2　寻求统一

历史上，科学的发展是不连贯的。例如，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的伟大贡献是用他的引力理论计算行星的运动。与沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）和欧文·薛定谔（Erwin Schrodinger）的工作有很大不同，他们用量子力学揭示原子的工作原理。此外，量子力学所需的数学和原理似乎完全不同于描述空间扭曲、黑洞和大爆炸的爱因斯坦的广义相对论。

然而，随着统一场论的发展，是时候组装这些分离的零件并整体查看了，而不仅是追求部分的总和。虽然寻求统一是最近得出的，但大多数开创性工作都始于过去20年里的工作。事后看来，用连贯的统一的概念重新分析科学上的伟大发现将成为可能。

由于统一场论产生的动力科学史正在慢慢重写——包括艾萨克·牛顿实际上发明物理学和他发现万有引力定律，几千年人类历史发展中的最重要的科学发展将变得更易解释。

天和地的统一

牛顿生活在17世纪末，当时的教会和学者相信两种截然不同的法律。管理天堂的法律是完美和谐的，而地球上的凡人却生活在粗糙和粗俗的物理定律之下。

任何坚持认为月球是非完美的、抛光的球体，或者认为地球围绕太阳旋转的人都可以被教会处死。乔治·布鲁诺（Giordano Bruno）在1600年被绑在火刑柱上烧死，只因他推测太阳只是另一颗恒星。他的结论是，“有无数个太阳，还有无限多的地球围绕这些太阳旋转……”几十年后，伟大的天文学家和物理学家伽利略·加利利不得不在死亡的痛苦中放弃自己的地球围绕太阳转动的异端言论。（即使在审判中，他被迫否定自己的科学发现，他仍低声嘀咕道：“但是，地球确实在转动！”）

所有这一切从艾萨克·牛顿开始改变，那时，他是剑桥大学一个23岁的学生。可怕的黑死病席卷了那片土地，欧洲的多数大学和其他机构关闭，他被送回家。牛顿有了很多的时间，他观察物体落到地上的运动，一瞬间，他构思了控制所有下落物体运动路径的著名理论。

牛顿是通过自问革命性的问题得出自己理论的——月亮是否也会下落？

根据教堂的说法，月亮留在天上是因为它遵守地球法律无法达到的天上法律——地球的法律是强迫物体落地，天上法律则不是。牛顿的革命性观测是——将万有引力定律扩展到天堂本身。这个异端想法的直接结论是——月球是地球的一个卫星，不是想象中的天球的运动必须保持在天空中，而是受到了引力理论的控制。

牛顿想，也许月亮是不断下落的，与石块落到地球上受着相同的定律支配，只是因为地球的下降曲率抵消了月亮的下降运动，所以月亮不会撞向地球。在他的代表作《原理》中，牛顿写下了控制卫星绕地球运行和地球与行星围绕太阳运行的定律。

牛顿画了一幅简单的图画，解释了下落的月球是地球的一个卫星的想法。想象一下，站在高高的山顶并投掷一块石头，石头最终必定会落到地上。你扔出石头的速度越快，石头落地前飞行的距离就越远。事实上，牛顿认为，如果石头被扔得足够快，它会绕地球旋转一圈后击中你的背部。就像环绕地球的岩石一样，月球只是一颗不断下落的卫星。

这幅由牛顿构思的精美图片超前了发射人造卫星3个世纪。今天，惊人的成就——太空探测器降落在火星以及飞行超越天王星和海王星——必须归功于牛顿在17世纪后期写下的定律。

在一系列迅速且深入的研究中，牛顿发现自己的方程原则上允许他粗略估算地球到月球的距离以及地球到太阳的距离。当教会仍在教导地球静止在天上时，艾萨克·牛顿计算了太阳系的基本尺寸。

回想起来，我们可以认为牛顿发现的引力定律是科学史上的第一个“统一”——统一了天与地的法则。在地球上任何两个物体之间起作用的重力，也将人类的命运与星星联系起来。在牛顿的发现之后，整个太阳系的运动几乎能得到完全准确的计算。

