百年回首相對論|盧安迪

愛因斯坦的廣義相對論，是描述宏觀世界的引力作用，至今發現最可靠的理論。要欣賞廣義相對論的重要性，我們要對宇宙中的四種基本力有全盤的認識。

今年是愛因斯坦發表廣義相對論100周年，在普林斯頓大學見到一些相對論研討會的海報。愛因斯坦的人生最後22年在普林斯頓度過，這裏的雪糕店也有愛因斯坦在店內吃雪糕的照片。普林斯頓還有一個愛因斯坦展覽，其中有一名六歲女孩寫給他的信：「愛因斯坦先生，我在報紙上看見您，我建議您去剪剪頭髮，那樣你會更帥！」

要欣賞廣義相對論的重要性，我們要對宇宙中的四種基本力（fundamental interactions）有全盤的認識。這四種力分別為引力、電磁力、強核力和弱核力。其中強核力和弱核力的作用只限於粒子之間的極短距離，而我們日常感受或觀察到的多為引力和電磁力。任何有質量的物體之間都存在引力，而任何帶電物體之間都存在電磁力（同性相斥，異性相吸）。愈接近的物體，它們之間的引力和電磁力就愈強。

在很多情況下，電磁力都比引力強得多。例如為何你現在坐在椅子上，沒有掉下去？椅子給你的承托力，其實是接觸面之間的電磁力。一張小小的椅子的電磁力，足以抵抗整個地球把你往下拉的引力。另外，假如一個氫原子的核與電子之間沒有電磁力，單靠引力相吸，那個氫原子便會比整個宇宙更大！

然而，引力之所以重要，是因為宇宙中不是太多物體帶電，但（幾乎）所有東西都有質量。例如大部分星球基本不帶電，卻有很大的質量，它們的運行便由引力支配。愛因斯坦的廣義相對論，是描述宏觀世界的引力作用，至今發現最可靠的理論。

萬有理論一統宇宙

物理學的發展，可以看成是把各種理論整合的過程。從前人們以為電力和磁力是互不相干的概念，到19世紀才發現它們是同一種力──電磁力──的兩個方面（而且「光」也是一種電磁現象！）。1960年代，科學家又把電磁力和弱核力合併成「電弱力」。如果能用單一理論來概括宇宙中的所有基本力，我們便找到了傳說中的「萬有理論」（Theory of Everything）！

愛因斯坦晚年努力尋找萬有理論，但未竟全功。近幾十年萌生的「弦理論」（string theory），則是另一嘗試。此外，約翰．拿殊教授（John Nash）五年前來香港時告訴我，他正在研究60年前在普林斯頓跟愛因斯坦討論過的理論物理想法。去年五月，他更表示已發現廣義相對論的推廣，能解釋量子引力的現象！可惜，拿殊教授三日後遇上車禍逝世，那個還未發表的理論也隨他長埋大地。

原刊於《大公報》，獲作者授權轉載。

（封面圖片：Pixabay / CC0）

盧安迪

畢業於聖保羅男女中學及美國普林斯頓大學，多次代表香港於國際數學奧林匹克、國際物理奧林匹克獲金、銀牌，現為美國史丹福大學經濟學系博士生，亦為國際數學奧林匹克香港委員會成員及香港聯校數學學會教師顧問。崇尚博雅教育，追求文理一家，高舉個人權利，捍衛自由經濟，並為普林斯頓大學自由意志主義學會 Princeton Libertarians 創會主席。2015年因維護言論自由及學術自由的工作而獲全美學者協會（National Association of Scholars）選入高等教育十大最具影響力人物。