在我们已知的四种自然基本力中，引力是人类最早发现和认识的一种力，最早发现和认识引力现象的科学家是牛顿，我们在科学史料的查询中，很容易读到引力发现与“牛顿的苹果”故事。√1665年，英国发生了一场瘟疫，剑桥大学暂时关闭，牛顿被迫离开学校，回到家乡，在1665年秋天的一个黄昏，23岁的牛顿正坐在自家院子里的一颗果树傍，一幅若有所思的样子，一个熟透的苹果突然从树上掉下来，这个“小事件”触动了牛顿的灵感，他当时正在研究地球的引力现象，“牛顿的苹果”促使他提出一个大胆的科学假设：地球不仅吸引苹果，而且吸引地表上的一切物体，甚至吸引遥远的月亮和星体。所有物体的相互吸引形成“万有引力”，牛顿发现万物的引力可以达到遥远的地方，遵循距离关系的平方反比定律。万有引力定律可以解释月球的运动，由于惯性作用，月球可以摆脱地球的束缚，而由于地球对月球产生向心的引力，就像用一根无形的“力线”牵住了月球，它只能在地球的轨道上运转，如果地球的引力消失了，那么月球就会逃离地球的束缚；如果月球停止运转，就会像一个“大苹果”一样掉在地球上。在我们已知的四种自然基本力中，引力是人类最难理解和描述的一种力，牛顿或者没有解释引力的“动力学”机制，或者将物质理解为引力产生的源泉，牛顿的万有引力定律能够和他创立的物体运动“三大定律”统一起来，形成一个统一体系的解释。

爱因斯坦在建立狭义相对论之后，发现狭义相对论能够统一牛顿力学的经典描述，却不能统一他的万有引力定律。从狭义相对论的建立到广义相对论的发表，爱因斯坦经过了十年时间的思考和酝酿，我们现在已经无法猜测“爱因斯坦的大脑”在这10年中经历了什么变化，为了将狭义相对论和万有引力的解释统一起来，似乎有两种选择，一种是走“寻常之路”，设法建立“狭义引力论”，另一种是走“不寻常之路”，力求建立“广义引力论”，但是，爱因斯坦神奇般地建立了“广义引力论”，他走了一条科学上的创新、创业之路。“广义引力论”的理论基础是广义相对论，或者说广义相对论是一种新型的引力理论，与牛顿对万有引力的解释完全不同。我们知道：狭义相对论可以涵盖牛顿的运动力学，在物体低速运动的条件下，狭义相对论等同于牛顿的运动定律；而在接近光速运动的物体中，狭义相对论改变了牛顿运动定律的属性。爱因斯坦的“广义引力论”不能涵盖牛顿对万有引力的解释，无论在低速、还是在高速运动的物体中，也无论是小质量、还是在大质量的物体，爱因斯坦的引力理论都完全不能与牛顿的万有引力理论画上等号。爱因斯坦在建立广义相对论、或广义引力论的过程中也许走过了一些弯路，我们现在无从知晓其中的艰辛和奥妙，他在独创的“新引力论”中将物质和引力“脱钩”，物质弯曲了时空，弯曲的时空产生了引力效应，引力是物质和时空相互作用的属性。从宇宙哲学的角度来看，弯曲时空和引力之间符合“等效原理”，这是一种“强等效原理”。

牛顿万有引力和“广义引力论”的不同之处还在于对引力波的预测，从牛顿的万有引力定律出发，不能推导和预言引力波的存在，而从广义相对论的引力新论出发，可以推导和预言引力波的产生。青年爱因斯坦奠定了引力波物理学的基础，更早的时候，通过对光电效应的研究，奠定了量子物理学的基础，但是，老年的爱因斯坦没有在引力波和量子物理学领域开拓更多的“疆土”，而是转向到比广义相对论更广阔的“统一场论”的研究中，转向到与人类命运和科学目的密切相关的“新宗教”研究中，把更多的精力投入到社会人文的活动领域。他经历了人类历史上空前惨烈的两次世界大战，最先进的科学技术应用到武器装备上，成千上万的士兵和贫民百姓在“枪林弹雨”中伤亡、死去，种族灭绝行径肆掠欧洲和亚洲，大规模的杀伤武器轻易地摧毁卷入战争的国家在几十年、几百年积累的物质财富。爱因斯坦作为最知名的科学进步人士应该投身到建立世界新秩序的活动中去，建立一种社会人文领域的“新指南”，用以指导和规范人类科学技术的发展和应用，用于引导和修炼个人的社会角色和道德行为。“新宗教”的实质是超越个人自私欲望的共同利益价值观，是发现科学真理的信仰和热忱，是追求艺术和美的和谐和崇高。老年的爱因斯坦时常进行“道德反省”，提醒自己是不是过多地占有了别人的劳动成果，他的这种“道德宗教”对于现在的人们有很大的启发，如今，世界范围的财富大发展、大积累是市场经济体制和先进的社会生产力共同促进的结果，如何避免少数人过多地占有多数人的劳动成果，如何避免“权钱交易”腐败行为的发生，如何让科学技术和生产力发展的成果惠及到更多的人群？这是摆在人们面前的需要及时解决的社会问题。