此外，牛顿认为，地球上的岩石能绕地球运行而不需要天体，他能用图形的方式说明自己理论的基本原则。有趣的是，所有的科学领域的重大突破，尤其是显示力统一的突破，都能用图形的方式显示。尽管数学或许晦涩难懂且单调乏味，但统一的本质总能非常简单地用图形的方式表示。

麦克斯韦的发现

牛顿之后，我们对统一的理解的下一次重大飞跃是电和磁的统一，这发生在200年后的19世纪中期，美国内战时期。在那场毁灭性的战争中，美国陷入了混乱，大西洋两岸的科学世界也处于一个非常动荡的时期。欧洲正进行的实验表明了一个明白无误的事实，在某些情况下，磁性可以变成一种电场，反之亦然。

几个世纪以来，人们一直认为，磁力是控制海上领航员指南针的力，电力是产生闪电和走过地毯后触摸门把手时的触电的力，磁力和电力是完全不同的两种力。然而，到了19世纪中期，这种僵硬的分离分崩离析。科学家渐渐意识到，振动电场可以产生磁性，反之亦然。

这种效果很容易被证明。例如，简单地将条形磁铁推入线圈，线圈里会产生一个小的电流——变化的磁场产生了电场。同样，我们可以将这种局面反转，使电流流过该线圈从而在线圈周围产生磁场——变化的电场产生了磁场。

改变电场可以产生磁场和改变磁场可以产生电场的同一原理是使我们家庭有电的原因。在水力发电厂，水从大坝上落下至旋转连接到涡轮上的大轮。涡轮机里的大线圈在磁场中快速旋转，线圈在磁场中旋转运动时产生了电流。此后，这些电流通过几百英里长的电线进入了我们的家庭。因此，由大坝产生的变化的磁场被转换成电场，通过墙壁插座给家庭供电。

然而，在1860年，人们对这种效应还不能很好地理解。一个无人知晓的剑桥大学30岁的苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）挑战了当时的主流思想，声称电和磁不是截然不同的力，而是同一枚硬币的不同的两面。事实上，他做出了那个世纪最惊人的发现，他发现这个观察能解开最神秘现象的秘密——光本身的秘密。

麦克斯韦知道，电场和磁场可以被可视化为渗透所有空间的“力场”。这些力场可以用从电荷发出的平滑的无限排列的“箭头”表示。例如，条形磁铁产生的力场像蜘蛛网一样伸入太空，并能诱捕附近的金属物体。

然而，麦克斯韦更进了一步。他认为，电场和磁场可以一起精确同步地振动，产生波，能在没有任何帮助的情况下独自旅行于太空。

人们可以想象以下场景：如果振动磁场产生一个电场，电场又振动产生另一个磁场，磁场振动再产生另一个电场，会发生什么？这样一个无限系列的振动电场和磁场本身运动，不是很像一个波浪吗？

如同牛顿引力定律，这个想法的实质简单且形象。例如，假设有一长串多米诺骨牌，打翻第一张多米诺骨牌会引发多米诺骨牌落下的浪潮。如果，这一行多米诺骨牌由两种类型组成，黑色和白色，带颜色的多米诺骨牌沿着这条线交替出现。此时，我们去掉黑色多米诺骨牌，只留下白色的，这个波将不能实现旅行。事实上，我们既需要白色多米诺骨牌，也需要黑色多米诺骨牌——白色和黑色多米诺骨牌相互作用，每一张都在翻转下一张，使多米诺骨牌落下的浪潮成为可能。

类似地，麦克斯韦发现，振动磁场和电场的相互作用产生了波浪。他发现，只靠电场或磁场的其中之一无法产生这种像波浪一样的运动，类似于仅有黑色或白色多米诺骨牌的情况。只有电场和磁场之间微妙的相互作用才能产生这个波。

然而，对大多数物理学家来说，这个想法似乎是荒谬的，因为没有“以太”帮助这些波传导。这些磁场是“脱离实体”的，没有传导介质，它们无法移动。

然而，麦克斯韦并不气馁。他用自己的方程计算，他推导出了这个波的速度。令他吃惊的是，他发现这就是光速。不可避免的结论是，光被揭示出，只有一连串的电场变成了磁场。偶然地，麦克斯韦发现，他的方程解开了光作为电磁波的性质。因此，他是第一个发现了一个真正统一场论的人。

