物理學(xué)家總是趨向于用盡可能少的基本假設(shè)出發(fā)，得到盡可能多的結(jié)論。物理教科書(shū)曾介紹到：行將就木的愛(ài)因斯坦依然執(zhí)著地追尋著“統(tǒng)一理論”。如今，愛(ài)因斯坦早已成為一個(gè)文化符號(hào)，他的天才故事廣為傳頌，甚至他曾經(jīng)犯的錯(cuò)誤也在百年之后成為了驚艷世界的熱點(diǎn)話(huà)題——無(wú)論是宇宙學(xué)常數(shù)還是引力波。而他那夸父逐日般地對(duì)統(tǒng)一理論的追求，至今也被人們津津樂(lè)道。有人把這種義無(wú)反顧的挑戰(zhàn)看作是堂吉訶德般的可敬的行為，也有人對(duì)此很不客氣地評(píng)價(jià)道：“就算1925年之后愛(ài)因斯坦改行去釣魚(yú)，不會(huì)對(duì)科學(xué)造成任何損失”。那么，愛(ài)因斯坦所追逐的統(tǒng)一理論到底是什么呢？

故事要從牛頓說(shuō)起。根據(jù)牛頓等人建立的完整的經(jīng)典力學(xué)體系，只要告訴我們物體受什么力，我們就能夠推斷出物體將要做怎樣的運(yùn)動(dòng)。在那個(gè)年代，人類(lèi)尚未認(rèn)識(shí)到“場(chǎng)”，一直以為力是瞬間從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體上的。直到1832年，物理學(xué)家法拉第寄給了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)一封密信：“……磁作用的傳遞需要時(shí)間，……而這個(gè)時(shí)間顯然是非常短的……磁力從磁極出發(fā)的傳播類(lèi)似于起波紋的水面的振動(dòng)或者空氣粒子的聲振動(dòng)，也就是說(shuō)，我打算把振動(dòng)理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就像對(duì)聲的研究那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋……”可見(jiàn)，數(shù)學(xué)功力十分欠缺的法拉第的物理直覺(jué)卻如此超前，他勇敢地引入了“場(chǎng)”的概念，他認(rèn)為電力和磁力的傳播都是需要時(shí)間的，且這種相互作用靠“場(chǎng)”來(lái)傳播。在這封信中，法拉第甚至瞥見(jiàn)了電磁波的影子。

然而，囿于未能在成長(zhǎng)的關(guān)鍵期接受良好的數(shù)學(xué)教育，法拉第未能對(duì)自己的電磁理論構(gòu)建完整的數(shù)學(xué)體系。好在，比法拉第小40歲的麥克斯韋機(jī)敏地嗅探到了構(gòu)建電磁統(tǒng)一理論的機(jī)遇。在法拉第的鼓勵(lì)下，麥克斯韋寫(xiě)下了震鑠古今的麥克斯韋方程組。很多人喜歡盛贊麥克斯韋方程之美，然而，麥克斯韋方程組還是有一定的學(xué)習(xí)門(mén)檻的，導(dǎo)致很多人只能如皇帝的新裝一般對(duì)麥克斯韋方程組吟誦贊歌。當(dāng)然，詩(shī)云“匪圣不愚”，即使是麥克斯韋本人，也未能意識(shí)到他的方程組的全部?jī)?nèi)涵。

如果要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)理論物理，首先要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)——群論。群論可以理解為描述對(duì)稱(chēng)性的數(shù)學(xué)工具。日常生活中，我們所提到的對(duì)稱(chēng)性往往指的是幾何圖形在某種變換下不變。如果我們把這個(gè)概念推廣到物理中，物理的對(duì)稱(chēng)性自然指的就是物理規(guī)律在某種變換下的不變性。這一思想要追溯到伽利略的相對(duì)性原理。伽利略推斷，物理規(guī)律在一切慣性參考系下都是一樣的。這個(gè)偉大的斷言被稱(chēng)作相對(duì)性原理。

