科學基礎理論或原理不存在“發明”這一說，是“提出”或“發現”。

對於宇宙的描述，其客觀現實就擺在那裡，人知道或不知道、甚至人類是否存在都不影響其存在。

人類以相對宇宙而言渺小的體量和存在歷史，及其有限的視野範圍，只能對宇宙的現象和本質做“畫像”而不是“照片”。意思是，提出一套合理的說法近似性描述，而不是寫真攝影。

愛因斯坦的相對論就是如此一種理論。用“提出”比較合適。（只是一種解釋客觀存在現象的說法，不一定就是完全正確或者說真理）

如果是一種客觀現象，比如新大陸，用“發現”比較合適。（客觀存在早就在那裡，只是第一次進入人類視野）

只有“電燈”這類的純人造事物或者工具，適合用“發明”。（原本沒有的客觀存在，因某人的實踐而被創造出來。從認知工具的角度講，理論也是工具之一，所以用發明似乎沒錯。但是在中文中發明的詞義暗含有客觀事實的意味，所以應當儘量避免。有論點認為西方論文中的發明一詞，翻譯為中文中的“創造”更為合適）

之所以這裡糾結這幾個用詞，倒不是因為矯情，而是對大自然應有的敬畏使然。

好，基於以上概念的區分，反過來說愛因斯坦提出的理論。愛因斯坦的狹義和廣義相對論是目前在宏觀尺度上描述宇宙現象最成功的理論——相對於量子理論對微觀的地位——再對比與超弦理論試圖達到的統一。

愛因斯坦的超前成功，得益於將數學做為主要工具在基礎物理上進行研究的努力。相較於牛頓的直觀觀察客觀分析總結描述形成公式的研究方法，愛因斯坦直接用數學描述的場景是人類當時尚無法用 直觀觀察 的方法觀測的。在此基礎上，物理科學可以領先於觀測手段。

其實想想也不奇怪，對數學的使用，讓人可以依據計算軌跡預言日月食的發生，愛因斯坦只不過在更復雜的應用數學，領先於觀測手段“預測”性的描述了更玄奇的宇宙現象而已。

我覺得不能用“發明”這個詞，發現或者提出更確切一點吧。對於未知領域的探索，很少有個人能取得驚人成績的，這也是為什麼說愛因斯坦偉大的原因。

德國工業為什麼牛？是因為有很長一段時期德國政府的大力支援，效果也顯而易見；中國航天跟上來了，也是因為政府下決心搞……可見，如果對某個領域傾力探索，成績總會有的。

但是一個國家要關注的問題是很多的，如果每個國家都不需要解決那麼多問題，又有龐大的資金做後盾且沒有其他鄰國干擾的話，愛因斯坦的理論必定不需要這麼久才得到檢驗。

不是人熱衷於推翻什麼東西，一個真象的東西推翻幹嗎，相對論是以光速是宇宙速度上限起家的，問題是宇宙中物質的速度根本沒有上限。光不是原子物質，它不遵守原子物質的運動特性，光從物質中射出來就是光速，且與光源運動無關，從槍膛中射出來的子彈能是光速嗎，且子彈可有任意速度也可以讓它絕對靜止，且符合速度合成原理，這些特點光都沒有，光就是個光速且速度與介質有關，它們完全是兩個不同世界的東西，也就是光與子彈不是同一個層態的物質，原子態物質要比光物質高一個層態，所以運動規律各不相同，所以就不能用光的運動特性來綁架原子物質，反過來也不能用原子物質的運動特性來挾令光子，這也就是古語車走車路馬走馬道相安無事共存不悖，大自然中的烏龜的直行螃蟹的橫行就是例證，你不能人為的要求在快跑時烏龜的速度不能超過螃蟹或螃蟹的速度不能超過烏龜，這是極其荒唐的邏輯思維，究竟物質運動速度能不能超過光速哪？當然沒有任何問題，當往銀河系中心丟下一個自由落體，它在引力加速下最終會達到光速的百萬倍，還有用高能加速器加速的近光速粒子加上地球的宇宙速度只要方向相同早就超過光速了，大自然中速度是沒有上限的！

