爱因斯坦的统一理论

1915年，爱因斯坦于完成了他的杰作——广义相对论。但是，爱因斯坦觉得他的杰作还不完整，他想发展一个统一理论。不幸的是，他最终失败了，但他的想法仍然是非常值得研究的。

然而，在此之前，我必须告诉你爱因斯坦在提出统一理论时物理学的状况。今天，物理学家知道四种基本的相互作用。除了引力之外，还有电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。

但是，当爱因斯坦完成广义相对论时，强相互作用还没有被发现，弱相互作用的理论也还没有发展起来。所以他提出的统一理论实际上只有两种基本力：引力和电磁力。这两者有一定的相似之处，力的大小都与距离的平方成反比。

由于爱因斯坦如此成功地将引力描述为空间的曲率，他自然想知道是否可以用同样的方式来描述电磁力。1928 年，爱因斯坦发表了一篇论文，试图将电磁力与引力结合起来。他提出了一个新想法，其中度规张量可能有一个可以描述电磁学的反对称部分。

在广义相对论中，时空是由度规张量描述的，它是对称的。在电磁学中，有一个叫做场强张量的东西，而它是反对称的。现在的问题是，如果有任意一个张量，我们可以将其分解为对称部分和反对称部分。所以爱因斯坦说，我们将度规张量变成任意张量，使用对称部分表示引力，用反对称部分表示电磁力。

我认为这就是问题所在，因为广义相对论中的度规张量与场强张量无关，而与电磁势相关。如果想将两者结合起来，必须将电磁势放入度规中。这确实是西奥多·卡鲁扎所做的，他添加了空间的第四维，并将电磁势放在那里。这个想法后来被奥托·克莱因改进，现在被称为卡鲁扎-克莱因理论。

这个想法确实很有效，它结合了广义相对论和电磁学的。但该理论只给出电磁场，不能描述带电粒子。所以它没有解决爱因斯坦想要解决的问题，也就没有采用这个想法。

爱因斯坦的统一理论有另一个线索，那就是黑洞。爱因斯坦完成了他的广义相对论后，卡尔·史瓦西发现了爱因斯坦场方程的一个解，该方程描述了我们现在所说的黑洞。