1、愛因斯坦之后物理學的狀況及其革命性因素愛因斯坦是本世紀初物理學學革命的巨人。海森伯在談到愛因斯坦的貢獻時說，他“有點像藝術領域中的達芬奇或者貝多芬，愛因斯坦也站在科學的個轉折點上，而他的著作率先表達出這一變化的開端；因此，看來好像是他本人發動了我們在本世紀上半期所親眼目睹的革命”。的確，從1905年的“幸運年”年到1916年廣義相對論論文“標準版本”的發表，愛因斯坦在兩個研究方向上奠定了20世紀物理學的基礎。一是不變性原理的研究，最終創立了狹義相對論(1905年)和廣義相對論(1915年)。二是統計理論的研究，其結果導致布朗運動理論(1905年)、分子大小測定法、光量子假設（1905年）、首次

2、固體量子論(1907年)、光的波粒二象性(1907年)以及導致激光發現的A、B系數(1916年)。最后，在1925年，他完成了另一主要創造性工作，即獨立于德布羅意的關于物質波粒二象性的假設。指明不變原理和統計漲落這兩個別出心裁的研究方向，乃是愛因斯坦“前不見古人，后不見來者”的杰作。在1916年之后，這兩個方向合二而一，成為愛因斯坦探索統一場論的指南。愛因斯坦向來謙虛謹慎，虛懷若谷。他一生勇于批判，勇于探索，勇于創新，從來也沒有躺在功勞簿上高枕而臥。他經常以萊辛(GELessing)的至理名言自勉：對真理的追求要比對真理的占有更為可貴。他反對別人為相對論的成就大叫大嚷，也反對把相對淪看作是物理

3、學理論的頂峰。愛因斯坦認為：“我們關于物理實在的觀念決不會是最終的。為了以邏輯上最完善的方式來正確地處理所感覺到的事實，我們必須經常準備改變這些觀念也就是說，準備改變物理學的公理基礎”。他還說：“然而為了科學，就必須反反復復地批判這些基本概念，以免我們會不自覺地受它們支配。在傳統的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引起了觀念的發展的那些情況下，這就變得特別明顯”。在這種思想的指導下，愛因斯坦曾多次表示，他的理論絕不是完美無缺的終極理論，它們將來一定會被其他更完善的理論來代替。本世紀20年代量子力學建立以后，狹義和廣義相對論與量子理論相結合，一直是理論物理學發展的堅實基礎。半個世紀以來，這種

4、結合不斷發展和深化，也不斷接受科學實驗的檢驗。一方面，實驗事實充分證明相對論和量子力學在其有效范圍內是可靠的理論；另一方面，實驗研究和理論進展表明，它們也遇到了一些難以解決的反常問題，其中一些問題是帶有根本性的和革命性的，似乎難以容納在相對論和量子力學的框架內。因此，在相對論和量子力學還處于興盛時期的今天，汲取這些理論的真理性的內容，克服它們所面臨的疑難，進一步探索自然界的奧秘，就已經提到當代物理學家的議事日程上來了。在這里，我們擬就當代物理學的現狀和革命趨勢，簡要地作一點不甚全面的述評。狹義相對論誕生以后，人們就一直設法做實驗來驗證它。1958年，有人改進了邁克耳孫-莫雷實驗，得到了“以太風

5、”小于地球軌道速度的11000的結論。后來利用穆斯堡爾效應，測得“以太風”的速度為1.6±2.8米/ 秒，遠遠小于期望值(30公里秒)。這既是對狹義相對論的驗證，也證明根本不存在19世紀的作為電磁場載體的以太。尤其明顯的是，從宇宙線的探測到高能加速器以及對撞機的應用，幾乎高能物理實驗的各個方面都要涉及狹義相對論效應，可是隨著加速能量的不斷提高，現在已經確認在小到約為一個質子半徑百分之一的距離內，沒有觀測到狹義相對論的破壞。有人進行了靜止光子質量的實驗及光速測定的實驗，還有人進行了大量有關運動介質的電動力學實驗和直接檢驗尺縮鐘慢的相對論效應實驗，甚至有人用高速噴氣飛機上的原子鐘驗證運動

