闡 明自然界各種相互作用的性質(zhì)和規(guī)律，本是物理學(xué)基礎(chǔ)研究的一個(gè)極其重要的方面。而追求建立相互作用的統(tǒng)一理論，則是出于對(duì)物質(zhì)世界的統(tǒng)一和諧的堅(jiān)定哲學(xué)信 念和要竭力探求事物內(nèi)在本性的頑強(qiáng)欲望。A.愛(ài)因斯坦把他后半生的精力獻(xiàn)給了這一事業(yè)。在他的深刻思想的影響下，統(tǒng)一場(chǎng)論已成為20世紀(jì)物理學(xué)的重要研究 方向。

19世紀(jì)中葉J.C.麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論統(tǒng)一了電的作用和磁的作用；它是歷史上第一個(gè)幾種相互作用的統(tǒng)一理論。20世紀(jì)初，愛(ài)因斯坦破除I.牛頓的引力論中超距作用觀念，把場(chǎng)的觀點(diǎn)引進(jìn)引力理論而創(chuàng)立了廣義相對(duì)論(1916)。其后不久，便出現(xiàn)了以統(tǒng)一引力場(chǎng)和電磁場(chǎng)為目標(biāo)的統(tǒng)一場(chǎng)論研究熱潮，而當(dāng)時(shí)人類知道的基本相互作用只有引力作用和電磁作用。

由于在廣義相對(duì)論中引力場(chǎng)被描述為時(shí)空的彎曲，因此，設(shè)法進(jìn)一步把電磁場(chǎng)也和時(shí)空的其他幾何屬性聯(lián)系起來(lái)，便成為那時(shí)統(tǒng)一電磁作用和引力作用的各種理論方案的中心思想。例如，H.韋耳把電磁場(chǎng)和時(shí)空的尺度變換相聯(lián)系；T.F.E.卡魯查和A.克萊因則把電磁勢(shì)當(dāng)作五維時(shí)空度規(guī)張量的部分分量；而愛(ài)因斯坦則將時(shí)空的度規(guī)或聯(lián)絡(luò)從對(duì)稱的推廣為不對(duì)稱的，然后把不對(duì)稱部分同電磁場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)。物理學(xué)的幾何化，可說(shuō)是早期統(tǒng)一場(chǎng)論研究的一大特色，此外，所有這些理論方案都只考慮經(jīng)典場(chǎng)論（即宏觀的引力和電磁現(xiàn)象），沒(méi)有涉及場(chǎng)的量子效應(yīng)。

經(jīng)過(guò)大約20年的努力，所有統(tǒng)一電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)的嘗試都沒(méi)有獲得成功，但對(duì)于數(shù)學(xué)中微分幾何的發(fā)展卻有很大推動(dòng)。隨著量子論的興起，物理學(xué)主流轉(zhuǎn)入微觀領(lǐng)域，早期統(tǒng)一場(chǎng)論的研究到30年代末漸趨衰落，只有愛(ài)因斯坦堅(jiān)持不懈直至逝世。

50年代初，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，自然界的基本相互作用還應(yīng)包括微觀粒子之間的強(qiáng)相互作用和弱相互作用；統(tǒng)一場(chǎng)論的目標(biāo)也隨之?dāng)U大。那時(shí)W.K.海森伯曾提出一個(gè)非線性的旋量場(chǎng)方程，企圖從它導(dǎo)出基本粒子的質(zhì)量譜并解釋它們的相互作用性質(zhì)，可是始終未成功。

從50年代末起，統(tǒng)一場(chǎng)論的研究又走向高潮，這是理論和實(shí)踐兩方面的新的發(fā)展所致。1954年楊振寧和 R.L.密耳斯把電磁作用是由定域規(guī)范不變性所決定的觀念（這原是韋耳統(tǒng)一場(chǎng)論的合理內(nèi)核,不過(guò)時(shí)空尺度變換應(yīng)改為帶電粒子的相位變換）,推廣到不可對(duì)易 的定域?qū)ΨQ群。這就揭示出規(guī)范不變性可能是電磁作用和其他作用的共同本質(zhì)，從而開(kāi)辟了用規(guī)范原理來(lái)統(tǒng)一各種相互作用的新途徑。而后，實(shí)驗(yàn)上又弄清弱作用是 普適的V-A型相互作用,和電磁作用有許多共同特點(diǎn)，這就促使人們開(kāi)始認(rèn)真考慮它們的統(tǒng)一問(wèn)題。經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家近20年的共同努力，電弱統(tǒng)一理論取得了很大的成功。