你看見你說發明，我進來了，說的很對 ! 牛頓力學和相對論嚴格意義是就是發明，不僅相對論，整個人類的知識都應該是發明的。本真世界經過人類五官的函式對映，再加上思維的抽象，原本的世界早已面目全非。我們對錶象世界的控制一定要發明一套對應於人類意識的量化理論。這就是牛頓力學相對論，它們只是用人類思維解釋這個的因果關係，而不代表世界的本質就是這種理論，所以應該說是發明。其實這也是哲學中關於知識來源的經驗論和唯理論之爭，但考慮到大部分哲學家和自然科學家相信不可知論，我的論調就是以大部分哲學家為前提展開的。

平時教學中，之所以說成是發現 也是對的，在於語言在日常語境下的使用環境而已。

愛因斯坦之所以發明了相對論，是看到了麥克斯韋的經典電動力學在伽利略變換中的不協變，和邁克爾遜莫雷實驗證明以太不存在，光速恆定，在加之洛倫茲變換，最後讓愛因斯坦發明了狹義相對論，當狹義相對論牽扯到引力時，就面臨了巨大的困難，於是愛因斯坦繼續思考，提出來時空彎曲理論，進而的推出廣義相對論，廣義相對論預言了引力波的存在，之道百年後的今天才被實驗驗證了!

引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明

在所有的理論中，就目前的認識，引力是最根本的。它是一種時空性質，沒有比這個更廣的力。甚至將來人們會這樣說，宇宙中只有一種基本力，那就是引力！

其餘目前所發現的電磁力，弱力，強力都是在引力範疇下的力，所以不應該不存在一種理論，可以將之收納在一個系統中。

我們來看看其他三種基本作用的定義吧。

引力：引力是一種時空性質，使得物體和能量具有相互吸引的作用叫引力。

電磁相互作用：即是帶電粒子與電磁場的相互作用以及帶電粒子之間透過電磁場傳遞的相互作用。它是自然界的一種基本相互作用。電磁力遵循庫侖定律。

強力作用：強相互作用是自然界四種基本相互作用中最強的一種。最早研究的強相互作用是核子（質子或中子）之間的核力，它是使核子結合成原子核的相互作用。自1947年發現與核子作用的π介子以後，實驗中陸續發現了幾百種有強相互作用的粒子，這些粒子統稱為強子。

弱相互作用（又稱弱力或弱核力）會影響所有費米子，還有希格斯玻色子；弱相互作用是除引力相互作用外唯一一種對中微子有效的相互作用。次原子粒子的放射性衰變就是由它引起的，恆星中一種叫氫聚變的過程也是由它啟動的。

他們的特點：

引力作用：1、長程力，無限長。

電磁作用：1、長程力，無限長。

強相互作用：1、短程力約為10的負13釐米。

弱相互作用1、短程力約為10的負17米到10的負16米。

接下來我再來了解一下統一理論的研究過程：

首先是弱電統一理論

60年代格拉肖、溫柏格、薩拉姆三位科學家提出弱電統一理論，把弱相互作用和電磁相互作用統一起來，這種統一理論可以分別解釋弱相互作用和電磁相互作用的各種現象，並預言了幾種新的粒子，他們因此榮獲1979年諾貝爾物理學獎，1983年實驗發現了理論中預言的粒子，進一步證明了理論的正確性。

1973年，美國科學家帕提和薩拉姆提出了統一描述夸克和輕子的帕提-薩拉姆模型，預言了質子的衰變。

今天我們已經知道自然界一共有4種相互作用，這4種相互作用強度大小和作用範圍都相差懸殊，也大相徑庭。例如，引力的強度只有強相互作用力的100萬億億億億分之一，引力的作用範圍卻非常大，從理論上說可以一直延伸到無限遠的地方；而強相互作用力的範圍卻很小很小，只有1釐米的10萬億分之一，說強相互作用力是短程力；弱相互作用力也是短程力，力程不到1釐米的1000萬億分之一，強度是強相互作用力的1萬億分之一；電磁力與引力一樣是長程力，但它的強度要比引力大得多，是強相互作用力的1/137。