6、時鐘變慢的效應。所有這些實驗都表明，無論在微觀尺度還是在宏觀尺度，還沒有發現狹義相對論有破壞的跡象。但是，這一切并不意味著狹義相對論就毋庸置疑了，就沒有進一步探討的必要了。情況完全不是這樣。盡管狹義相對論的具體結論得到了實驗驗證，但是只要它的兩個邏輯前提相對性原理和光速不變原理未有確鑿的實驗證據，它們就仍然帶有假設成分和“先驗”性質。愛因斯坦在提出這兩條原理時也是意識到這一點的。例如，他在1922年就光速不變原理寫道：“相對論常遭指責，說它未加論證就把光的傳播放在中心理論的地位，以光的傳播定律作為時間概念的基礎。然而情形大致如下：為丁賦予時間概念以物理意義，需要某種能建立不同地點之間的關系的過

7、程。為這樣的時間定義，究竟選擇哪一種過程是無關重要的。可是為了理論只選用那種已有某些肯定解的過程是有好處的。由于麥克斯韋與洛倫茲的研究之賜，和任何其他考慮的過程相比，我們對于光在真空中的傳播是了解得更清楚的”。事隔60余年，這種狀況并沒有得到改變。在愛因斯坦提出光速不變原理時，已有的實驗只是說明在閉合回路中平均光速的不變性，而不是光速不變原理本身。能不能找到更為基本的對鐘手段，或者通過其他途徑，來檢驗光速不變所包含的假定，是有待于科學實驗進一步發展來解答的基本問題。因為光速不變原理是現代物理學的柱石之一，解決這個問題難度較大，影響深遠，結果到底如何，人們將拭目以待。60年代以來，有人提出了超光

8、速粒子的新課題，他們稱這種粒子為“快子。超光速理論工作一般從狹義相對論出發，將其推廣，求得既適合于慢子(低于光速的粒子)和光子，又適合于快子的相對論理論。據理論上的推測，快子具有奇異的物理性質。它的質量是虛數，它的速度將隨能量的耗散而無限增加，當它的能量趨于零時，則速度趨于無窮大。快子一旦產生，就具有大于光速的速度。要使它的速度減小，必須供給它能量。如要減小到光速，則必須供給它無限大的能量才行，因此其速度不可能減小到光速或低于光速。快子的負能問題是一個復雜的問題。由于負能量的出現，將意味著任何一個物理系統，因為可能無限地釋放快子而處于不穩定狀態，系統將無限地增加自己的能量，從而導致永動機的出現

9、。而且，更為使人驚異的是，即使無限地產生快子對，也不會破壞能量動量守恒定律，同時也不會改變真空中的總能量。另外，根據洛倫茲變換，快子從一個坐標系轉換到另一個坐標系的過程中，可能改變時間的順序，即時間倒流。這樣一來，也許就要出現像打油詩“年青女郎名葆蕾，神行有術光難追，快子理論來指點，今日出游昨夜歸”所描繪的“奇跡”。這兩個困難問題雖然可以借助二次說明原理(即應該將一個具有負能量的粒子看作是先被吸收，然后再發射，這樣一來，負能量與時間倒流和正能量與時間順流的物理意義完全一樣，因而變換坐標系后物理定律依然不變)來解釋，但它并沒有解決不變的因果律的問題。另外，快子有可能以無限大的速度傳播，因而假若存

10、在著快子，就可能瞬時傳遞作用信息，似乎又可能回到“超距作用”論的概念上去。不過，近10多年來，雖說在理論方面和實驗方面都作了不少的工作，但至今尚未取得重大突破。要使快子理論與現代物理學理論協調起來，還需要克服相當多的困難。不過，這卻有可能迫使人們跳出目前的理論框架，克服早已習慣了的觀念，從而產生巨大而深遠的影響。相對性原理是狹義相對論的另一個基本原理，它認為一切慣性系彼此等價，沒有任何實驗能確定那個更為優越。但是，作為現代宇宙學兩個理論基礎之一的哥白尼原理(另一個是廣義相對論)卻要求，存在著描述宇宙演化的宇宙時標和宇宙空間的標準坐標，典型星系或星系團在其中的分布是均勻各向同性的。宇宙背景輻射和