現(xiàn)在大家接受的電弱統(tǒng)一理論，是一種自發(fā)破缺的規(guī)范理論。弱作用和電磁作用都是由規(guī)范原理所要求的場(chǎng)（即規(guī)范場(chǎng)）來(lái)傳遞的，這自然地解釋了二者的共性（普適性和矢量型）。與弱作用相聯(lián)系的規(guī)范對(duì)稱性又是自發(fā)破缺的，通過(guò)黑格斯機(jī)制使傳遞弱作用的中間玻色子獲得了很重（約10eV/c）的質(zhì)量，這便解釋了弱作用同電磁作用的差異（前者力程短、耦合弱）。自發(fā)破缺規(guī)范理論還有一大優(yōu)點(diǎn)，即在量子化后做進(jìn)行微擾計(jì)算中出現(xiàn)的發(fā)散困難是可重正化的。

選取不同的規(guī)范群和破缺方案，把夸克和輕子填入規(guī)范群的不同表示,可以得到不同的電弱統(tǒng)一模型。S.L.格拉肖、S.溫伯格和A.薩拉姆提出的 SU(2)×U(1)模型，預(yù)言了弱中性流和粲數(shù)的存在及其性質(zhì)，均為以后一系列的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。由于他們對(duì)電弱統(tǒng)一理論的重大貢獻(xiàn)，這三位學(xué)者獲得了1979年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1983年，中間玻色子W±和Z相繼發(fā)現(xiàn)，是對(duì)電弱統(tǒng)一理論的重要支持。不過(guò)黑格斯粒子和黑格斯機(jī)制都尚須實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步予以檢驗(yàn)。

大統(tǒng)一規(guī)范理論 關(guān)于強(qiáng)作用，目前已有一種有希望成功的理論,即量子色動(dòng)力學(xué)；它是個(gè)不破缺的SU(3)規(guī)范理論。因此，從70年代中期起，很自然地在電弱統(tǒng)一規(guī)范理論取得成功的基礎(chǔ)上，人們又開(kāi)始了新的探索，其目標(biāo)是把強(qiáng)作用乃至引力作用通過(guò)規(guī)范原理和電弱作用相統(tǒng)一。

所謂大統(tǒng)一理論，就是試圖依照電弱統(tǒng)一理論的同樣觀念和方法（即規(guī)范場(chǎng)加自發(fā)對(duì)稱性破缺），來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、電磁和弱三種相互作用的統(tǒng)一，不過(guò)要將規(guī)范群推廣為包含子群SU(3)×SU(2)×U(1)的一個(gè)更大的單純?nèi)骸踩?i>SU(5)、SO(10)或E(7) 等〕而已。按照這種理論,各種相互作用的強(qiáng)度是隨能量而變化的。當(dāng)能量增加時(shí)，強(qiáng)作用逐漸變?nèi)?，而電弱作用則變強(qiáng)。在能量達(dá)到大約1024eV時(shí),三種作 用強(qiáng)度變成相等而統(tǒng)一為一種規(guī)范作用（由該單純?nèi)鹤鳛橐?guī)范群）。大統(tǒng)一規(guī)范理論有一個(gè)驚人的預(yù)言，即質(zhì)子是不穩(wěn)定的,它會(huì)衰變?yōu)閯e的粒子,其壽命估計(jì)為 10年。不過(guò)，到目前為止,這個(gè)預(yù)言沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)上得到證實(shí)。

