释水星近日点运动》的论文,不用任何特殊假设就成功解释了水星在近日点的运动:每 100 年大约转 43″。他还纠正了 1911 年计算光线经过太阳附近时弯曲的错误数值 0.83″,新结果比原先大 1 倍即 1.7″。这年 11 月,爱因斯坦终于完成了他的广义

相对论的集大成论文《广义相对论的基础》,该文发表于 1916 年的德国

《物理学杂志》上。在这篇论文中,他终于得到了正确的引力方程式。从此,他暂时结束了从 1907 年以来对广义相对论所进行的艰苦卓绝的探索。

根据广义相对论,现实的有物质存在的空间不是平直的欧几里得空间,而是弯曲的黎曼空间。空间弯曲的程度取决于物质的质量及其分布状况,空间曲率体现了引力场的强度,引力只不过是空间弯曲的效应, 它是一种假想的力。从广义相对论的观点看来,地球绕太阳运动是由于太阳的巨大质量使太阳周围的空间发生弯曲,使地球走着一条弯曲的轨道,并不是因为存在什么神秘的超距作用的引力。光线的弯曲即说明了空间的弯曲,因为光线就是空间的短程线。

生活在三维空间里,怎样理解空间的弯曲呢?爱因斯坦指出,可以

借助二维空间的类比来理解。一个生活在二维表面上的生物如何判断它所处的面是平坦的还是弯曲的呢?一个有效的方法就是在面上画三角形,如果它们画出的三角形三内角之和是 180°,那末它们所处的面就是平面,如果大于 180°,它们所处的面就是球面,如果小于 180°,则它们活动于其上的面就是马鞍形曲面。三维空间的判断是类似的,看其是否是欧几里得空间,一个可能的方法就是测定光线的运动。

广义相对论的验证

广义相对论的验证在当时有三个。一个是水星近日点的运动。1859 年,法国天文学家勒维烈发现水星近日点绕太阳运动的速度和牛顿力学估计的每百年差 43″。勒维烈曾把这一误差解释为存在一颗“火神星”, 由于“火神星”的影响造成的。许多天文学家试图发现这颗所谓的“火神星”,但都以失败而告终。43″的差异成了一个不解之谜。而广义相对论创立后,这个谜得到了合理的解释。根据广义相对论的计算,水星近日点本来就应当有 43″的运动,根本不存在什么火神星。

广义相对论的第二个验证是引力频移。由广义相对论固有时间与引力位势的关系可知,当光在引力场中传播时,它的频率会发生变化,从巨大质量的星球射到地球上的光线的光谱线将向红端移动(即引力红移),而从地球射到质量巨大的星球表面的光的光谱线则向紫端移动, 故统称为引力频移。1924 年,美国天文学家亚当斯通过对天狼星伴星的光谱线进行观测,证实了这一预言。

另一个是对广义相对论预见引力场将使光线发生弯曲的验证,这一验证带有戏剧性。爱因斯坦在 1911 年的论文中,对光线在引力场中的弯

曲作了明确的预言。 1914 年,德国天文学家组织了一支考察队前往俄国克里木半岛,想在日全食时进行观察,试图验证这一预言。不幸第一次世界大战爆发,考察队员全被俄国人当作战俘扣留,使验证未能实现。这一不幸对广义相对论倒成了一件幸运的事,因为当时爱因斯坦的预言有误,实际值会比他的计算值大 1 倍。 1915 年,爱因斯坦根据空间几何形变修正了 1911 年的计算,提出了 1.7″的预言数值。英国天文学家爱丁顿在 1916 年通过中立国荷兰天文学家的介绍。得到了《广义相对论基

础》的单行本,立即表现了极大的兴趣,并决定利用 1919 年 5 月 29 日将要发生的日全食来进行验证。在爱丁顿的推动下,1919 年大战一结束, 英国皇家天文学会就派了两支观测队分别由爱丁顿和克罗姆林率领,前往西非几内亚湾的普林西比岛和南美洲的索布腊尔进行观测。1919 年 11

月 6 日,英国皇家天文学会宣布了观察结果,两地所得的观测值分别是

1.61± 0.30″和 1.98 ±0.12″,在误差范围内都与爱因斯坦的预言符合。主持会议的皇家学会会长汤姆孙教授说:“这是自牛顿以来,万有引力论的一项最重要的成就”,“这不是发现一个孤岛,这是发现了新的科学思想的新大陆。”消息立刻传遍全球,一夜之间爱因斯坦成了世界名人。

爱因斯坦一直把广义相对论看作自己一生最重要的科学成就,他对自己的学生、波兰物理学家英费尔德说过:“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟了。但是我认为,广义相对论的

