1915年，愛因斯坦于完成了他的杰作——廣義相對論。但是，愛因斯坦覺得他的杰作還不完整，他想發(fā)展一個統(tǒng)一理論。不幸的是，他最終失敗了，但他的想法仍然是非常值得研究的。

然而，在此之前，我必須告訴你愛因斯坦在提出統(tǒng)一理論時物理學(xué)的狀況。今天，物理學(xué)家知道四種基本的相互作用。除了引力之外，還有電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用。

但是，當(dāng)愛因斯坦完成廣義相對論時，強(qiáng)相互作用還沒有被發(fā)現(xiàn)，弱相互作用的理論也還沒有發(fā)展起來。所以他提出的統(tǒng)一理論實際上只有兩種基本力：引力和電磁力。這兩者有一定的相似之處，力的大小都與距離的平方成反比。

由于愛因斯坦如此成功地將引力描述為空間的曲率，他自然想知道是否可以用同樣的方式來描述電磁力。1928 年，愛因斯坦發(fā)表了一篇論文，試圖將電磁力與引力結(jié)合起來。他提出了一個新想法，其中度規(guī)張量可能有一個可以描述電磁學(xué)的反對稱部分。

在廣義相對論中，時空是由度規(guī)張量描述的，它是對稱的。在電磁學(xué)中，有一個叫做場強(qiáng)張量的東西，而它是反對稱的。現(xiàn)在的問題是，如果有任意一個張量，我們可以將其分解為對稱部分和反對稱部分。所以愛因斯坦說，我們將度規(guī)張量變成任意張量，使用對稱部分表示引力，用反對稱部分表示電磁力。

我認(rèn)為這就是問題所在，因為廣義相對論中的度規(guī)張量與場強(qiáng)張量無關(guān)，而與電磁勢相關(guān)。如果想將兩者結(jié)合起來，必須將電磁勢放入度規(guī)中。這確實是西奧多·卡魯扎所做的，他添加了空間的第四維，并將電磁勢放在那里。這個想法后來被奧托·克萊因改進(jìn)，現(xiàn)在被稱為卡魯扎-克萊因理論。

這個想法確實很有效，它結(jié)合了廣義相對論和電磁學(xué)的。但該理論只給出電磁場，不能描述帶電粒子。所以它沒有解決愛因斯坦想要解決的問題，也就沒有采用這個想法。

愛因斯坦的統(tǒng)一理論有另一個線索，那就是黑洞。愛因斯坦完成了他的廣義相對論后，卡爾·史瓦西發(fā)現(xiàn)了愛因斯坦場方程的一個解，該方程描述了我們現(xiàn)在所說的黑洞。

但這個解有奇點，其中一些量呈現(xiàn)出無限值。愛因斯坦認(rèn)為這是不對的，奇點在現(xiàn)實中不應(yīng)該發(fā)生。如果他的理論允許這些，那么它就有問題了。因此，他嘗試使用奇點不存在的要求試圖找到描述基本粒子的解決方案。

順便說一下，愛因斯坦在這里犯了一個錯誤。在史瓦西解中，存在兩個奇點，一個位于黑洞的視界，另一個位于中心。我們今天知道，視界處的奇點是坐標(biāo)奇點，可以通過坐標(biāo)變換消除，也就是個假奇點。但愛因斯坦也在這個不存在的奇點下功夫了。

回到正題，愛因斯坦想要消除黑洞奇點，這就是他在1935年與內(nèi)森·羅森 發(fā)表著名論文的原因，他們在論文中引入了現(xiàn)在所謂的愛因斯坦-羅森橋。他們所做的就是去掉黑洞的內(nèi)部并連接兩個宇宙，這是已知的最簡單的蟲洞例子。

但他們寫這篇論文不是為了介紹蟲洞的，而是認(rèn)為這些蟲洞是基本的粒子。他們非常清楚地寫道：現(xiàn)在給定的解決方案中看到了基本粒子（中子）的數(shù)學(xué)描述，黑洞內(nèi)沒有奇點。然后，他們繼續(xù)添加電荷并將其解釋為帶電粒子。

你可能已經(jīng)注意到的一件事，我們今天知道中子不是基本粒子。但這不是這個想法的主要問題，主要問題是人們可以根據(jù)這個“基本粒子”的質(zhì)量計算出它的尺寸大小。結(jié)果顯示，與中子質(zhì)量相當(dāng)?shù)倪@個“基本粒子”尺寸比中子小了30個數(shù)量級。對于其他基本粒子來說，這會變得更加極端。

因此，愛因斯坦沒有進(jìn)一步追求這個想法。相反，他開始追求他1928年提出的想法，即將電磁勢放入度規(guī)張量中。他引入的想法是遠(yuǎn)距平行性，這就是后來被稱為愛因斯坦統(tǒng)一理論的東西。在接下來的 10 年里，他發(fā)表了大約 10 篇關(guān)于此的論文。

簡而言之，愛因斯坦的統(tǒng)一場論是廣義相對論的修改版本，它有更多的方程，愛因斯坦說這些附加方程將代表電磁學(xué)。之所以稱為遠(yuǎn)距平行性，因為它首先消除了時空的曲率，然后要求不同地方（遠(yuǎn)距）的坐標(biāo)系彼此平行。

從今天的角度來看，這很明顯行不通。我們知道電磁場具有量子屬性，但我們無法從遠(yuǎn)距平行中得到，因為它是一種非量子理論。愛因斯坦可能知道這一點，但忽略了它，因為他不相信量子理論從根本上是正確的。

最終，愛因斯坦也未能搞出統(tǒng)一理論。