4種相互作用在性質上看來有明顯的差異，然而科學家們卻在思索：自然界為什麼有這4種相互作用？這4種相互作用是否只有差異而無共同之處？

這4種相互作用能不能在一定條件下得到統一的說明？從科學史來看，第一個認真思索並付諸行動的是物理學家愛因斯坦。愛因斯坦在完成廣義相對論的理論建設後，就一直在考慮能不能把引力相互作用和電磁相互作用統一起來。

從60年代起，溫伯格就著手弱相互作用與電磁相互作用的統一。統一之路並不平坦，溫伯格甚至不清楚該從哪裡入手。從50年代末到60年代，在基本粒子理論領域裡，對稱性自發破缺理論獲得了較大的發展。例如，李政道和楊振寧在1956年就已發現弱相互作用裡的一種破缺對稱性（即破缺手徵對稱性）。所謂對稱性自發破缺理論，通俗地說，它認為一些不同的現象或規律可追溯到同一源頭，最初有著共同的對稱性，後來由於種種原因對稱性被自發地破壞，這樣我們就可以從對稱性來研究它們的共性，從對稱性自發破缺機制來研究它們的特殊性。

1965年起溫伯格也開始了關於對稱性自發破缺理論的研究，並漸漸意識到這將是通向相互作用統一理論的合適道路。1967年秋，溫伯格終於確定弱相互作用和電磁相互作用可根據嚴格的、但自發破缺的規範對稱性的思想進行統一的表達。他的理論結果發表在這一年的《物理評論快報》上，題目是“一個輕子的模型”。

這是科學上第一個成功的相互作用統一理論。理論中所預言的中間玻色子W和Z，在1983年被歐洲核子研究中心找到。弱電統一理論的成功，肯定了相互作用統一思想的正確性，促使許多科學家進一步去研究把強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用統一在一起的大統一理論，以及把引力相互作用也統一進去的巨統一理論。

發展到後來的強、弱、電磁三種作用統一理論

70年代中期，人們進一步提出強、弱、電磁三種作用統一的大統一理論。也就是規範場論，規範場論在物理學上具有非常重要性的地位，它精確地表述了自然界的三種基本力的實驗預測，它是一個規範群為SU(3) × SU(2) × U(1)的規範場論。規範場的理念最早由外爾提出，楊振寧的楊-米爾斯理論為現代規範場論打下了基礎。

規範場論 (Gauge Theory) 是基於對稱變換可以區域性也可以全

局地施行這一思想的一類物理理論。非交換對稱群的規範場論有時也稱為楊-米爾斯理論。物理系統往往用在某種變換下不變的拉格朗日量表述，當變換在每一時空點同時施行，它們有全域性對稱性。規範場論推廣了這一思想，它要求拉格朗日量必須也有區域性對稱性—應該可以在時空的特定區域施行這些對稱變換而不影響到另外一個區域。這個要求是廣義相對論的等價原理的一個推廣。

上面就是關於宇宙四種基本力的定義，和統一理論簡單的過程。為什麼引力不能納入到規範場論中來。

就是我上面說的，引力是時空性質，其他三種裡都是物體，粒子在時空的具體物質性質表現。所以甚至可以說只有引力是宇宙基本力，其他的三種力為附屬基本力！

也就是說正確的思路，思維應該是這樣的。如何將其他三種力納入到引力範疇中來。

有兩個攻克方向：1、引力是時空性質，時空是能量時空。所以將引力能量化，和量子力學去接近，才是正途。2、能量時空必須量子化，建立一個微分的非線性波動方程，或者方程組，這樣才能將現有的規範場論規範群SU(3) × SU(2) × U(1)的理論收納進來。

任何量子粒子的波粒二象性和自發性破缺，不缺定性原理都告訴我們宇宙是一個即確定又不確定的宇宙。

宇宙的不確定性在於它的“自發性”，這是一個真理！ 就好像上一章討論的引力與電磁力的關係時，我們說光即是一種電磁波，又是一種質量波，能量波。那麼大質量物體偏轉它的時候，我們是說大質量物體作用的是質量，能量，而不是“電磁”，但電磁本身需要物質粒子作為載體，就自身不可避免的被牽涉進來。自己又說不清自己，這就是宇宙的奇妙和矛盾之處。

這種奇妙之處的具體體現是什麼呢？有一個就是平方反比定律。所以我也不認為牛頓引力公式的平方反比和庫侖定律的平方反比是偶然。顯然不是偶然，是有深意在裡面的。就是上面我所說的，他們好像有糾纏，甚至是不可分離的。