情况不是这样。”广义相对论是爱因斯坦独特思想的伟大创造。

有限无界的静态宇宙模型

爱因斯坦建立广义相对论后不久,就试图用广义相对论来考查宇宙空间问题。宇宙的奥秘太神奇了,这深深吸引着他。

宇宙是人类一个古老的话题。自从牛顿建立了完整的经典力学体系之后,在整个 18 世纪和 19 世纪前半期,占统治地位的是牛顿式的无限宇宙模型。它认为宇宙是无限的、永恒的,包含有无穷多的天体,大体上均匀地散布在无限的宇宙空间中。

对于这样一种宇宙模型,1820 年,德国天文学家奥伯斯提出一个发难,称为奥伯斯佯谬。他认为,按照牛顿式的无限宇宙模型,很容易推出地球上的夜空将无限明亮,因为地球表面可以接收到宇宙中无穷多恒星的无限大的辐射能,然而夜空是黑暗的,这是最最古老的天文观测事实,只要有视觉的人都能看到这个极其普通的天文现象。奥伯斯提出这一光度矛盾问题之后,不少人力图消除它,但一直未获得满意的答案。 1894 年,德国天文学家西利格尔又提出了一个引力佯谬的问题。这

个佯谬同光度佯谬有共同的本质,是经典的无限宇宙模型的直接结果。西利格尔指出,如果牛顿引力定律在这样一个无限的宇宙中起作用的话,那末在半径为 r 的巨大球形空间中恒星的数目将正比于r 3 ,因此, 对于这样一个球的表面上的任意一点,引力的强度将正比于 r。结果是, 球面上的引力场将随着 r 的增大而无限地增强。由于我们可以选任一点作为这球形空间的中心,因此,其结果必然是,在宇宙空间的每一点上, 引力势都是无限大,任何物质都受到无限大的力的作用,每一个宇宙空间中的物体都要获得无限大的加速度和速度。事实上,在天文观测中, 并没有发现这种情况。尽管有些天文学家提出了一些假设来试图消除西利格尔佯谬,但也未获得令人满意的答案。

爱因斯坦分析了无限宇宙模型的困难,根据广义相对论时空弯曲的概念,提出了自己的宇宙模型。他的论文出现在 1917 年的《普鲁士科学院会议报告》上,题目是《根据广义相对论对宇宙学所做的考查》。他在这篇论文中,为避免在空间无限处给广义相对论方程设立边界条件的困难,假设宇宙在空间上是有限无界的,提出了一个有限无界的静态宇宙模型。

关于“静态”,爱因斯坦假设了一个“宇宙学原理”。这条原理是说:宇宙间的物质均匀分布,无论从宇宙的那个位置和那个方向看,所看到的宇宙图像都是相同的。对于“有限无界”,爱因斯坦认为,根据广义相对论,物质在空间的分布,会使空间发生弯曲,这种弯曲会使宇宙空间形成一个封闭的非欧几里得球形空间,所以它是有限而无界的。关于这一点,我们可以设想一个球面,球的大小是有限的,然而在球面上爬行的小虫是永远找不到一条边界的。正如爱因斯坦以前取得的许多成就一样,他成功地以新的方式把一些特殊的概念联系起来,因此避免了牛顿式无限宇宙模型所遇到的困难。

在爱因斯坦提出他的宇宙模型之后 12 年,美国天文学家哈勃在观测中发现,所有的星系,彼此之间的距离都在不断地增大,宇宙不是静态

的,它在膨胀着。这无疑是对爱因斯坦有限无界静态宇宙模型的冲击, 在事实面前,爱因斯坦坦然地承认了自己的错误。在这之后,宇宙学理论有了飞速的发展。尽管爱因斯坦提出的宇宙模型有他的局限性,然而它却开拓出了一门新的科学——现代宇宙学。

荣获诺贝尔物理学奖金

1922 年 11 月 10 日,一封电报送到了爱因斯坦在柏林的住宅,电文如下:“您被授予诺贝尔物理学奖金,详请见信。奥里维留斯(签名)。” 也在这一天,瑞典皇家科学院秘书奥里维留斯教授写信给爱因斯坦:“我已经在电报中通知您,在昨天举行的会议上,皇家科学院决定授予您上年度的诺贝尔物理学奖,这是考虑到您在理论物理方面所做的工作,特别是您对光电效应定律的发现,但没有计及您的相对论和引力理论所具有的价值,尽管它们曾得到证实。”就在爱因斯坦获得 1921 年度奖金的同一天,1922 年度的奖金授予丹麦物理学家玻尔,这是由于他“在原子结构和原子辐射方面的贡献”。