这是个了不起的发现，在重要性上可与牛顿对万有引力定律的发现并列。1889年，麦克斯韦死后10年，海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）通过实验证实了麦克斯韦的理论。在一次戏剧性的演示中，赫兹制造了一个电火花，并能产生一个在很远距离上可被探测的电磁波。正如麦克斯韦的预言，赫兹证明了这些自己传播的波，不需要“以太”。最终，赫兹的粗略实验发展为了我们今天称之为“无线电”的庞大产业。

由于麦克斯韦的开创性工作，从那时起，光被称为电磁力，是由电场和磁场迅速相互转换的振动产生。雷达、紫外线、红外线、无线电、微波、电视和X射线无非是电磁波采取的不同形式。（例如，当你收听自己喜欢的电台时，表盘上的指针指示99.5，表示无线电波包含的电场和磁场正以每秒9950万次的速度相互转化。）

不幸的是，麦克斯韦在提出这个理论后不久就去世了，他没能活到足够长的时间去深度探究自己创作的独特处。然而，敏锐的物理学家在19世纪60年代就注意到了麦克斯韦方程必然需要奇异的距离和时间的扭曲。他的方程式与牛顿的理论因描述空间和时间的方式不同而完全不同。对牛顿来说，时间脉冲在整个宇宙中均匀跳动，地球上的时钟和月亮上的时钟以同样的速度跳动。麦克斯韦方程预测，在某些情况下，时钟可能会变慢。

科学家们没有意识到，麦克斯韦的理论预测了放置在移动火箭船上的时钟应该比放置在地球上的时钟慢。起初，这听起来非常荒谬。毕竟，时间流逝的一致性是牛顿系统的基础之一。但是，麦克斯韦方程需要这种奇怪的时间扭曲。

半个世纪以来，科学家们忽略了麦克斯韦方程的这个奇怪的预测。直至1905年，一个物理学家终于明白且接受了麦克斯韦理论的这种深刻的时空扭曲。这个物理学家就是阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein），他创造的狭义相对论改变了人类历史的进程。

失业的革命者

爱因斯坦在他的一生中提出了许多革命性的想法，改变了我们看待宇宙的方式。我们总结一下，可将他的理论分成三大类：狭义相对论、广义相对论和统一场论（未完成的最伟大的科学）。

1905年，26岁，他提出了自己的第一个伟大理论——狭义相对论。对那些对科学界产生如此大的影响的人来说，他的出身是卑微的。

1900年，这位未来世界著名的物理学家发现自己没有工作，运气非常糟糕。当更知名的物理学家在著名大学讲课时，爱因斯坦申请担任教学职位遭到了各个大学的拒绝。他刚完成了自己在苏黎世理工学院的学业，靠兼职辅导挣扎着生存。他的父亲担心儿子的抑郁，写道：“我的儿子为目前的失业状况而沮丧。他越来越觉得自己的事业偏离了轨道……他认为自己是这个社会的负担，产生了很大压力。”

1902年，在一个朋友的推荐下，他获得了瑞士伯尔尼专利局的一份卑微的工作，以支持自己妻子和孩子的家庭生活。尽管爱因斯坦资质过高，才能明显高于这份工作的要求，但事后看来，这似乎是上天最好的安排。

首先，专利局是一个安静的避难所，给了爱因斯坦太多时间思考，以研究自己的时间和空间理论。其次，专利局的工作要求他在发明者的通常措辞模糊的建议中提出关键想法。这教会了他如同之前的牛顿和麦克斯韦一样，如何从实物图片的角度思考，准确无误地瞄准使理论发挥作用的基本思想。

在专利局，爱因斯坦回到了一个在孩童时就困扰自己的问题：如果自己能以光速在一束光线的旁边奔跑，这束光线看上去会是什么样子？他猜测，光波会在时间上冻结，这样，人们就能实际上看到电场和磁场的驻波。

