施鬱（復旦大學物理學系教授）

早在他獲得諾貝爾獎後的演講中，愛因斯坦就說過：“兩種場（指引力場和電磁場）互相獨立的存在不能令尋求統一的心靈滿意”，“我們尋找數學上的統一場論，其中引力場與電磁長只是同一個場的不同分量。”

愛因斯坦後期花費了很多精力在統一場理論，但是沒有成功。

這不奇怪，愛因斯坦始終囿於經典的廣義相對論和麥克斯韋電動力學，而無視當時已經在發展的、量子力學所描述的微觀物理學。我們知道，愛因斯坦不喜歡量子力學，認為它不完備。這阻止了他去參與以量子力學為基礎的前沿研究。

事實上，愛因斯坦相信，如果建立了統一場論，量子力學的困難也可以得到解決。

自然界有4種基本相互作用：萬有引力、電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用。後來人們發現，電磁相互作用與弱相互作用統一成弱電相互作用。而這卻是在基於量子力學的量子場論框架之中。

愛因斯坦的統一場論工作又受到時代的侷限。沒有相關的實驗，愛因斯坦這方面的很多工作侷限於數學，缺少物理。這也是不能成功的一個原因。

溫伯格曾經說過，愛因斯坦的想法的“麻煩在於沒有什麼東系能狗獎電磁場的6個分量與描寫以你的度規張量的10個分量聯絡起來。洛倫茲變換或者其他座標變換將電場和磁場轉換為二者的混合，但是沒有變換將它們與引力場混合起來。”

愛因斯坦沒完成統一場理論的重要基礎問題是他搞出的時空，實際上他本人對時空為何物？從哪裡來要去哪裡根本不知，想從神學入手證實自然界演化，只可惜歲月無情，晗恨而終，若能活到現在，可能也無目前這麼多追隨者，如果現代人依然認可時空漣漪，那麼與愛老的結局好不到哪裡去。

一九零五年，愛因斯坦剛完成狹義相對論，對此馬上失去興趣，因為他將視野放在更大的挑戰上，即廣義相對論。一九一五年曆史重演，當他完成重力理論後，隨即又將焦點放在企圖心更大的計畫上，即統一場論，希望結合希望結合重力理論與馬克士威的電磁理論，

有相對論和量子論已經很棒了，幹嘛還提統一場論？

到了一九二○年代晚期，相對論與量子論這物理學兩大支柱已經屹立不搖，人類對於物理世界的知識總和可由這兩項理論涵括。相對論是講非常大的理論，是大霹靂與黑洞的理論，而量子論是談非常小的理論，探討奇異的原子世界。雖然量子理論建立在違反直覺的想法上，但無人能否認該理論在實驗上的驚人成功。

實際上，諾貝爾獎如雪片般飛向願意應用量子理論的年輕物理學家。愛因斯坦是經驗老道的物理學家，絕不會忽略量子理論突飛猛進的進展；他沒有駁斥實驗上獲得的成果，也承認量子力學是「我們這個時代最成功的物理理論」。愛因斯坦並沒有阻礙量子力學的發展，雖然比較不入流的物理學家可能會這麼做（一九二九年，愛因斯坦還推薦薛丁格與海森堡共享諾貝爾獎）。相反地，愛因斯坦改變策略，不再攻擊這個理論不正確，他的新策略是將量子理論收進統一場論裡。

圖／flickr

當波耳陣營炮轟愛因斯坦忽視量子世界時，他反擊說自己真正的目標極為宏大，是要將整個量子理論包納入自己的新理論當中。他拿自己以前的研究打比喻：相對論並未證明牛頓理論完全錯誤，只是顯示他不夠完整，可以再併入更大的理論當中。因此，牛頓力學在其特有的領域當中是有效的，也就是在小速度與大物體的領域內可以成立。同樣地，愛因斯坦相信量子理論對於貓可以同時又生又死的怪異假設，一定能夠以更高的理論來解釋。在這方面，有太多愛因斯坦傳記的作者沒能瞭解到這點。

愛因斯坦的目標不是像許多批評人士所宣稱，只想證明量子理論不正確，他老是被描繪成古典物理中最後一隻恐龍，年老的叛逆者卻發現自己變成反對的聲音。愛因斯坦真正的目標是要凸顯量子理論的不完整，並利用統一場論來使之完整。

統一場論的企圖：和相對論一起解釋物質起源

愛因斯坦的策略是利用廣義相對論與統一場論，來解釋物質本身的起源，亦即從幾何學中建造出物質。一九三五年，愛因斯坦與羅森研究一種新穎的方式，讓量子粒子（如電子）會成為其理論的自然結果，而非是基本的物體。他希望利用這種方式，可以不必面對或然率的問題而匯出量子理論。在絕大多數理論中，基本粒子是以奇異點出現，也就是方程式變為無限大的地方。例如在牛頓的方程式中，力與兩物體間的距離平方呈反比，當距離為零時，引力會變得無限大，也產生了奇異點。因此愛因斯坦想從更深的理論中匯出量子理論，他了解到自己需要一個完全沒有奇異點的理論（在簡單的量子理論當中，便可找到這種例子，稱為「孤立子」［soliton］ ，就像是太空中的結一般。這類孤立子非常平滑，不是奇異點，但卻會彼此碰撞反彈，並保持相同形狀。）

