爱因斯坦在1915年发现的广义相对论构成了现代宇宙学和宇宙学标准模型的理论基础，该理论描述了时间的起点到终点，描述了从黑洞的“奇点”到星系空间的无比宽阔的时空尺度，如果说牛顿的经典力学属于“常态物理学”，那么说爱因斯坦的相对论属于“新常态物理学”。广义相对论可以解释大尺度时空中物体的运动规律，比如：水星在太阳轨道上发生的“进动”，双脉冲星和双黑洞的绕转和引力辐射，在GPS全球导航系统中精确地计算不同时空点中发生的时间延迟、或加快。我们在日常的乘车和驾车活动中“不知不觉”地使用了导航系统的服务，这是我们能够体验到的由广义相对论带来的科学价值。既然广义相对论可以用于预测恒星和宇宙演变的命运，那么这是否意味着宇宙哲学概念的“广义测不准原理”失效了昵？不是的，“广义测不准原理”只是告诉我们，在超越人类现有的观测尺度和现有的认识范围时，人类既有的观测能力和认识水平将遭遇这一原理的“抵制”，每一代的科学家都会遇到观测尺度和认识能力的限制，这种限制的内容不同，形式上保持了一致性，符合本作者提出的另一个宇宙哲学的原理——等效原理，不要指望下一代、下下一代，或者几十、几百、几千年之后，人类在天文观测上会达到宇宙的“边缘”，在理论认识上“穷尽”对物质结构和运动规律的认识，尽管在几百、几千年之后，“百年孤独”的天文学家也许在火星，在“第二个地球”，在更遥远的星球上观测星象和太空。当然，我们也无法精确地预测那时的望远镜能改进到什么程度，“外星人”在何种程度上会纠正人类错误的物理和化学、生物和医学的认识。

现在不清楚广义相对论是不是绝对正确的，有很多物理学家还在尝试各种超越这一理论的努力，不乏各种改进和创新的理论，但是，广义相对论仍然是我们值得信赖的最好理论，应用广义相对论预测宇宙的命运时，物理学家将遇到一些未知的因素，比如：平均的物质密度，暗能量的性质，膨胀、收缩与时间的关系曲线等，正是这些未知因素的影响，使非常精确地预测宇宙的命运变得十分困难。爱因斯坦发现了宇宙运行的规律，但是，他没有热衷于预测宇宙的终极命运，没有预测我们的宇宙什么时候加速膨胀，什么时候减速膨胀，什么时候从加速转换为减速、从减速转换为加速。年轻的爱因斯坦发现了广义相对论，中老年的他没有将相对论视为一种终极理论，从20世纪30年代开始，爱因斯坦几乎把所有的精力投入到物理学“大综合”的研究中，直到去世的那一刻，未能完成将新的引力解释和其它几种基本力相结合的使命。完成物理学的“统一解释”不仅仅是爱因斯坦独有的梦想，而是一代代物理学家渴求的目标，历史上的物理学实现了若干次“并购”和“整合”，“第一次综合”发生在17世纪，牛顿站在伽利略和开普勒等科学巨人的肩膀上，统一了对地面参考系的物体和天体运动的解释，牛顿“三定律”和万有引力规律能够解释一切物体的运动规律，他建立的经典力学体系成为了物理学第一次大综合的标志；18世纪，经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的探索和努力，统计力学和热学建立起来，机械运动和热运动、宏观运动和微观的分子运动获得了统一解释，完成了热力学意义上物理学的第二次大综合；19世纪，麦克斯韦扮演了电磁学领域的“牛顿”角色，他站在库伦、安培、法拉第等物理学家的“肩膀”上，将电、磁、光放在“一个篮子”里，建立了经典电磁学，实现了物理学历史上的第三次大综合。

爱因斯坦在1905年发现了狭义相对论，在1915年发现了广义相对论，可以将狭义相对论理解为对牛顿“三定律”的突破，将广义相对论理解为对牛顿万有引力定律的创新，爱因斯坦在相对论中将时间与空间、物质与时空、物质与能量、物质与运动结合起来，可以认为爱因斯坦站在牛顿、洛伦兹、麦克斯韦等科学家的肩膀上，完成了物理学史上的第四次大综合。中老年的爱因斯坦沉浸在物理学“第五次大综合”的梦想中，试图将广义相对论与量子力学结合起来，将时空弯曲的引力理论和其它几种基本力的相互作用合并在“大统一”体系中，他没有完成自己的“科学梦”，后来的物理学家经过一次又一次的努力，仍然行进在构建“统一论”的路上，“后爱因斯坦时代”的物理学家给出了“五花八门”的理论模型，其中的“超弦理论”和“规范场理论”为两种最有希望的解释，现在和未来的物理学家也许能够补上爱因斯坦科学蓝图的“最后一块拼图”。也有一些科学史家对“大统一理论”、“第五次大综合”、“新物理学”的远景抱悲观的态度，他们认为很难有和牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的伟大理论相媲美的发现了，激越人心、“惊世骇俗”的伟大发现已经一去不复返，现代人已经被金钱、娱乐、新技术、新生活方式所包围，缺少理论发现的勇气和信念，“科学的终结”会持续很长的一段时间，爱因斯坦和波尔时代的物理学“纯粹理性研究”已经消失，我们只能在文章中抒发对物理学历史人物的追忆。