此外，還有人嘗試把超對(duì)稱性（玻色子－費(fèi)密子對(duì)稱性）引入大統(tǒng)一理論，企圖解決大統(tǒng)一理論本身的一些問(wèn)題（如規(guī)范等 級(jí)問(wèn)題）。不過(guò)超對(duì)稱性帶來(lái)的問(wèn)題似乎比解決的問(wèn)題更多。更有人討論超統(tǒng)一（又叫做擴(kuò)充超引力）理論，試圖用超對(duì)稱性同時(shí)把引力和其余三種相互作用在 10eV的能量下實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。最近,為了尋找新的途徑，人們又重新對(duì)卡魯查的高維空間統(tǒng) 一場(chǎng)論發(fā)生了興趣。開(kāi)始認(rèn)真地考慮四維之外的其他維度的物理效應(yīng)。另外還有人嘗試把超對(duì)稱性和高維空間結(jié)合起來(lái)，等等。所有這些把四種相互作用全統(tǒng)一起來(lái) 的理論嘗試現(xiàn)在都很不成熟，未能給出現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)一方案。而且在這樣的能量下，引力的量子效應(yīng)已開(kāi)始變得重要，而到目前為止,還沒(méi)有令人滿意的量子化的引力理 論。可見(jiàn),距離真正實(shí)現(xiàn)愛(ài)因斯坦的宏大設(shè)想還相當(dāng)遠(yuǎn)。

總之，各種不同層次的統(tǒng)一規(guī)范場(chǎng)論，包括電弱統(tǒng)一和大統(tǒng)一規(guī)范場(chǎng)論，已經(jīng)而且仍將是理論物理的中心課題之一。建立統(tǒng)一場(chǎng)論的理想將繼續(xù)鼓舞人們不斷深入地頑強(qiáng)探索自然的奧秘。

構(gòu)成宇宙最基本要素是空間和物質(zhì)，時(shí)間反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的先後次序，它們是統(tǒng)一的是不可分割的，假定有限大宇宙有一個(gè)物質(zhì)的中心點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，宇宙空間也就會(huì)跟著運(yùn)動(dòng)，如果宇宙空間不跟著運(yùn)動(dòng)，空間、物質(zhì)、時(shí)間就不是統(tǒng)一的，就不存在宇宙，同樣，宇宙空間的運(yùn)動(dòng)，中心點(diǎn)也會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)。我們從這一哲學(xué)思想得到一個(gè)宇宙的基本定律，任何物質(zhì)都有屬于自己的空間，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致空間的運(yùn)動(dòng)，速度會(huì)隨著空間的增大而減少，空間的運(yùn)動(dòng)也會(huì)影響物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。

先看看這一基本定律能否解釋一直困擾人類的宇宙難題，以太陽(yáng)系為例，太陽(yáng)自轉(zhuǎn)，太陽(yáng)周圍的空間隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，八大行星只是靜止在彎曲運(yùn)動(dòng)的空間上，運(yùn)動(dòng)速度是隨著太陽(yáng)周圍的空間增大而減小，太陽(yáng)以及行星相對(duì)於運(yùn)動(dòng)空間是不消耗能量的相對(duì)靜止，符合能量守恒定律，而牛頓的理論和能量守恒定律有矛盾，星球的自轉(zhuǎn)牛頓只怪上帝蹬了一腳，而實(shí)際上空間運(yùn)動(dòng)速度是隨著太陽(yáng)周圍的空間增大而減小，地球落在兩面運(yùn)動(dòng)速度不同運(yùn)動(dòng)空間，靠近太陽(yáng)一面的空間運(yùn)動(dòng)速度較快，遠(yuǎn)離太陽(yáng)一面的空間運(yùn)動(dòng)速度較慢，較快一面的速度減去較慢一面的速度，剛好等于地球的自轉(zhuǎn)速度，同時(shí)對(duì)地球產(chǎn)生壓力，整個(gè)宇宙的運(yùn)動(dòng)空間互相疊加，對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)造成影響， 同時(shí)對(duì)地球產(chǎn)生更大的壓力，這種力就是萬(wàn)有引力，可見(jiàn)空間運(yùn)動(dòng)的速度差對(duì)物體產(chǎn)生萬(wàn)有引力，也就是加速度對(duì)物體產(chǎn)生力的過(guò)程，和牛頓定律中的力對(duì)物體產(chǎn)生 加速度是統(tǒng)一的，也符合廣義相對(duì)論的慣性力等效萬(wàn)有引力理論，也能夠清晰地解釋了萬(wàn)有引力的超距作用，這是牛頓和相對(duì)論所不能解釋的問(wèn)題。