但它們不是同一種力，也就是引力和電磁力是兩碼事，不是同一種力，有本質區別！

同樣我最先受啟發的慣性質量和引力質量相等也是的。正是因為我不承認這些是偶然，所以我去用知識和想象來解釋它們。才有了“引力是慣性的源泉”的描述！這樣才有了這本書《變化》。應該是從13年到現在17年4月，大概10萬字的理論描述，我很不滿意，我也很滿意。

而且我強調一定要把時空彎曲的背景用微分形式“平整化”。就是任何一個彎曲空間，可以由N片平整的能量塊拼接而成。接著將引力量子化，也就是能量化，以這樣來建立規範場論，一定可以將其他三種力收納進來。這個觀點，我在前面的章節中也有提到過。

這一章的結尾是這樣的，我很滿意這本書，是因為我完成了它。它是我初中，高中時期的一個夢。完成一個夢，是為了下一個夢。

我滿意的是——我其實沒有完成什麼，沒有使得我自己走出地球，走出銀河系，什麼都沒有完成。文字有多大的力量，有時候就有多大的蒼白無力。

但我依然在想，作為人是值得驕傲的。本書的這些想法，想象你也許想過，你也許沒有想過。你想過，我恭喜你，我們是一樣好奇的孩子。你沒有想過，我也恭喜你，因為我替你想了。

我的工作就是替你我插上翅膀，勇敢去想象，勇敢去思考，以這樣的心態站在宇宙的一角，看看這個天體，看看那個星系。去欣賞這個宇宙，去認識一些不可能東西。要知道光速可以追上一切能跑的東西，但我們追上了光速！ 不是嗎？

2017年4月2日。

摘自獨立學者，詩人，作家，國學起名師靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》第三十三章。

其實，你提出問題的基準點有失偏頗。

每一個理論都必須被檢驗，否則它根本就不成其為一個“理論”，而只是一個“概念”。

我想你是在談論這樣兩個理論：

1. 狹義相對論

2. 廣義相對論

這麼說吧，根據定義，不管是什麼理論，都是用來解釋某些觀察現象，形成強大的數學概念，然後做出預測並加以檢驗。

1. 狹義相對論的基礎是，在真空中光的速度不變。使用洛倫茲變換，發明了一個健全的數學概念。然後，根據其他物理學定律進行了預測，即能量質量等效原理。E=mc2

這種預測是怎麼檢驗的呢？核炸彈！

2. 廣義相對論的基本概念是基於這樣一個事實，即一個自由落體和一個加速中的物體沒有什麼兩樣。也許加速度只是重力的一種形式。這是一種通俗理解，不能當真應用。由此形成了一個具有時空連續性的數學概念。但預測是什麼呢？預測又是如何檢驗的呢？我認為，維基百科提供了最好的答案，詳見：廣義相對論的檢驗—— Tests of general relativity - Wikipedia。這個答案很容易理解。一定要去看一下。

但是，這些還不是唯一的檢驗，還有很多其他檢驗。廣義相對論已被證明是能夠經得起檢驗的。

然而，你可能是在談論對愛因斯坦提出的“引力波”的檢驗。情況是這樣的，在引力波被發現之前，它們仍然是“假想的”，還不是理論。這一個預測我們還沒有廢除，但有可能會被廢除。

