我们在进行有关宇宙诞生的说明时,途中插进了基本粒子理论所研究的四种相互作用的介绍．从某种意义上说,介绍四种相互作用这件事本身就表明了宇宙学的发展。

也许有夸大话题之嫌,请大家思考一下如下的问题: 自然科学是什么? 物理学又是一门什么样的科学? 应该怎样去看待它呢?

下面这个例子或许应该归入化学的范畴: 氢、碳、金,它们的不同之处是什么? 它们最重要的区别是什么? ……有人也许会说: 这三种东西的存在形态不同、软硬不同、导电性不同、价格不同……这样的回答没有什么意思,因为类似的不同点太多了．三者都是由原子组成的,氢原子核中有1 个质子、普通的碳原子核包含6 个质子和6 个中子、在金原子核中有79 个质子和118 个中子,在它们的原子核外都有与质子个数相同的电子……．这样去回答才最科学、最严谨．金原子中的质子与氢原子中的质子是同一种东西,这三种看上去性质完全不同的元素不过是质子与中子的个数不同罢了……．透过现象看到本质,才是成功的研究．所谓科学就是要用这样的方法去分析事物解决问题。

物理学所追求的是,最基本的粒子到底有几种? 答案是: 6 种夸克和6种轻子．不过,如同前文所介绍的,与粒子本身相比,它们之间的相互作用更能反映本质．所以,当今物理学的最基本的课题是,能不能把看上去有四种的相互作用统一到同一种起源上去呢? 按照这一思路,许多理论物理学家们正在从各个角度研究这四种力,寻找它们的相似或相同之处,试图最终把它们归结为同一种力在不同情况下的表现。

历史上第一位考虑到上述问题的人是爱因斯坦．在完成广义相对论之后,他开始了将电磁力与引力统一为一种概念的尝试,这项工作一直持续到他逝世。

万有引力的公式与电磁力的公式非常相似,都是平方反比律,只是力的来源不同,一方是质量,另一方是电荷．既然它们的公式如此地相似,那么力的起源也不应该不同,无论是引力还是电磁力,似乎当然能用同一个公式来表达。

爱因斯坦,这位建立起超越一般人的想像的相对论的巨匠,从1933年来到美国的普林斯顿开始,直到1955 年76 岁时逝世,始终致力于将电磁力与引力统一描述的研究．为了消除这两种力的差别,爱因斯坦费尽了心力。

虽然爱因斯坦进行了许多的类比研究(比如类比电磁波预言了引力波),但是遗憾的是,他的研究没有获得成功．爱因斯坦执着地试图统一的是前文介绍过的②与④两种力,后来人们批评说应该首先调查②与③甚至与①的关系．爱因斯坦常常挂在嘴边的＂统一场理论＂一词至今仍在使用,不过含义已经发生了变化,指的是将②电磁相互作用与③弱相互作用相统一的理论。

如今,统一场理论已经由温伯格和萨拉姆完成,把夸克的相互作用也统一进来的理论被称为大统一理论．以大统一场理论为基础,再把引力也包括进来的尝试被称为超引力理论．从基本粒子理论出发去逼近超引力理论,似乎是绝望的(据说需要一台宇宙大小的环状带电粒子加速器! )．关于大统一理论的研究,正在热火朝天地进行。

图3-6 75 岁生日时,爱因斯坦接受了

以他的名字命名的医学院的模型