提到了相對(duì)性原理，就不得不提到相對(duì)論。實(shí)際上，相對(duì)性原理在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被看做是衡量一個(gè)物理量是否正確的標(biāo)桿。因?yàn)槿绻硞€(gè)物理理論換個(gè)參考系之后就改變了，那么這個(gè)理論顯然是不具有普適性的。但隨著經(jīng)典電磁學(xué)的建立，人們發(fā)現(xiàn)電磁學(xué)和伽利略的相對(duì)性原理存在著互相矛盾的地方。此時(shí)，愛(ài)因斯坦選擇相信電磁學(xué)，相信麥克斯韋——從麥克斯韋方程能夠天然地得到真空中的光速。就這樣，狹義相對(duì)論被建立起來(lái)了，麥克斯韋方程組被人類(lèi)重新認(rèn)識(shí)。而基于對(duì)對(duì)稱(chēng)性的執(zhí)念，愛(ài)因斯坦在伽利略的理論基礎(chǔ)上，又附加了光速不變的要求，這樣天然地就得到了比伽利略變換內(nèi)容更廣博的洛倫茲變換。所以，狹義相對(duì)論歸根結(jié)底也是在“變化”中描述“不變”的理論。而愛(ài)因斯坦建立狹義相對(duì)論的過(guò)程，也相當(dāng)于為后來(lái)的研究提供了一個(gè)范式——從對(duì)稱(chēng)性出發(fā)去得到結(jié)論，而不是被動(dòng)地從物理規(guī)律入手再去尋找對(duì)稱(chēng)性。也基于此精神，他和希爾伯特最終得到了更偉大的引力理論——廣義相對(duì)論場(chǎng)方程。

幾乎在同一時(shí)間段，量子力學(xué)革命爆發(fā)了。然而，20世紀(jì)的璀璨的物理群英們，無(wú)一例外地在最終的魔王——量子力學(xué)和引力理論的統(tǒng)一的面前留下了一個(gè)悲壯的背影。晚年的愛(ài)因斯坦，從1925年到1955年，一直在執(zhí)著地追尋著他心中的圣杯——統(tǒng)一理論。愛(ài)因斯坦是幸運(yùn)的，站在了巨人的肩膀上得到狹義相對(duì)論，而他得到廣義相對(duì)論之后不久，愛(ài)丁頓便率隊(duì)遠(yuǎn)征觀測(cè)日食。但此后他就沒(méi)這么幸運(yùn)了。在追尋統(tǒng)一理論的路上，愛(ài)因斯坦逐漸被同行們所忽視——他被認(rèn)為是一位固執(zhí)的老者，在追尋著一個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)有答案的問(wèn)題。愛(ài)因斯坦自己也無(wú)奈地說(shuō)：“對(duì)于猶太人而言，他是圣人；對(duì)于美國(guó)人而言，他只是個(gè)展覽品；而對(duì)于同行而言，他則是一位江湖術(shù)士?！彼c哥本哈根學(xué)派走著不同的量子力學(xué)研究的道路，自然就沒(méi)能在生命的最后幾年里對(duì)量子場(chǎng)論有足夠多的關(guān)注，盡管今天的量子力學(xué)的研究還在挖掘愛(ài)因斯坦留下的EPR佯謬的遺產(chǎn)；而他引以為傲的物理直覺(jué)似乎也先于生命而枯竭了，在他生命的最后幾年里，有關(guān)粒子物理的重大研究接踵而至，描述組成宇宙的磚塊的理論——基本粒子的“標(biāo)準(zhǔn)模型”方興未艾，但愛(ài)因斯坦已經(jīng)沒(méi)有時(shí)間去深挖這些與他追尋的統(tǒng)一理論有關(guān)的進(jìn)展了。

但也正是在愛(ài)因斯坦的關(guān)于對(duì)稱(chēng)性的范式的啟發(fā)下，楊振寧、溫伯格、格拉肖等人逐漸建立了標(biāo)準(zhǔn)模型。它巧妙的將自然界的三種基本作用（電磁力、原子核中核子之間的強(qiáng)力、引發(fā)質(zhì)子和中子的轉(zhuǎn)變的弱力）整理到一起。這個(gè)模型是人類(lèi)邁向統(tǒng)一理論的又一大步，美則美矣，卻不夠簡(jiǎn)潔——它包含過(guò)多的自由參數(shù)，過(guò)于依賴(lài)實(shí)驗(yàn)。因此，從它建立伊始，超越標(biāo)準(zhǔn)模型的嘗試就進(jìn)行著。