一些科学史家的观点过于悲观，实际上，20世纪后半期和21世纪的物理学家在“大统一理论”、或“万有理论”的探索上取得了实质性的进展，不仅如此，还发展和丰富了爱因斯坦的统一理论，比如：量子电动力学和量子色动力学解释了微观粒子行为的力学规律，而“万有理论”实际上包含了比传统的统一理论更为丰富的内容。我们可以将“大统一理论”和“万有理论”视为一种“等效性解释”，前者含有更多的广义相对论的内容，而后者含有更多弦理论和“超对称理论”的成分。我们既可以使用“统一理论”一词，也可以使用“万有理论”、或“万物理论”一词，但是，这些词汇不代表一种“终极理论”的含义，否则，“广义测不准原理”和人类科学认识的无限性就无从谈起，不能“生根”和“落脚”。晚年的爱因斯坦矢志不移追求的统一理论指的是用同一组方程来描述基本力之间的相互作用，这些基本力决定了宏观物质和微观粒子的运动规律。“万有理论”通过引进多重时空维度等概念丰富了物理学统一理论的内容。统一理论旨在揭示宇宙的运动法则，“万事万物”变化和运行的规律。到目前为止，科学家已经成功地将电磁作用和弱相互作用统一起来，他们还在探索将各种基本力的相互作用统一起来的数学表达式，如何将引力和其它的基本力纳入到一个统一的解释？物理学家认为首先要解决引力的量子化问题，爱因斯坦生前没有在这一问题上取得任何的进展，现在的物理学家受到量子化引力问题的困扰。

在20世纪中期，物理学家已经确认了自然界中4种基本力的相互作用，它们是引力、电磁力、强力和弱力，其中的引力和电磁力可以在很远的距离上发挥作用，属于“长程力”，强力和弱力只能在极短的距离上发挥作用，属于“短程力”，比如：原子核中质子和中子和结合力、在质子和中子中夸克相互的结合力属于一种强力，弱相互作用的发现起始于物理学家费米，他提出了粒子的自衰变理论。爱因斯坦在晚年试图首先将引力和电磁力的解释统一起来，因为，当时的引力和电磁理论已经成熟和完善，具备了某种“小统一”的可能，爱因斯坦在建立相对论力学和引力理论中已经引进了经典力学和经典电磁学的原理，他建立相对论的一个思想动机就是：当一个物体以光速运动时会发生什么现象？而对光的解释需要电磁理论。爱因斯坦在狭义相对论中只是从形式上统一了引力理论和电磁理论的概念，并没有从实质上统一对两种基本力的解释，没有为两种基本力的统一找到一致性的数学表达式。量子物理学家尽管没有找到对4种基本力统一解释的表达式，但是，他们发展了新的物理学描述，在对电磁力的量子化解释中发展了量子电动力学，在对强力的量子化解释中发展了量子色动力学。量子物理学理论形成了粒子物理学标准模型的理论依据，也为进一步探索物理学的统一理论奠定了基础，因此，一些科学史家的悲观论调得不到科学史料的支持。

最后，我们可以从哲学上理解物理学的统一理论，既然爱因斯坦和后来的物理学家致力于用一组数学方程式来描述4种基本力在形式上的一致性，那么我们可以将这种一致性解释为“等效原理”。如果科学家能够证明引力和其它3种力之间存在数学表达的形式一致性，那么我们说引力和其它3种基本力之间存在“等效原理”；反之，如果能够否定引力和其它3种力之间存在任何数学表达的形式一致性，那么我们说引力和其它3种基本力之间不存在“等效原理”。即使引力和其它3种基本力之间存在形式上的一致性，引力和这3种力之间只能符合“弱等效原理”，因为这些力之间完全不同，引力只有吸引，电磁力既有吸引，也有排斥，强力和引力一样，似乎只有吸引，而弱力能够引起元素的衰变，类似于某种“化学力”和“催化力”。我们不是专业的物理学家，很难理解诸如：引力和强力的数学表达式是否存在形式上的一致性，引力极其微弱，强力极其强大，数学表达式应该极为不同，因此，将引力和强力统一起来，这种“统一理论”可能有不同于数学概念的科学解释。如果能用“等效原理”来解释自然中基本力的一致性，或者建构一种物理学的统一理论，那么宇宙学家可以将这种理论应用到对宇宙极早期的解释中，根据宇宙学标准模型的设想，在宇宙诞生的“原始火球”，或“原点”时期，自然中所有的基本力没有发生分离，可以称之为“统一力”，在10的负44次方秒的时间之后，引力从“统一力”中分离，在10的负36次方秒之后，强力从“统一力”中“解脱”，在10的负10次方秒之后，弱力从“统一力”中“逃离”，最后剩下的“统一力”变成了电磁力。

（邓如山2017-2-15邮箱：[email protected]&160;）

（Expininggrandunifiedtheoryofphysicsfromphilosophyof“equivalenceprinciple”）

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