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，則是出于對物質(zhì)世界的統(tǒng)一和諧的堅定哲學(xué)信 念和要竭力探求事物內(nèi)在本性的頑強欲望。A.愛因斯坦把他后半生的精力獻給了這一事業(yè)。在他的深刻思想的影響下，統(tǒng)一場論已成為20世紀(jì)物理學(xué)的重要研究 方向。

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

由于在廣義相對論中引力場被描述為時空的彎曲，因此，設(shè)法進一步把電磁場也和時空的其他幾何屬性聯(lián)系起來，便成為那時統(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.韋耳把電磁場和時空的尺度變換相聯(lián)系；T.F.E.卡魯查和A.克萊因則把電磁勢當(dāng)作五維時空度規(guī)張量的部分分量；而愛因斯坦則將時空的度規(guī)或聯(lián)絡(luò)從對稱的推廣為不對稱的，然后把不對稱部分同電磁場聯(lián)系起來。物理學(xué)的幾何化，可說是早期統(tǒng)一場論研究的一大特色，此外，所有這些理論方案都只考慮經(jīng)典場論（即宏觀的引力和電磁現(xiàn)象），沒有涉及場的量子效應(yīng)。

經(jīng)過大約20年的努力，所有統(tǒng)一電磁場和引力場的嘗試都沒有獲得成功，但對于數(shù)學(xué)中微分幾何的發(fā)展卻有很大推動。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)一場論的研究到30年代末漸趨衰落，只有愛因斯坦堅持不懈直至逝世。

50年代初，人們已經(jīng)認識到，自然界的基本相互作用還應(yīng)包括微觀粒子之間的強相互作用和弱相互作用；統(tǒng)一場論的目標(biāo)也隨之?dāng)U大。那時W.K.海森伯曾提出一個非線性的旋量場方程，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)一場論的研究又走向高潮，這是理論和實踐兩方面的新的發(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)一場論的合理內(nèi)核,不過時空尺度變換應(yīng)改為帶電粒子的相位變換）,推廣到不可對易 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)，從而開辟了用規(guī)范原理來統(tǒng)一各種相互作用的新途徑。而后，實驗上又弄清弱作用是 普適的V-A型相互作用,和電磁作用有許多共同特點，這就促使人們開始認真考慮它們的統(tǒng)一問題。經(jīng)過許多科學(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（即規(guī)范場）來傳遞的，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)范對稱性又是自發(fā)破缺的，通過黑格斯機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，即在量子化后做進行微擾計算中出現(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驗所證實。由于他們對電弱統(tǒng)一理論的重大貢獻，這三位學(xué)者獲得了1979年度諾貝爾物理學(xué)獎。1983年，中間玻色子W±和Z相繼發(fā)現(xiàn)，是對電弱統(tǒng)一理論的重要支持。不過黑格斯粒子和黑格斯機制都尚須實驗進一步予以檢驗。

大統(tǒng)一規(guī)范理論 關(guān)于強作用，目前已有一種有希望成功的理論,即量子色動力學(xué)；它是個不破缺的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，人們又開始了新的探索，其目標(biāo)是把強作用乃至引力作用通過規(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)范場加自發(fā)對稱性破缺），來實現(xiàn)強、電磁和弱三種相互作用的統(tǒng)一，不過要將規(guī)范群推廣為包含子群SU(3)×SU(2)×U(1)的一個更大的單純?nèi)骸踩?i>SU(5)、SO(10)或E(7) 等〕而已。按照這種理論,各種相互作用的強度是隨能量而變化的。當(dāng)能量增加時，強作用逐漸變?nèi)?，而電弱作用則變強。在能量達到大約1024eV時,三種作 用強度變成相等而統(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)范理論有一個驚人的預(yù)言，即質(zhì)子是不穩(wěn)定的,它會衰變?yōu)閯e的粒子,其壽命估計為 10年。不過，到目前為止,這個預(yù)言沒有在實驗上得到證實。