11、各向同性的發現等大量觀察資料都支持把哥白尼原理作為描述宇宙大尺度行為的基本原理。于是，宇宙時標就是相對優越的時標，它描述著宇宙的演化，而相對于這個時標的同時性在宇宙演化上具有本質的意義。典型星系或星系團均勻各向同性的空間就是宇宙背景空間，它相當于一個優越的坐標系。可以推知，若在相對于該坐標系以某一速度運動的參照系上觀測星系，就會發現它們的分布不是均勻各向同性的，因此原則上就有可能測出運動坐標系相對于優越背景空間的速度。現在，已有人測出地球相對于各向同性背景輻射(優越的背景空間)的速度為每秒數百公里，這和地球相對于典型星系或星系團的速度是基本一致的。眾所周知，作為整個相對論物理學根基的狹義相對論

12、，恰恰否定了牛頓的絕對時間和絕對空間，否定了同時性的絕對性。雖然宇宙時標和宇宙背景空間的概念并不是牛頓的絕對時間和絕對空間，相對于宇宙演化的同時性也不是牛頓意義的同時性的絕對性，但在概念的物理意義上畢竟有可以比擬之處。這表明，狹義相對論的時間、空間概念以及慣性運動和慣性系的概念，還有相對性原理本身，在宇觀尺度上統統不再成立了。這樣一來，對于這個宇宙背景空間上的局部引力現象的更精確的描述就應以宇宙學原理為基礎，而不應當以廣義相對論為基礎。這意味著相對論在宇觀尺度范圍內必須從根本上加以改造。愛因斯坦為了在相對性原理(意味著一切慣性系平權，沒有優越的慣性系)和光速不變原理(指光速在“空虛空間”中不變

13、)上建造他的狹義相對論，他就沒有必要再保留以太概念。但是，空虛空間的概念畢竟是一個令人困惑的概念，愛因斯坦本人在建立廣義相對論時，也認為空虛空間是不可思議的，為此他賦予空間以物質的內容，引入了所謂的“相對論以太”。但廣義相對論并非狹義相對論的簡單推廣，所以狹義相對論中的“空虛空間”是一個幽靈。愛因斯坦后來想在統一場論中解決這個問題，但他的宿愿未能實現。1929年，狄喇克在解決相對論性電子理論產生的負能困難時，提出了一個基于新的真空圖像的解決方案。原來，空虛空間即真空并非一無所有，而是所有的負能態都已填滿，所有的正能態都未被占據的最低能態，它作為一種普通存在的背景并沒有可觀察效應。因此，真空不再

14、是絕對的虛空，而是種充滿了物質實體的存在形式，這就給愛因斯坦的“相對論以太”描繪了一幅實在的圖景。在某種意義上也可以說，這是古老的以太概念在新科學中獲得了“新生”。比如，在現代場論中占有重要地位的真空自發破缺，就與這種“新以太”觀念有著內在的聯系，而當前對真空結構的研究就可以看作是對以太結構的研究。其實，李政道博士在研究“不尋常核態”的工作中，也發現空虛空間存在著真空物質。現在，人們已經認定，真空是一種物理實體，它能對其它物質發生影響；真空具有相對論不變性，在有的情況下，真空也系某種介質，當不滿足某種不變性時，就形成真空自發破缺，從而使規范場粒子獲得靜止質量；處于真空狀態的場仍保持持續不斷的振

15、蕩，即所謂真空起伏，非阿貝爾規范場有一類特殊的叫作“瞬子”的真空物質。廣義相對論是物理學理論寶庫中前所未有的珍品。這個理論以其概念的深刻、結構的嚴謹，內容的新穎和推論的精確而為人稱道，但它之所以能轟動一時，主要還在于它解釋了牛頓引力理論無法解釋的水星近日點的剩余進動，并預言出不久經過實驗證實的光線偏折和引力紅移。50年代，有人改良了儀器設備，將厄缶實驗的精度108提高到1011，證明引力質量與慣性質量相等，近幾年又有人將精度提高到1012的數量極，這也是對等效原理的支持。由于采用穆斯堡爾效應，科學家在實驗室中驗證了引力紅移。有人早已通過測量人造衛星中懸浮陀螺的進動，來驗證廣義相對論。70年代初