早就准备给爱因斯坦颁诺贝尔奖金了,但是,诺贝尔奖金委员会犹豫不决。从 1910 年至 1920 年间,除了 1911 年和 1915 年之外,爱因斯坦都因创立相对论的贡献而被提名为诺贝尔物理学奖的获得者,但相对论遭到不少的反对意见,因而未通过。诺贝尔奖金委员会当时有一个传统,就是奖金要授予具体的发明,而且是没有争议的有实用价值的发明, 瑞典科学院和诺贝尔奖金委员会害怕因授奖相对论而引起纠纷。

后来,普朗克提议 1921 年度奖和 1922 年度奖分别授予爱因斯坦和

玻尔,奥森又对爱因斯坦 1905 年论光量子的文章和 1909 年对黑体辐射的能量涨落所做的工作做了极好的分析,诺贝尔奖金委员会重新提议爱因斯坦为获奖者,随之瑞典科学院投票通过。获奖的理由,措词是:“由于爱因斯坦发现光电效应定律以及他在理论物理学领域的其他工作,特授予奖金。”

布里尔奥因在 1921 年的提名信中写道:“如果爱因斯坦的名字不出现在诺贝尔荣誉获得者的名单中,设想一下,50 年后的公众舆论将会是怎样吧。”

爱因斯坦因光电效应方面的研究而获得诺贝尔物理学奖,这是当之无愧的。但是,没有因相对论而获奖,这是物理学史上一个永久的遗憾。按他的学生兰佐斯的说法,爱因斯坦一生理应获得 5 个诺贝尔奖,这指的是对布朗运动的研究,提出了光量子理论,创立狭义相对论,发现质能相当性和建立广义相对论。

爱因斯坦没有收到奥里维留斯通知他已荣获诺贝尔奖金的信,1922 年秋,爱因斯坦已带着他的第二个妻子艾尔沙乘日本轮船去东方了。日本方面寄来了一封封请帖,邀请他到日本去讲学。他们穿过地中海和印度洋,在科伦坡、新加坡、香港和上海作了短暂的停留,11 月底到达日本神户。所到之处,受到极热烈的欢迎,各阶层人民都把爱因斯坦的到来看作是非常愉快的事情。他是在路经上海,瑞典驻上海领事馆领事递给他获奖电报时,才知道获奖的。他只是哈哈一笑,并未显得过分激动。这就是爱因斯坦,名和利都不在乎,要紧的是他的科学,他的思想。

日本访问结束,回国途中,他访问了巴勒斯坦和西班牙,然后立即返回柏林。

玻尔于 1922 年 12 月 10 日在斯德哥尔摩领取了 1922 年度奖金,那时爱因斯坦还在访问途中。1923 年 6 月,爱因斯坦去瑞典参加诺贝尔奖金授奖仪式。在哥德堡,他在斯堪的纳维亚学者们的集会上发表了讲演, 瑞典国王也出席了这次会议。

1925 年以后,爱因斯坦有很长一段时间没有出远门旅行。后来曾到比利时、古巴和英国访问,也曾两度去过美国,美国给他留下了美好的印象。1933 年 1 月,德国纳粹上台,接着,迫害犹太人,他的著作被焚, 在德国的财产被没收。1933 年 9 月初,纳粹以 2 万马克悬赏杀死他。于

是,他于 9 月 9 日出走英国。10 月 7 日,爱因斯坦带着妻子和助手等从英国登上一艘去美国的轮船,永远离开了欧洲。后来一直定居于美国的普林斯顿,担任高等学术研究院的教授。

坚持走一条自己认准的路

当爱因斯坦在柏林寻找通向广义相对论之路的那段日子里,理论物理学中一场新的运动在哥本哈根开始了,它很快成了物理学界注意的中心。丹麦物理学家玻尔把量子概念应用于解释原子结构。1923 年,法国物理学家德布罗意提出物质波理论,把物质粒子波粒二象性的崭新概念引进了物理学。1925 年,奥地利物理学家泡利提出两个电子不能共处于同一量子状态上的不相容原理。德国物理学家海森堡的矩阵力学和奥地利物理学家薛定锷的波动力学也建立起来了。量子物理学进入了一个蓬勃发展的非常时期。