但当爱因斯坦在理工学院学习麦克斯韦方程时，他惊讶地发现，这些方程不接受驻波解。事实上，麦克斯韦方程预测光必须以相同的速度传播，不管你如何努力追赶它。即使一个人以巨大的速度前行，光束仍将以同样的速度领先于他——光波永远不会在静止时被看见。

起初，这似乎非常简单。根据麦克斯韦方程式，地球上的科学家和在火箭中超速行驶的科学家测量的光束的速度是相同的。也许，麦克斯韦本人在19世纪60年代写这个方程时就意识到了这点。然而，只有爱因斯坦明白这个事实的特殊重要性，因为他意识到这意味着我们必须改变我们的时空观念。在1905年，爱因斯坦终于解决了麦克斯韦光理论的难题。在这个过程中，他颠覆了过去的历经几千年的时空观念。

为了便于论证，假设光速为每小时101英里，每小时行驶100英里的火车与光束并排移动。事实上，在这列火车上的科学家应能测量出光速为每小时1英里（每小时101英里减去每小时100英里）。如此，科学家应能从容地仔细研究光的内部结构。

然而，根据麦克斯韦方程，以每小时100英里的速度前行的科学家测量的光速为每小时101英里，而不是每小时1英里。这怎么可能？这列火车上的科学家怎么会愚蠢地认为，光束能达到这样的速度？

爱因斯坦对这个问题给出的解决方案是古怪的，但却是正确的：他假设火车上的时钟比地面上的时钟更慢，且火车上的任何测量尺的长度都缩小了。

这意味着，这列火车上的科学家的大脑相对于地面上的科学家的大脑会变慢。从地面上某人的角度看，这列火车上的科学家测量的光束速度应该为每小时1英里，但实际上，火车上的科学家测量的光束速度为每小时101英里。因为，火车上的科学家的大脑和此列车里的一切都慢了下来。

相对论的结果——超速的物体时间必须放慢，距离必须缩短——似乎违反了常识，这是因为我们通常处理的都是远低于光速的情况。人每小时可以行走大约5英里——比光速慢得多。所以，人们出于各种目的，根据直觉会认为光速是无限的。光，可以在1秒时间内绕地球7次，从我们的观点来看，几乎可算为瞬间移动。

现在，想象一个光速只有每小时5英里的世界，相当于普通婴儿车的速度。如果光速为每小时5英里，那么，时间和空间经历了巨大扭曲将成为“常识”。例如，汽车每小时行驶不能超过5英里，而那些速度接近每小时5英里的人将会变平，像煎饼一样。（奇怪的是，这些缩小的汽车对于观察者来说不仅看起来变平了，还是旋转的。）此外，在这些汽车里变平的人看上去几乎静止（一动不动），时间似乎也冻结了（因为随着汽车的加速，时间会变慢）。当这些变平的汽车在红绿灯处减速时，会逐渐缩小长度，直到达到原来的尺寸，车内的时间将恢复正常。

当爱因斯坦1905年的革命性的论文发表时，该论文在很大程度上遭到了忽视。事实上，他提交这份文件是为了获得一份伯尔尼大学的教学职位，但论文遭到了拒绝。古典牛顿物理学家接受的是绝对空间和绝对时间的概念，爱因斯坦的建议也许是麦克斯韦方程悖论的最极端解。（仅几年后，当实验证据指出爱因斯坦理论的正确性时，科学界认识到这篇论文包含了天才的想法。）

几十年后，爱因斯坦坦言麦克斯韦对狭义相对论发展的重要性，他直截了当地说，“狭义相对论起源于麦克斯韦的电磁场方程。”

事后看来，我们意识到爱因斯坦能比其他人更深入接受麦克斯韦的理论，是因为他掌握了统一的原则，理解了潜在的链接看似不同对象的统一对称性。（对物理学家来说，对称性有确切的含义——如有一个方程，当你移动或转动它的分量时保持不变，它就有对称性。对称性是物理学家构建统一场论的最有力工具。更多详细信息，参见第7章。）例如，空间和时间（以及物质和能量）。就像牛顿发现地球物理和天体物理可通过万有引力定律统一，或麦克斯韦发现电和磁的统一一样，爱因斯坦统一了空间和时间。