16、，又有人通過測量對遙遠行星的雷達回波的方式檢驗了廣義相對論。70年代末，幾家大天文臺同時報道采用射電天文學的方法測量某些類星體發出的射電信號經過太陽的彎曲程度，大大提高了檢驗光線偏折的精度，對廣義相對論提供了新的實驗支持。但是，廣義相對論也面臨著一些困難和亟待解決的問題。廣義相對論一建立，愛因斯坦就企圖用它來描述作為一個整體的宇宙大尺度的行為。從此以后，廣義相對論和天文學密切結合，形成了相對論天體物理學的一個富有成果的領域現代宇宙學。值得一提的是，現代宇宙學在60年代取得丁長足的進展，觀察材料已經支持早期宇宙的大爆炸模型，發現了空間各向同性的微波背景輻射。在這里，尤為值得一提的是霍金(SHaw

17、king)等著名的相對論學者關于黑洞理論和大尺度時空結構的研究。廣義相對論的引力場在理論上存在著奇性，這種奇性具有十分奇特的性質，沿著短程線運動的粒子或光線會在奇性處“無中生有”或不知去向。按照廣義相對論，演化到晚期的星體只要還有兩三個太陽的質量，就會遲早變為黑洞，包括光線在內的任何物體都會被黑洞的強大引力吸到里面而消失得無影無蹤。不僅如此，黑洞還要不斷坍縮到時空奇性。時間停止了，空間成為一個點，一切物理定律，包括因果律都失去意義，一切物質狀態都被撕得粉碎。此外，經典理論中的一個黑洞永遠不能分裂為兩個黑洞，只能是兩個或兩個以上的黑洞合為一個黑洞，其結果很可能是整個宇宙變為一個大黑洞，并且早晚要

18、坍縮到奇性。尋找黑洞的觀測工作也在穩步進展。1970年底，美國和意大利聯合發射了載有X射線探測裝置的衛星，這顆衛星工作到1974年，共探測到161個射線源，經篩選確認，天鵝座X-1最有希望是一個黑洞。另外，圓規座X-1與天鵝座X-1數據非常相似，也很有希望被證認為黑洞。現在，關于黑洞的理論的研究正在進展，觀察結果還有待進步證實。無論如何，廣義相對論竟然要求這類難以接受的奇性，無疑是一個難題。或者廣義相對論本身要修改，或者物理學的其他基本概念和原理要有重大變更。大爆炸宇宙學的研究越來越追溯到更早期的宇宙。特別是80年代以來，根據大統一理論發展起來的暴漲宇宙學，開始研究宇宙年齡約為1036秒或更早

19、期的情況。當宇宙年齡小于1036秒時，宇宙間不僅沒有星球，沒有化學元素，甚至連任何基本粒子也沒有，有的只是時間、空間和物理的真空。繼續追溯這種非常單純、非常對稱的狀態，便會得出時空創生于無(當然也就是說宇宙創生于無)的結論。其實，空間和時間的非永恒性，在相對論和量子論中已有強烈的暗示。按照相對論，不同的運動觀測者將測得不同的時間值。最有趣的例子就是雙生子佯謬，它描述的是兩個觀察者開始在一起，最終又在一起，但由于中間的運動情況各不相同，則二者所測得的歷時是不一樣的。因此，原則上講，要精確地測量時間，就必須精確地知道測量者的運動軌跡。然而，量子論中的測不準原理告訴我們，不可能精確地了解任何一個物體