另外，由于引力子尚未發(fā)現(xiàn)，因此標(biāo)準(zhǔn)模型不包含引力子。一部分野心勃勃的科學(xué)家認(rèn)為，一定會(huì)找到引力子，并且引力是可以和量子力學(xué)統(tǒng)一的；而另一部分科學(xué)家則堅(jiān)信引力無(wú)非是幾何，并沒(méi)有所謂的引力子。目前，引力子尚是開(kāi)放性問(wèn)題。此外，標(biāo)準(zhǔn)模型中缺少能夠作為暗物質(zhì)的粒子。而兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的中微子振蕩問(wèn)題則告訴我們，中微子一定具有質(zhì)量，這也與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言相違背。

這其中，最主要的問(wèn)題莫過(guò)于引力理論與量子力學(xué)的統(tǒng)一。事實(shí)上，海森堡、泡利等也把最后時(shí)光獻(xiàn)給了統(tǒng)一理論。海森堡和泡利的合作卻稱(chēng)不上愉快，兩個(gè)人留下了一個(gè)被玻爾稱(chēng)作是“瘋了”的理論之后，先是泡利在1958年早逝，接下來(lái)是德布羅意、薛定諤、玻爾、波恩、海森堡等人在十年內(nèi)先后離開(kāi)。只有活到了80年代的狄拉克見(jiàn)證了新一代少俠們從廢墟中挖出愛(ài)因斯坦留下的寶劍，再揮劍向統(tǒng)一理論的壯麗的嘗試——那些不滿(mǎn)足于在標(biāo)準(zhǔn)模型上精雕細(xì)琢的人們，渴望著把引力也納入嶄新的統(tǒng)一理論。

究竟什么時(shí)候我們能建立一個(gè)超越愛(ài)因斯坦引力理論，統(tǒng)一自然界的各種相互作用呢？諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主喬治·斯穆特總結(jié)了人們的觀點(diǎn)，從牛頓萬(wàn)有引力到愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論花了200多年的時(shí)間，愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論到現(xiàn)在已經(jīng)100多年了。悲觀的觀點(diǎn)認(rèn)為，人類(lèi)尚有太多懸而未決的物理問(wèn)題需要解決，所謂“一屋不掃何以?huà)咛煜隆?；?lè)觀的觀點(diǎn)則認(rèn)為，是時(shí)候建立超越愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的理論了。這里，我們不得不再次感慨愛(ài)因斯坦的超凡的智慧。他的狹義相對(duì)論早已深入人心，廣義相對(duì)論更是作為一個(gè)沒(méi)什么自由參數(shù)的“硬漢”理論。這位“硬漢”面對(duì)著種種天文現(xiàn)象的“拷問(wèn)”，用硬碰硬的方式逐一通過(guò)。相比較下，很多修改引力理論引入了大量的自由參數(shù)，卻只能在不同的天文現(xiàn)象中“拆東墻補(bǔ)西墻”而疲于奔命。

目前，關(guān)于量子力學(xué)的詮釋?zhuān)P(guān)于點(diǎn)粒子的問(wèn)題，以及統(tǒng)一理論，仿佛懸在21世紀(jì)的人們頭上的三朵新的烏云。當(dāng)年有關(guān)氫原子的研究帶來(lái)了量子革命，那么誰(shuí)是21世紀(jì)的氫原子呢？會(huì)是黑洞嗎？實(shí)際上，霍金和薩斯坎德等人的黑洞戰(zhàn)爭(zhēng)早已掀開(kāi)了新的關(guān)于對(duì)稱(chēng)性的研究浪潮，波瀾萬(wàn)丈，經(jīng)久不衰。

你以為一切都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了嗎？

那真是絕頂?shù)幕闹嚒?/p>

這無(wú)異把有限的天邊當(dāng)作了世界的盡頭。

弗拉馬利翁的詩(shī)句依然縈繞在耳邊?；蛟S，這項(xiàng)追尋統(tǒng)一理論的偉大工作中，會(huì)留下讀者諸君的名字呢！