这个理论证明了空间和时间是科学家称之为“时-空”的同一个实体的不同表现。事实上，这个理论不仅统一了空间和时间，它还统一了物质和能量。

乍看之下，在表面上，似乎没有什么东西的差别会比一个丑陋的岩石和灿烂的光芒的差别大。然而，表观具有欺骗性。爱因斯坦首先指出，在某些情况下，即使一块岩石（铀）也能变成一束光（核爆炸）。物质转化为能量的过程，通过原子分裂以实现，原子分裂将释放出储存在原子核内的巨大的能量。在爱因斯坦的意识中，相对论的本质在于物质可以变成能量，反之亦然。

空间扭曲

尽管爱因斯坦的狭义相对论在被提出后的几年内就得到了广泛的认可，但爱因斯坦并不满意这个理论。他认为，这仍然不完整，这个理论忽略了对任何重力的提及，牛顿的引力理论似乎违背了狭义相对论的基本原则。

想象一下，太阳如果突然消失会发生什么？地球甩出公转轨道需要多少时间？根据牛顿的理论，如果太阳消失，地球会立刻飞入太空深处，离开太阳系。

对爱因斯坦来说，这个结论不可接受。任何东西，包括重力，不可能快于光速。地球需要8分钟（太阳发出的光到达地球所需的时间）才能脱离轨道。这显然需要一个新的引力理论。牛顿的引力理论一定是错误的，因为它并未提到光速这个宇宙中的终极速度。

爱因斯坦在1915年提出的解决这个难题的方法是广义相对论，将引力解释为时空和物质能量的结合。虽然这个方程的数学很复杂，但这个理论可由简单的物理图像作概括。

想象一下，一个蹦床网，中间放着一个保龄球。自然地，球的重量会使蹦床网下沉。现在，考虑一个沿着弧形网表面运动的小弹球。这个小弹球不会沿着直线运动，而是在保龄球引起的凹陷周围的环形轨道上行进。

根据牛顿的说法，人们可以想象一种无形的“力”作用在保龄球和小弹球之间。然而，根据爱因斯坦的说法，更简单的解释是保龄球引起的网表面的扭曲使小弹球在圆周上运动。

现在让我们想象，这个球实际上是我们的太阳，小弹球是地球，蹦床网是空间-时间。我们忽然认识到，“重力”根本不是力，而是质量-能量（太阳）存在所引起的时空弯曲。

如果保龄球突然从蹦床网上被移走，那么，由它的移除引起的振动必然会像波浪一样沿着网的表面传播。几分之一秒之后，这个波会撞击小弹球，小弹球的路线必然发生改变。显然，这就是太阳突然消失会发生什么这个问题的解。万有引力的波以光的速度传播，在太阳消失后的8分钟到达地球。重力理论和相对论兼容了。

许多物理学家怀着怀疑的心理再次欢迎爱因斯坦的重力新理论。物理学家被爱因斯坦所说的我们生活在四维时空连续体搞晕了，现在又面临着一个更不可思议的理论——这个连续体由于物质-能量的存在而扭曲。

1919年5月29日，爱因斯坦的广义相对论在巴西和非洲的一次日全食中进行了戏剧性的测试。爱因斯坦的理论预测光束的路径（像物质一样）——当它经过太阳时会弯曲（见下图）。这意味着太阳那样巨大的物质-能量可能会扭曲时空。此星光围绕太阳的偏转是对这些想法一个戏剧性的验证。

星光路径的这种扭曲是通过日食期间比较做出的，当星星变得可见时，测量夜晚的星星位置和白天的星星位置。当科学家测量太阳的存在确实产生了星光弯曲并验证了广义相对论时，世界为之轰动。

爱因斯坦是如此确信这个物理图像和方程的正确性，以至他对日食实验的结果丝毫不感到惊讶。那年，一名学生问爱因斯坦，如果实验失败，他会有什么反应。“我会为亲爱的上帝感到遗憾，”爱因斯坦回答，“但我的理论绝对正确。”