爱因斯坦在 20 年代也曾为量子理论的发展做过杰出的贡献,但他的主要精力没有放在这里,他在走着一条另外的自己认准的路。

量子力学创立不久,爱因斯坦就与几位主要的量子力学家产生了重要的意见分歧。爱因斯坦虽然对以玻尔和玻恩为代表的量子力学家的成就十分钦佩,但他又不满足于微观世界的这些规律仅仅具有或然性,不满足于他们对于量子力学的解释。他认为,量子统计力学并非什么新东西,只不过是人们长期以来还不能完整地描述事物而采用的权宜之计。他坚信,物理学应该对于客观的实在状况作出和观察者无关的描述。在物理学史上,他曾有过与玻尔为代表的哥本哈根学派之间的激烈争论, 这个争论维持了相当长的时间,甚至延续到他生命的结束。而量子力学的发展已是当时物理学界大势所趋的主流。爱因斯坦的科学思想和当时大多数物理学家的思想方法之间的距离越来越大了。他在后半生孤独一人埋头于统一场论的研究,似乎脱离了物理学发展的洪流。玻恩曾说: “这对爱因斯坦本人,对我们来说都是悲剧。因为他在孤独地探索他的道路,而我们却失去了领袖和旗手。”但爱因斯坦痴心不改,始终认为他对统一场论的探索是有意义的。

爱因斯坦对统一场论的探索是从 1923 年以后开始的。爱因斯坦一贯相信:世界是统一的,世界是合乎理性的,世界服从于存在的统一规律。在狭义相对论和广义相对论建立以后,已知的引力场和电磁场却没有统一起来,这种情况使爱因斯坦很不满意。他认为广义相对论还有缺陷,

它没有把电磁场包括在内,于是他力图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论,用以解释物质的基元结构。他把这看作是相对论发展的第三个阶段。

最早从事这方面工作的是魏耳和卡鲁查等人。他们由于广义相对论用黎曼几何描述引力场取得了巨大成功,便产生了用新的几何方法统一描述引力场和电磁场的想法。魏耳企图用修改黎曼几何的方法建立一个被称为“规范不变几何学”来统一描述引力场和电磁场,而进一步的研究表明,这种几何不能描述电磁场。卡鲁查则把黎曼几何由四维增加到五维,试图将引力场和电磁场统一起来,结果失败了。爱因斯坦最初是设法推广卡鲁查的工作,但没有取得成功。他还试图把场和物体联合成为一个具有场构造的统一体,然后用一种几何方法去描述这种场和实物的统一体,也没有取得实际成果。虽然他在 1929 年、1945 年和 1954 年曾取得一些进展,但都只停留在数学的表述形式上,没有得到有物理意义的结果。在逝世前夕他与他的学生柏格曼一起提出的不对称场论,是他最后一个统一场论模型。在这个模型中,他用度规张量来统一描写引力和电磁两种相互作用。度规张量由对称和不对称两部分组成,分别描述引力场和电磁场。但是这个方程无法求解。爱因斯坦最终未能实现自己的宏愿。

爱因斯坦 1955 年 3 月(即他逝世前一个月)为纪念母校苏黎世联邦工业大学成立 100 周年而写的回忆录《自述片断》中说:“自从引力理

论这项工作结束以来,到现在 40 年过去了,这些岁月我几乎全部用来为了从引力场理论推广到一个可以构成整个物理学基础的场论而绞尽脑汁。有许多人向着同一个目标而工作着,许多充满希望的推广我的主张后来一个个放弃了。但是最近 10 年终于找到一个在我看来是自然而又富有希望的理论。不过,我还是不能确信,我自己是否应当认为这个理论在物理学上是极有价值的,这是由于这个理论是以目前还不能克服的数学困难为基础的,而这种困难凡是应用任何非线性场论都会出现。此外, 看来完全值得怀疑的是,一种场论是否能够解释物质的原子结构和辐射以及量子现象。大多数物理学家都是不假思索地用一个有把握的‘否’ 字来回答,因为他们相信,量子问题在原则上要用另一类方法来解决。问题究竟怎样,我们想起莱辛的鼓舞人心的话:‘为寻求真理的努力所付出的代价,总是比不担风险地占有它要高昂得多’。”

爱因斯坦曾就统一场论,在给老朋友索洛文的信中说过:“我完成不了这项工作了;它将被遗忘,但是将来会被重新发现。”

事实上,物理学家们并没有忘却。1954 年,美籍物理学家杨振宁和米尔斯提出了普遍规范场论,为统一场论的研究开辟了一条正确的途径,即沿着规范场论的途径。1967 年,温伯格和萨拉姆在格拉肖工作的基础上各自独立地提出了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论。格拉肖和乔奇等人又通过选择一种新的规范场,建立了弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用的大统一理论。大统一理论给出的一些重要结果, 解释了宇宙学和基本粒子物理学中的许多问题,并作了科学的预言,有些预言已得到实验证据。

物理学正朝着大统一的方向前进。也许有一天,人们会重新认识 20 世纪的科学伟人——爱因斯坦。