20、在時間中的運動軌跡，從而也就原則上否認了精確測定時間的可能性。這個精度的限制是lp(hG/c3)1/21033厘米，tp(hG/c3)1/21043秒，其中h是普朗克常數，G是萬有引力常數，c是光速。lp和tp分別叫做普朗克長度和普朗克時間。它們的意義是：我們無法造出一種“尺”和“鐘”，用來測定小于lp的長度和小于tp的時間。一個量在原則上不能測量，就不會有物理意義。這表明，在小于lp和tp的范圍內，空間、時間概念就失效了。1983年以來，霍金就致力于發展一種宇宙的自足理論。1984年初，他和他的合作者得到了第一個完整的宇宙自足解。該理論的第一個要點是建立非時間的理論，這種新的“時”空，實際上

21、是一種歐幾里得空間，其中不再含有時間坐標。該理論的第二個要點是給出上述歐氏空間的創生幅度，即宇宙創生于無的幅度。霍金只就簡單的情況作了計算，還不能看作是真實宇宙的解，而不過是玩具式的模型而已，但它無疑向人們提出了一個值得深思的問題：我們關于時空和宇宙的傳統觀念是否一貫正確?這當然是向現代物理學和哲學的挑戰。從50年代末到70年代初，廣義相對論經典理論的研究也大大深化了，其中引人注目的是引力波的進展。一開始，對于廣義相對論是否存在引力波的問題一直爭論不休，因為人們當時搞不清廣義相對論中的引力波會不會僅僅是一種坐標效應，這在很大程度上是對廣義相對性原理的不恰當的理解而引起的。60年代初，人們弄清了

22、在理論上的確存在引力波。引力波可以看作是以光速傳播的力場，它和電磁波在許多方面類似，和坐標系的選擇毫無關系。由于引力波與物質的相互作用十分微弱，這給探測引力波的工作帶來了很大的困難，用實驗方法產生引力波的困難尤為嚴重。美國馬里蘭大學韋伯(JWeber)教授于1958年開始進行引力波的實驗，經過10余年的努力，曾宣布檢測到來自銀河系中心的引力波，但結果不十分可靠，目前尚無定論。美國的泰勒等人測出射電脈沖雙星PSRl913+16的公轉周期變短，測得周期變率為(3.2±0.6)×1012，并在20的誤差范圍內與廣義相對論輻射阻尼理論符合，這個結果可以看作是引力波存在的第一個間接的

23、定量證據。1982年，他們又進一步發展了減小誤差后的結果。不過，人們還希望利用多普勒跟蹤法或激光測距法觀測兩天體在引力波作用下間距的變化來直接探測引力波。現在，美國航天局和歐洲航天局正在加速這方面的研究，并使測距精度大大提高(例如地球和月亮的距差為±5厘米)，其靈敏度ll已達10131016，即便如此，還需把精度提高四個數量級才有可能探測到引力波。為此，歐美曾計劃在1985年發射兩艘深空間飛船（伽利略號和國際太陽極任務號），屆時可望將測量精度提高到1020。一旦引力波探測工作取得成功，就可以進而研究引力波的性質，從而就會判明那種度規理論對宏觀引力現象的描述更符合客觀事實。由以上有關描

24、繪也可以看出，引力問題已處于一個充滿矛盾的新時期。雖然廣義相對論經過一些實驗檢驗，與其他理論相比可以看作是描述宏觀引力現象的一個較成功的理論，但它在處理某些極端條件下的問題(黑洞、引力坍縮、奇點、宇觀優越坐標系、1036秒之前的早期宇宙等)時，又表現出一定的局限性。因此，廣義相對論也是人們認識發展過程中的相對真理，它也面臨著亟待改革的形勢。人們為了解決四種作用力的統一描述和引力領域內的各種矛盾問題，正在已有的理論上發展引力規范理論和超引力理論。關于統一場論，愛因斯坦從1923年起直到1955年去世，一直從幾何學的觀點出發，企圖把電磁場和引力場統一起來(幾何統一場論)，但是沒有取得具有物理意義的