如果没有爆发第二次世界大战，没有发生德国法西斯对犹太人的迫害，原子能技术没有用于核武器的研制等，那么青年爱因斯坦也许会留在欧洲，在引力波和量子物理学领域继续探索下去，提出“引力量子化”、或“量子引力”概念的科学家可能不是别人，而是爱因斯坦自己，如果他在“量子引力”的研究方向继续走下去，那么也许能够找到一条实现物理学“大统一理论”的路径。实际上，在爱因斯坦生活的年代，缺少在高能量加速器取得的实验成果，不具备建立物理学统一理论的实验条件和数学工具，如果他在提出统一理论的构想之后，首先在“量子引力”方面取得突破，那么晚年的爱因斯坦也许还能给人们带来科学发现的惊喜，无论是广义相对论预测的引力波，还是光电效应涉及的量子物理，通往前方的道路都指向了“量子引力”，不仅引力波和光电效应属于一种量子行为，而且物质密度的无限大造成了时空无限弯曲的“点”，这也指向了“引力的量子化”。引力波是在弯曲时空的背景下，当有质量的物体在加速运动中导致时空的扰动时，这种扰动会如同水的波纹一样向外传播，现在的物理学家把引力比作大海，把引力波比作大海中波浪的激荡。扰动概念与量子力学的波动解释相一致。

牛顿的万有引力和爱因斯坦的广义相对论为人类科学谱写了极其辉煌的篇章，到目前为止，还没有任何的物理理论能够与它们相提并论，但是，广义相对论和和牛顿万有引力定律一样，不能在量子物理的层面解释引力的本质，如何将广义相对论的引力理论和量子力学结合起来，这一研究课题构成了现代物理学的皇冠上最耀眼的明珠。从爱因斯坦的引力波理论可以推导“量子引力”的概念，晚年的他没有解决“引力量子化”的统一解释问题，至今没有答案，无数的物理学家一直在孜孜不倦地探索其中的奥秘，他们提出了诸如：超弦理论、循环量子引力理论、声学类比模型的主流理论。根据目前物理学的解释，从狄拉克建立相对性量子力学的狄拉克方程式开始，量子力学扩充成量子场论的各种形式，其中包括了量子电动力学与量子色动力学，这些量子场论成功地解释了四种基本力中的三者：电磁力、原子核的强力与弱力的量子行为，仅剩下引力的量子性尚未能用量子力学来描述。引力迄今没有成功地实现量子化，能够描述引力的理论依然是广义相对论，如果引力最终可以被量子化，那么广义相对论应当是量子场论的一个等效理论，量子化的引力理论就会包含广义相对论的解释，就像狭义相对论包含了牛顿力学的解释一样。

根据目前物理学的解释，在量子引力理论中，引力场的量子化需要时空有一个最小的尺度，称为普朗克尺度；时间的“普朗克尺度”约为10的负43次方秒，普朗克长度等于光在“普朗克时间”走的距离，大约为10的负35次方米。通过物理实验来检验“量子引力”还不可能，因为量子引力所涉及的能量与尺度在目前的实验室条件下无法观测，一些科学家提出一种观点：可以通过天文观测来发现“量子引力”，但是，科学家还没有研制出如此精密的“引力波望远镜”。尽管物理学家做出了很多努力，已经建立多个有前景的主流理论，但是，科学家目前没能找到一个完备而自洽的量子引力理论。在地面实验室不能验证“量子引力”的存在时，物理学家也许可以借助“天文实验室”的帮助，黑洞是一个“引力量子化”的场所，黑洞“奇点”处的时空无限弯曲，所有的物质被“量子化”，变成了能量粒子，所有的时空引力被“量子化”，科学家只是不知道如何获得黑洞的信息，也许在黑洞的信息中包含“量子引力”的信息，此外，在宇宙微波背景辐射中也许包含了原初引力波和“原初量子引力”的信息，对宇宙微波背景辐射涨落观测的数据能够支持暴涨宇宙论，粒子密度和时空曲率的涨落最终导致了宇宙大尺度结构的形成。值得指出的是，中国科学家从2016年的年末开始，正式实施对宇宙原初引力波探索的“阿里计划”，寻找原初引力波能够为“引力量子化”提供“天文实验”的观测数据。

（邓如山2017-12-6邮箱：[email protected]&160;）

(Gravitationalwavesandunifiedfieldtheoryareretedto“quantumgravity”)

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