此外，還有人嘗試把超對稱性（玻色子－費密子對稱性）引入大統(tǒng)一理論，企圖解決大統(tǒng)一理論本身的一些問題（如規(guī)范等 級問題）。不過超對稱性帶來的問題似乎比解決的問題更多。更有人討論超統(tǒng)一（又叫做擴充超引力）理論，試圖用超對稱性同時把引力和其余三種相互作用在 10eV的能量下實現(xiàn)統(tǒng)一。最近,為了尋找新的途徑，人們又重新對卡魯查的高維空間統(tǒng) 一場論發(fā)生了興趣。開始認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稱性和高維空間結(jié)合起來，等等。所有這些把四種相互作用全統(tǒng)一起來 的理論嘗試現(xiàn)在都很不成熟，未能給出現(xiàn)實的統(tǒng)一方案。而且在這樣的能量下，引力的量子效應(yīng)已開始變得重要，而到目前為止,還沒有令人滿意的量子化的引力理 論?？梢?距離真正實現(xiàn)愛因斯坦的宏大設(shè)想還相當(dāng)遠。

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

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

先看看這一基本定律能否解釋一直困擾人類的宇宙難題，以太陽系為例，太陽自轉(zhuǎn)，太陽周圍的空間隨太陽轉(zhuǎn)動，八大行星只是靜止在彎曲運動的空間上，運動速度是隨著太陽周圍的空間增大而減小，太陽以及行星相對於運動空間是不消耗能量的相對靜止，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，而實際上空間運動速度是隨著太陽周圍的空間增大而減小，地球落在兩面運動速度不同運動空間，靠近太陽一面的空間運動速度較快，遠離太陽一面的空間運動速度較慢，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，同時對地球產(chǎn)生壓力，整個宇宙的運動空間互相疊加，對地球的運動造成影響， 同時對地球產(chǎn)生更大的壓力，這種力就是萬有引力，可見空間運動的速度差對物體產(chǎn)生萬有引力，也就是加速度對物體產(chǎn)生力的過程，和牛頓定律中的力對物體產(chǎn)生 加速度是統(tǒng)一的，也符合廣義相對論的慣性力等效萬有引力理論，也能夠清晰地解釋了萬有引力的超距作用，這是牛頓和相對論所不能解釋的問題。

事實上空間運動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)一場論，萬有引力和磁力實質(zhì)上是同一種力，比如電子在導(dǎo)線中流動產(chǎn)生運動空間，當(dāng)兩根導(dǎo)線電流同向時，導(dǎo)線之間的運動空間產(chǎn)生疊加，空間運動速度比導(dǎo)線外圍的空間運動速度快，從而產(chǎn)生吸引力，而當(dāng)兩根導(dǎo)線電流方向不同向時，導(dǎo)線之間的空間運動速度相減，空間運動速度比導(dǎo)線外圍的空間運動速度慢，從此而產(chǎn)生斥力，有人認為這是磁力子起作用，我們清楚地知道導(dǎo)線中電子運動就有磁力，電子不運動就沒有磁力，難道電子運動就有磁力子，電子不運動就沒有磁力子， 這是不符合物質(zhì)守恒定律的。統(tǒng)一場論可以解釋宇宙一切問題，包括宇宙起源，了解宇宙運動的本質(zhì)就會發(fā)現(xiàn)愛因斯坦宇宙運動和牛頓慣性運動是不一樣的，傳統(tǒng)上 物體的運動速度是單位時間內(nèi)走過的距離，當(dāng)物體在引力場中或高速運動時使用牛頓力學(xué)去計算就不準(zhǔn)確了，必須應(yīng)用相對論，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動有關(guān)的問題，例如相對論認為物體在引力場中或高速運動時，物體的時間、體積、質(zhì)量等參數(shù)會發(fā)生變化，為什么？傳統(tǒng)上在慣性系中單位時間內(nèi)從一點到另一點的速度為一，如果兩點之間放入第三點，速度是不會改變的，但從宇宙的角度去看速度加快了，放入的點數(shù)越多速度越快， 就如從人的角度去看單位時間內(nèi)我們做的事越多，辦事速度越快，宇宙運動的速度也是一樣，單位時間內(nèi)運動物體掃過質(zhì)點的數(shù)量越多，其速度越快，相對于運動物 體，這些點相對速度也越快，這說明了質(zhì)量越大的天體，其相對速度也越快，和高速運動的物體產(chǎn)生效應(yīng)是一樣的，時間.體積.質(zhì)量等參數(shù)會發(fā)生相同的變化。在慣性系統(tǒng)，由于物體運動速度很慢，空間的運動速度、時間、體積、質(zhì)量等參數(shù)發(fā)生的變化很小，可以忽略不計。