事實(shí)上空間運(yùn)動(dòng)的速度差和空間彎曲的曲率.空間的疊加是產(chǎn)生所有宇宙自然力的原因，也就是統(tǒng)一場(chǎng)論，萬(wàn)有引力和磁力實(shí)質(zhì)上是同一種力，比如電子在導(dǎo)線中流動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)空間，當(dāng)兩根導(dǎo)線電流同向時(shí)，導(dǎo)線之間的運(yùn)動(dòng)空間產(chǎn)生疊加，空間運(yùn)動(dòng)速度比導(dǎo)線外圍的空間運(yùn)動(dòng)速度快，從而產(chǎn)生吸引力，而當(dāng)兩根導(dǎo)線電流方向不同向時(shí)，導(dǎo)線之間的空間運(yùn)動(dòng)速度相減，空間運(yùn)動(dòng)速度比導(dǎo)線外圍的空間運(yùn)動(dòng)速度慢，從此而產(chǎn)生斥力，有人認(rèn)為這是磁力子起作用，我們清楚地知道導(dǎo)線中電子運(yùn)動(dòng)就有磁力，電子不運(yùn)動(dòng)就沒(méi)有磁力，難道電子運(yùn)動(dòng)就有磁力子，電子不運(yùn)動(dòng)就沒(méi)有磁力子， 這是不符合物質(zhì)守恒定律的。統(tǒng)一場(chǎng)論可以解釋宇宙一切問(wèn)題，包括宇宙起源，了解宇宙運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)就會(huì)發(fā)現(xiàn)愛(ài)因斯坦宇宙運(yùn)動(dòng)和牛頓慣性運(yùn)動(dòng)是不一樣的，傳統(tǒng)上 物體的運(yùn)動(dòng)速度是單位時(shí)間內(nèi)走過(guò)的距離，當(dāng)物體在引力場(chǎng)中或高速運(yùn)動(dòng)時(shí)使用牛頓力學(xué)去計(jì)算就不準(zhǔn)確了，必須應(yīng)用相對(duì)論，由于我們生活在慢速的世界很難理解宇宙，我們必須從宇宙的角度去看宇宙，而不能從人的角度去看宇宙，就可以解決所有和宇宙運(yùn)動(dòng)有關(guān)的問(wèn)題，例如相對(duì)論認(rèn)為物體在引力場(chǎng)中或高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的時(shí)間、體積、質(zhì)量等參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，為什么？傳統(tǒng)上在慣性系中單位時(shí)間內(nèi)從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的速度為一，如果兩點(diǎn)之間放入第三點(diǎn)，速度是不會(huì)改變的，但從宇宙的角度去看速度加快了，放入的點(diǎn)數(shù)越多速度越快， 就如從人的角度去看單位時(shí)間內(nèi)我們做的事越多，辦事速度越快，宇宙運(yùn)動(dòng)的速度也是一樣，單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體掃過(guò)質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量越多，其速度越快，相對(duì)于運(yùn)動(dòng)物 體，這些點(diǎn)相對(duì)速度也越快，這說(shuō)明了質(zhì)量越大的天體，其相對(duì)速度也越快，和高速運(yùn)動(dòng)的物體產(chǎn)生效應(yīng)是一樣的，時(shí)間.體積.質(zhì)量等參數(shù)會(huì)發(fā)生相同的變化。在慣性系統(tǒng)，由于物體運(yùn)動(dòng)速度很慢，空間的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間、體積、質(zhì)量等參數(shù)發(fā)生的變化很小，可以忽略不計(jì)。