（事实上，爱因斯坦的理论建立在严格的物理原则基础上，且有如此美丽的对称，以至于他在获得诺贝尔奖之前深信自己向前妻做出的承诺，相信她一定能得到离婚协议中自己承诺的诺贝尔奖份额。然而，当1921年爱因斯坦最终获得诺贝尔物理学奖时，诺贝尔委员会在相对论这个问题上的意见不一，尽管有大量数据支持相对论，但爱因斯坦却因其关于光电效应的理论获奖。）

今天，重力导致的光线偏移可在实验室测量，而无需将光束越过太阳。在1959年和1965年，哈佛大学教授罗伯特·庞德和他的同事们表明，当伽马射线（一种形式的电磁辐射）从一个大楼顶部到底部传送74英尺的距离，重力会使它们的波长改变一个极小的但仍能测到的量——一百万亿分之一。这也是爱因斯坦预测的数量。

尽管多年来人们将爱因斯坦的理论成就归因于他的“天才”，事后看来，我们可以在一致性的背景下考虑广义相对论。爱因斯坦的策略类似于牛顿和麦克斯韦，即发现潜在物理原理能将两个不同概念结合在一个宇宙统一体中。

从革命到遗物

爱因斯坦受到他早期时空理论和引力理论成功的鼓舞，开始寻找更大的猎物——统一场理论，试图将重力几何理论与麦克斯韦的光理论结合起来。

讽刺的是，尽管全世界都知道阿尔伯特·爱因斯坦与艾萨克·牛顿同样伟大（因为他敢洞察宇宙的秘密），但许多人却不知道爱因斯坦花了自己生命的最后30年，孤独、沮丧，徒劳地探索统一场论。20世纪40—50年代，许多物理学家声称，爱因斯坦已经落伍了。他们说他孤立、与世隔绝，对原子物理学（即量子理论）的新发展一无所知。一些人甚至在他背后嘲笑他衰老了，是一个追逐荒谬的疯子。甚至，与爱因斯坦工作过的高级研究所的所长J.罗伯特·奥本海默（J.Robert Oppenheimer）也在许多场合对自己的同事说，“爱因斯坦的探索是徒劳。”

爱因斯坦自己也承认，“我通常被认为是一种石化的物体，多年来变得又瞎又聋。”在他生命的最后几年，他几乎与自己的同伴完全隔离，因为他被统一场论吸收，而不是原子物理学和量子理论的新发展。“我看起来像一只鸵鸟，”他在1954年说，“我永远把头埋在相对论的沙子里，拒绝面对那邪恶的量子。”

事实上，爱因斯坦对他的几个同事有些失望，他认为这些人目光短浅，心胸狭窄，他写道，“我对那些拿着一块木头，寻找它最薄的部分，在那些最容易钻孔的地方钻很多洞的科学家没什么耐心。”他曾对自己的秘书说，“100年后的物理学家（非当代物理学家）一定会欣赏他的劳作。”偶尔的孤独不会导致他烦恼——“我这种类型的人的本质，”爱因斯坦曾说，“在于思考什么和怎样思考，而不是做什么或遭受什么。”

当时的科学界不是试图将光与重力结合起来（大多数物理学家认为这还为时过早，甚至不可能），而是被吸引到了一个全新的方向：原子和核物理的诞生。

历史上，从来没有一个新的科学分支预示过如此重大的事件：原子弹爆炸。突然间，一些物理学家用铅笔和纸做的无人知晓的工作开始改变人类的进程。他们的神秘方程——只有少数在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯实验室类似地方工作的人能理解的方程，突然变成了世界历史上举足轻重的力量。

20世纪30—50年代，物理学中的主要活动不是相对论或统一场论，而是量子理论的发展。爱因斯坦的大多数同事，例如哥本哈根的尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）和哥廷根的沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）都忙于构建描述原子和核现象的数学语言：量子力学。那个时代，爱因斯坦几乎是独自一人追求着光与重力的统一。

有人认为，爱因斯坦一生犯了一个最大的错误，拒绝量子力学。然而，这是不了解爱因斯坦科学思想的科学历史学家和记者所特有的错误。其原因是，这些历史学家中的大部分人不懂用于描述统一场论的数学。