唯一的問題是，如果我們以某種方式得知不存在引力波，那麼，廣義相對論有可能被認為是不完整的，並因此而加以修改。

問題是，愛因斯坦只是做了觀察，並制定了一個理論。因此而來的預測大多是這樣的：

如果A表示B，B表示C，那麼，A就必須表示C。

因此，所有的檢驗表明，廣義相對論依舊正確無誤。愛因斯坦就是這樣做出了這麼精彩的預測。

發明……是不對的！沒有愛因斯坦，相對論也會被發現！只不過時間人物不同罷了。科學理論不僅要能被檢驗，更重要的是能夠預言。引力波被直接檢測到正是如此。

這是個理論和實踐的關係，如果某人的理論都是實踐中來的，那麼這種理論就是廢話；好理論就是要能預測未來的，優秀思想能流傳幾千年，膚淺的學說紅極一時最終被扔垃圾桶，因為假如檢驗一個理論需要一萬年，而另外一個謬論卻被假相屢屢支援，那麼到底該怎樣分辨真理和謬論？如進化論，到今天也只是理論，因為每個證據都缺一環，都不足以嚴格證明。 愛因斯坦就是一個典型的缺少實踐、整天沉思的人，專利局工作清閒，又能接觸到前沿資訊，讓他整天思考他心中的想法，最終達到完善，驚動科學界。 相反很多實踐派，被成年累月的繁重試驗和試驗偏差所誤導，反而失去了靈感，不敢突破雷池半步。 所以不同的人成功有不同的路，法無定法。

愛因斯坦是怎麼發明了一百年之後才得到檢驗的理論？

施鬱（復旦大學物理學系教授）

愛因斯坦的大多數理論並沒有到一百年後才得到檢驗，只有引力波的直接探測是過了一百年。

愛因斯坦說他“一生最愉快的想法”是1907年寫一篇相對論的綜述文獻時想到的自由下落的人感受不到引力，即引力和加速的等效。 這個幸運的思想，即等效原理，就是廣義相對論的種子。

廣義相對論的精髓是物質運動與時空幾何的統一和相互影響，在引力場方程上表現為能量和動量與代表時空彎曲程度的量之間的相等。物質使得時空彎曲，需要用非歐幾里德幾何描述。愛因斯坦創立廣義相對論時，物理學家對此還不熟悉，但數學上對於非歐幾何已經有深入的研究。而愛因斯坦創立廣義相對論時，幸運地得到了他的數學家朋友格羅斯曼（M. Grossmann）的幫助，格羅斯曼發現，廣義相對論所需要的數學已經被黎曼等人解決。這使得愛因斯坦最終能夠成功地將物理思想用數學公式表達出來。

1915年，即創立狹義相對論併為量子論奠基十年以後，剛在前一年移居到柏林的愛因斯坦終於創立了廣義相對論，並在次年預言了引力波的存在。美國鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）觀測到引力波這件事正好成為對廣義相對論100週年的紀念。

創立廣義相對論的高潮在於愛因斯坦1915年的一段非常緊張的工作。在11月25日，他寫下正確的引力場方程。

1916年愛因斯坦發表了一篇論文，用廣義相對論預言了引力波。

自從培根時代以來，要想驗證一個理論的正確性，就不能像之前古希臘那樣透過演繹推理，推理出理論。

必須由實驗驗證方可，可是有的人從觀察的結果出發，匯出原因，而不是從原因出發匯出結果。所以後來人們為了預防這種事情的發生，不僅僅要求一個理論，從他的結果要與觀察值相符，還用做出預言，使其沒法透過取巧的方式，得出結論。

所以說1915年愛因斯坦完成廣義相對論，非常完美地把相對論理論推廣到更普適的參考系。他有3個觀測來驗證的廣義相對論效應。第一個就是水星近日點附加進動問題，計算結果與觀測符合得很好，因為之前水星近日點附加進動問題的數值，早就有了，雖然得出了於觀測值相符的結論，所以為了預防上面的以結果為導向構建的理論，必須還要有預言。（那時愛因斯坦完成廣義相對論，水星進動的問題和觀測值相符，但名氣還不被大眾所熟知。）

第二個效應是預言光線在太陽引力場中會彎曲。

1919年5月29日的日食,始於智利和秘魯的接壤處，越過南美，經過大西洋，然後到非洲的中部。都離赤道不遠。但是，全食延續時間最長的地方是在大西洋中，離賴比瑞亞海岸幾百公里的地方。雖然戰爭已經在1918年11月結束，但一切都很混亂。觀測隊必須提前到達觀測點做各種準備。旅遊部門提醒，到普林西比島最好的時間是6月到9月，其他時間都是悶熱。愛丁頓觀測隊於1919年4月下旬到達普林西比島，在悶熱天氣、暴雨襲擊和蚊蟲叮咬的困難條件下做各種各樣的準備工作。一切的準備就為了那下午2：15開始的5分鐘的觀測。