愛因斯坦–羅森橋（蟲洞）在二維環境的模擬。圖／wikipedia

愛因斯坦與羅森提出一個新奇的方式，來促成這種解。他們一開始在兩張平行的紙上定義兩個史瓦茲卻德黑洞，然後用一把剪刀剪掉兩個黑洞的奇異點，再將兩張紙黏回在一起，便得到一個平滑、沒有奇異點的解了，愛因斯坦認為這或可代表次原子粒子。因此，量子粒子可視為微小的黑洞。（這個想法六十年後在弦論裡重生，有個數學關係式可讓次原子粒子轉變成黑洞，或讓黑洞變回次原子粒子。）

不過，這個「愛因斯坦–羅森橋」可從另一個角度來看，代表了科學文獻上第一次提到連線兩個宇宙的「蛀孔」（wormhole，舊多譯為「蟲洞」） 。蛀孔是穿透空間與時間的捷徑，就像是通道或閘口，可連線兩張平行的紙張。將蛀孔的概念介紹給大眾的是牛津大學數學家查爾斯．道吉森（Charles Dodgson），他的筆名是路易斯．卡羅，也就是家喻戶曉的小說《愛麗絲夢遊仙境》與《鏡中奇遇記》的作者。當愛麗絲將手放進鏡子中，她進入連線兩個宇宙的愛因斯坦–羅森橋，一邊是夢境中的奇幻世界，一邊是牛津的鄉下地方，當然，我們後來知道任何掉入愛因斯坦–羅森橋的人會被強大的重力擠死，甚至是將體內的原子扯散；若黑洞是靜止的，則想要透過蛀孔到另一個平行宇宙是不可能的。（要再過六十年，蛀孔的概念才會在物理學中佔居要角。）

蛀孔是穿透空間與時間的捷徑，就像是通道或閘口，可連線兩張平行的紙張。圖／flickr

1920年印度科學家玻色向愛因斯坦求教，兩人一致預言宇宙中存在第五態：玻色-愛因斯坦凝聚態。這個成就離統一場論只差一步之遙了，只剩一層薄薄的窗戶紙。不過，這也不能阻擋愛因斯坦是人類歷史上最偉大的物理學家這個事實。100年後到2020-04-04中國清明節，愛因斯坦的預言終於和老子之道（中國太極☯文明）無縫掛接：

黑洞（老子的先於天地而生的混成之物）就是中微子玻色-愛因斯坦冷凝態。

這個結論還說明中微子與中微子之間存在一個聚團力（Φ），這個力就是已知四種力的基礎。

所謂中微子就是引力子和光子湮滅後形成的，其精細結構是正負電荷繞兩個引力子 形成自耦合態。（潘建偉團隊供圖）

時人斷老聃之句“道法自，然” ，並以郭店出土之甲骨文所示之文釋曰：然者，其象為兩犬逐兔 以此喻道法自之法為追逐耳，妙哉！正解也！何為自？力也，本也！何為力？薄、克、感通也，變化之緣由。何為本？自在也。在何？四維八荒、古今未來而在。自者，並非是無差異的寂然不動的虛空，而是有差異的空間結構在時序中躍躍而動的可數的物理存在。自因力而動，因通感之故能自互知而識 ，籍此而能法之，自互而有道。一自法誰？可知，道者自不孤也。無中能生有？老聃之說不通也。 力和本，又來源何處？這是一個讓人崩潰的問題。我只能暫時附和老子之言，無中生有，此先天之理，不可言也。當今物理學孜孜以求的四大力的統一場的研究說到底是要揭示物質粒子之力的本及力之作用法則，統一場理論在於尋找物質和力的本源之終極認識（對於是否存在終極認識我深以為疑）但以此撥筍之法尋找力和本大概是緣木求魚。我以為這只是在人類可認識的緯度裡揭示本和力的互動之道。物理學迄今為止所言的粒子皆為有形之自 ，似乎可以認定按最小量作用原則而構建的有形之自，因為力的作用可以被認知。反推是否可以得知，不按最小量原則而確定的自 ，其形不能被認知。雖然不能被認知 ，但能說此自不存在嗎？我以洪荒之力確定 ，不能。最小量作用原則是何物？她是一個在不同緯度約束下的平衡態而已！這種平衡態可能是隨機演繹的 ，其存在的時長是被約束的。也就是說，可以被認知的宇宙，其本質是在一定的緯度內按最小量的作用原則而確定，這是一個演繹、演化的結果 ，沒有無限尺度的古今往來。但同時在身邊，在天邊 ，有我們無法感知的世界存在。這兩個世界溝通的閥門在哪裡？最小量作用原則是已知的一個。[合十][合十][合十]