50年前发表的爱因斯坦作品的一份仔细的科学读物并未显示他的过时，而是揭示了他的方法的现代化。这些文件清楚地表明爱因斯坦最终接受了量子力学的有效性。然而，他个人认为，量子力学是一门不完全的理论，如同牛顿引力理论那样为真，只是不完整。

爱因斯坦相信量子力学虽然很成功，但绝非最终的理论。他后来的科学工作在很大程度上遭到了非科学家和历史学家的忽视。这些工作表明，他相信统一场论存在一个副产品，可完美解释量子力学的特征。爱因斯坦认为，亚原子粒子和原子只会作为他的重力和光的几何理论出现。

遗憾的是，爱因斯坦在追求这一概念，即自然界中的各种力最终必然通过某些物理原理或对称性联系在一起的过程中去世了。甚至，在他去世40年后，大部分他的传记作者仍然跳过了他最后几年的物理学研究，忽略了他寻找统一场论时走进过的死胡同，而是集中着墨于他对核裁军的热心。

爱因斯坦的错误

虽然物理学家不能完全理解将四种基本力结合成一种理论所需的必要细节，但他们却明确地知道爱因斯坦构建统一场论一定会遇到的麻烦。

爱因斯坦曾说，在他的相对论中，放置在宇宙中的不同地方的时钟以不同的速率跳动，但现实生活里的他买不起家里的时钟。爱因斯坦用这种方式揭示了自己获得伟大发现的方法——用物理图像思考。数学，无论多么抽象或复杂，总是后来出现的，它只是作为一种工具将这些物理图像翻译成精确的语言。爱因斯坦构思的图像是如此的简单和优雅，以至于它们可以被公众理解。数学可能是模糊且复杂的，但物理图像总是简单美丽。

爱因斯坦的一位传记作者指出，“爱因斯坦总是从最简单的可能的想法开始，然后，他会将它放在适当的背景下描述。这个直观的方法就像画一幅画一样，一种经验教会了我知识和理解的区别。”

由于爱因斯坦具有敏锐的洞察力，他能比其他人看得更远。正是爱因斯坦伟大的绘画洞察力使他提出了相对论。30年来，在物理学中，他一直是巨人，因为他的物理图像和构思能力始终正确无误。然而，讽刺的是，在过去的30年里，爱因斯坦没能创造出统一场论，因为他放弃了这种概念性的方法转而求助于没有任何清晰视觉图像的模糊数学。

当然，爱因斯坦意识到自己缺乏指导性的物理原理。他曾经写道，“我相信，为了取得真正的进展必须再次从自然中寻找某些一般性的原理。”然而，不管他多么努力，都无法思考出一个新的物理原理，所以他逐渐变得痴迷于纯数学方向，如“扭曲”几何形状是缺乏物理内容的奇异数学结构。最终，他未能创造统一场论这个他研究的中心，因为他偏离了自己的原始路径。

回顾过去，我们看到超弦理论可能是爱因斯坦多年来一直回避的物理框架。超弦理论非常图像化，包含了无穷多个粒子作为振动弦的模式。如果这个理论兑现了它的承诺，我们会再次看到，最深刻的物理理论可以用一个令人惊讶的简单的图像化的方式来描述。

爱因斯坦追求统一是正确的。他相信一个潜在的对称性是所有的力统一的根源。然而，他使用了错误的策略，试图联合引力和电磁力（光），而不是联合核力。爱因斯坦试图联合这两种力是自然的，因为这是他有生之年的重点研究对象。他有意识地选择忽略核力，这也许可以理解，因为在那时它是最神秘的。同时，他更不喜欢描述核力的理论——量子力学。

相对论揭示了能量、重力和时空的秘密；而主宰20世纪的另一理论是量子力学，是一门物质理论。简单来说，量子力学通过联合波和粒子的双重概念成功地描述了原子物理学。但爱因斯坦并未意识到统一场论的关键在于相对论和量子力学的结合。

爱因斯坦是理解力的大师，但他对物质的理解薄弱，特别是对核物质理解薄弱。接下来，我们谈谈这个问题。 ZlvyI8trqwh2yze9JCrCIM7qEDScZxmSOM9iocb8hek3EBZicpiY7DxvK4NuvUoa