25、成果。但是，在30年代和40年代，隨著弱相互作用、強相互作用以及各種基本粒子的大量發現，統一場論又中興起來。50年代，海森伯不是從幾何學角度，而是從量子場論的角度出發，提出了一種量子統一場論，想用統一的自旋場把各種基本粒子和它們的相互作用都囊括進去，也沒有獲得決定性的成功。1954年，楊振寧和米爾斯為統一場論開辟了道路。他們推廣了魏耳的規范不變思想，提出了揚-米爾斯場即非阿貝爾規范場理論。這種理論與拓撲學中的纖維叢概念有著密切的聯系，它雖然在數學上很完美，但在描述各種相互作用時卻遇到了困難。三年后，施溫格建議一種可能導致弱電統一理論的矢量介子理論。到60年代，電磁場理論已由20年代的非量子化的

26、相對論性電動力學發展成量子化的量子電動力學(QED)，為統一場論的建立奠定丁理論基礎。1961年，施溫格的學生格拉肖發展了一種弱相互作用理論，它同電磁相互作用有驚人的相似之處，并采用四個生成元，即光子、W、W粒子和中性流矢量玻色子，也就是現在的Z0粒子的SU(2)XU(1)群。1967年，溫伯格和薩拉姆分別獨立地采用這四個生成元發展了一種弱、電統一理論。這種統一理論解決了楊-米爾斯理論的困難，它后來被稱為量子味動力學(QED)。70年代以來，不僅弱、電統一理論得到了一些實驗的支持，而且描述強相互作用的量子色動力學(QCD)的出現也為統一強相互作用提供了可能性。在量子色動力學中，強相互作用也是非

27、阿貝爾規范場，它存在于強子之間和之中，它的場源是色荷，規范變換群是SU(3)群，其規范粒子是膠子，強相互作用是膠子同色荷相耦合而成的。這樣，弱、電、強三種相互作用的表現形式是一樣的，它們都是規范場。在這個基礎上，美國物理學家格拉肖和喬奇等人通過選擇新的規范群SU(3)，建立起統一描述弱、電，強三種相互作用的大統一理論。至此，人們自然希望把引力相互作用也用規范場統一起來。愛因斯坦在世時就知道引力相互作用也是一種規范場，現在的問題在于不了解引力相互作用與其他三種相互作用如何發生聯系。盡管引力場的量子化問題已經取得實質性的進展，然而廣義相對論的引力論卻在量子化以后可否重正的問題上遇到了難以克服的障礙

28、。有人雖則在廣義相對論的基礎上加進了含場量高階微商的新的作用量，得到了可以重整化的量子引力理論，但這又破壞了保證幾率守恒的幺正性，在物理上也是不能成立的。關于四種相互作用的統一，另一類工作是超對稱、超引力理論，這是近年蘇聯、美國和西歐一些學者致力研究的課題，并相繼提出了幾種理論，但在理論上還存在不少困難，在學術界爭議也很大。不過，令人欣慰的是，西歐核子研究中心龐大的超同步質子加速器讓正反質子對撞并湮沒，在1983年1月首次報道產生了W和W粒子，6月又報道發現了Z0粒子，這是20世紀物理學的最重大事件之一。這三種傳播弱相互作用的粒子是溫伯格-薩拉姆理論所預言的，它們的產生給弱電統一理論以決定性的

29、支持。就在同一年，丁肇中小組三噴注事例的發現，證實了膠子的存在，從而有力地支持了量子色動力學和格拉肖、喬奇等人的大統一理論。人們可望在四種相互作用的統一方面取得突破，這將對物理學產生舉足輕重的影響。粒子物理學也是當代物理學發展的前沿之一。從30年代起，人們把當時已知的電子、陽電子、質子、中子和光子統稱為“基本粒子”，認為它們是構成物質世界最基本的磚塊，這樣就誕生了“基本粒子物理學”。從40年代起，在約20年之間，人們發現的粒子已達30種，從而認識到“基本粒子”并非基本，研究它們的學問也就被稱為“粒子物理學了。當時，人們按自旋將粒子分為兩類：凡自旋為h2的奇數倍的粒子叫費密子，凡自旋為h2的偶數