在至關緊要的日食當天，普林西比島的早上還是風雨交加，但到日食時卻變得風和日麗，愛丁頓拍了多張照片，但僅有2張顯示出恆星的像。巴西的索貝瑞爾天氣很好，用天體照像儀拍了19張照片，用小望遠鏡拍了8張。但是，天體照像儀出了問題，焦點嚴重的改變了，導致星像模糊，降低了恆星位置的精確度。

在理想的情況下，預言的相對論效應僅導致在照像底片上1/60毫米的位移，只有恆星影象直徑的1/4。小望遠鏡拍的照片倒是很清楚銳利，但是尺度更小。

　幾個月後，觀測隊回到英國。3個觀測裝置的觀測資料處理的結果並不完全相同。在普林西比觀測的照片的結果是平均為1.61±0.30 角秒, 巴西的天體照像儀的結果是0.93 角秒, 小的望遠鏡的照片的結果是1.98±0.12角秒。愛丁頓思考這些不完全一樣的觀測結果，都與愛因斯坦理論1.75角秒的預言不完全相同。小望遠鏡的視場比較大，可以給出更精確的測量結果，因為星光偏折的程度隨恆星距離太陽邊緣遠近而變化。相對論效應的確認需要非常精確的測量。

在對愛因斯坦的廣義相對論持懷疑和反對的天文學家中，美國坎普貝爾教授最有代表性。但他是一位相信“觀測事實是判斷理論是否正確的”的科學家，參加過多次以檢驗愛因斯坦理論為目的的日食觀測，他的懷疑也是因為他自己沒有找到“證據”。1922年，他又一次為觀測日食來到澳洲，周密地準備使觀測精度有了提高。得到了1.72±0.11角秒的結果。坎普貝爾曾經公開表示，愛因斯坦理論是錯誤的，但是當他的觀測結果證實了愛因斯坦理論的正確性，立刻承認他的過失，決不再反對廣義相對論了。在人們的心目中，坎普貝爾仍然是一位真正的科學家。應該說，愛因斯坦關於“太陽的引力可能引起恆星光線偏折”的預言的正確性是以坎普貝爾1922年的觀測和承認才使科學界完全信服。

預言的證實使得愛因斯坦猶如天皇巨星般名聲鵲起。

第三個是預言恆星發出的光譜譜線由於強大引力的作用會使其波長變長，也就是發生引力紅移。這是由1925年，亞當斯發現天狼星伴星所證實。

還有一個就是引力波在2015年NASA所發現，2016年對外公佈。這是一百年的原因。

不能說一百年後才得到檢驗，他提出廣義相對論是時就用他的新理論計算了水星近日點進動，解決了天文觀察與牛頓力學計算結果不符的問題。此外他還提出可以透過觀察日全食時靠近太陽的恆星視位置變化和巨大天體發射到地球的電磁波存在引力頻移，這在不久就得到驗證。僅僅是關於引力波的語言最近才被觀察證實。

中國嫦娥奔月，早就有了，中國古人早就去過，飛上去不好生活。又下來了，前不久也有人到上面看了看。現在在歐洲的各大博物館裡，還有多少這方面的東西。什麼埃及 ,瑪雅,三星堆。人類在地球上過去的許多年裡，因為地球環境生物進化，和人類與地球環境的相互適應，所以不能在外太空生存。那些資料就被封存和慢慢遺忘。由於人類本身具有的智慧和創造力，在有些研究人員得到這些資料後，開始想象製造。不過開始研究結果，大多都先用在戰爭上。

實際上最近一百多年的物理理論已經大幅度超過我們的實驗手段，由於數學的發展，衍生了很多物理理論，像相對論，量子力學，弦理論，超弦理論，超膜理論等等，各種理論都有其未能驗證的部分，需要等後世科學技術的發展才能驗證。那麼為什麼我們的科學理論那麼多年後可以得到驗證，這主要是現代科學理論的基本法則影響的，現代的科學理論要求在理論要能夠被證明和證偽，就算是證明或證偽的手段比較困難，也會被認為是一套合理的理論，只是還未確認理論是否正確。相對論實際上在一百年前就開始被各種實驗證明了，只不過現在證據越來越多，而量子力學這一百年也是被無數次證明過的理論，以至於現在才有關於這些理論的各種應用被研究。