30、倍的粒子叫玻色子。這樣，參與電磁相互作用的光子是玻色子，參與電磁和弱相互作用的輕子是費密子，而參與電、弱、強三種相互作用的強子既有費密子(即重子)，又有玻色子(即介子)。不論光子、輕子、強子，都參與引力相互作用。60年代伊始，由于高能質子加速器的建成，在短短的兩年內就產生了壽命約為1023至1024秒的短命強子。這樣一來，人們自然提出了一個問題：這些粒子是不是有更深的層次?于是，夸克(國內稱層子)模型應運而生。這種模型指出，在強子之下還有一個物質結構層次，即夸克，而強子則是由夸克或反夸克組成的。與此同時，還有弱作用不守恒和電荷共軛不守恒的發現。60年代到現在，正如我們在上面所述的，關于統一場論

31、的理論研究和相互作用粒子的實驗工作也取得了長足的進步。截止目前，人們知道的夸克和反夸克共有36種(它們有不同的“色”和“味”)，輕子和反輕子共有12種，而由夸克和反夸克構成的強子已達數百種之多。但是，人們花了20年時間，“上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見”，至今仍未找到自由夸克的影子。于是有人認為，夸克好像永遠“禁閉”在強子中一樣，只有用無限大的能量才能把它“拉”出來，這就是所謂的“夸克禁閉”問題。九年前有人利用電子計算機作非微擾計算，發展了一種格點規范理論，初步肯定了禁閉的存在，但依然不了解其具體機制。由于各種夸克和輕子多到48種，而它們的電荷和其他性質又有周期性的變化，人們又設想它們是否還有

32、更深的層次，為此也提出了一些亞夸克模型，但這只是夸克模型的仿制品，并無質的突破。這就向人們提出：物質是否無限可分?可分性究竟應該如何理解?而且，粒子物理學的研究表明，量子化的場是比粒子更為根本、更為普遍的存在。自由粒子只不過是場在激發時的一種狀態，在真空情況下，沒有自由粒子，但場依然存在。這也許為最終消除愛因斯坦所不滿意的二元論(粒子和場)找到了歸宿。不用說，這一切還有待于深入揭示，新的突破必定會引起科學理念的革新。磁單極子問題也是當代物理學一個饒有興味的課題。自1931年狄喇克從理論上提出磁單極子(帶正磁荷或負磁荷的粒子)可能存在的論證后，人們對這個課題開始了積極的實驗探索和理論研究。目前，

33、實驗上的探測主要從三方面著手：高能加速器的實驗，宇宙線的觀測，古老巖石的觀測。用第種方法還未觀測到磁單極子，一般認為這是能量尚不夠高的緣故。從宇宙線中找磁單極子的物理根據有兩方面；種是宇宙線本身可能含有磁單極子，另一種是宇宙線粒子與高空大氣原子、離子、分子等碰撞會產生磁單極子對。近年，人們曾采用超導量子干涉式磁強計在實驗室中進行了151天的實驗觀察記錄。據1982年初報道，測量到一次磁單極子事件。在排除了各種可能的于擾因素后，計算出到達地球表面的磁單極子上限為每立體角的單位面積上每秒有6.1×1010個磁單極子，即每年用這種裝置可測到1.5次磁單極事件。這一實驗探索還在進一步進行中，

34、人們不斷改進實驗裝備，以求得到更加可靠的觀察結果。另外，如果磁單極子含量很少，那么異號磁單極子復合湮沒的幾率就很低，因而它們就有可能保存下來，能在地球上的古巖石、隕石或其他天體的巖石中找到。可是，迄今還沒有找到確鑿的證據。與此同時，關于磁單極子的理論研究也在積極進行之中。施溫格(1966年)和茲萬齊格(1971年)分別克服了狄喇克理論中的若干困難和不足之處，利用兩個電磁勢建立了電荷與磁荷完全對稱處理的理論。1976年，楊振寧等利用纖維叢的新數學方法，建立了沒有無物理意義的奇點的磁單極子理論，在磁單極子理論的發展中開辟了新的途徑。近年來，也出現了一些超越麥克斯韋電磁方程組框架的非傳統理論，例如統一規范理論、愛因斯坦-麥克斯韋耦臺場理論和超光速參考系理論。而且，有關理論還在基本粒子的微觀世界和宇宙演化的宇觀世界得到了應用。總而言之，在關于