編按：一九零五年，愛因斯坦剛完成狹義相對論，對此馬上失去興趣，因為他將視野放在更大的挑戰上，即廣義相對論。一九一五年歷史重演，當他完成重力理論後，隨即又將焦點放在企圖心更大的計畫上，即統一場論，希望結合希望結合重力理論與馬克士威的電磁理論，
有相對論和量子論已經很棒了，幹嘛還提統一場論？
到了一九二○年代晚期，相對論與量子論這物理學兩大支柱已經屹立不搖，人類對於物理世界的知識總和可由這兩項理論涵括。相對論是講非常大的理論，是大霹靂與黑洞的理論，而量子論是談非常小的理論，探討奇異的原子世界。雖然量子理論建立在違反直覺的想法上，但無人能否認該理論在實驗上的驚人成功。
實際上，諾貝爾獎如雪片般飛向願意應用量子理論的年輕物理學家。愛因斯坦是經驗老道的物理學家，絕不會忽略量子理論突飛猛進的進展；他沒有駁斥實驗上獲得的成果，也承認量子力學是「我們這個時代最成功的物理理論」。愛因斯坦並沒有阻礙量子力學的發展，雖然比較不入流的物理學家可能會這麼做（一九二九年，愛因斯坦還推薦薛丁格與海森堡共享諾貝爾獎）。相反地，愛因斯坦改變策略，不再攻擊這個理論不正確，他的新策略是將量子理論收進統一場論裡。
圖／flickr
當波耳陣營砲轟愛因斯坦忽視量子世界時，他反擊說自己真正的目標極為宏大，是要將整個量子理論包納入自己的新理論當中。他拿自己以前的研究打比喻：相對論並未證明牛頓理論完全錯誤，只是顯示他不夠完整，可以再併入更大的理論當中。因此，牛頓力學在其特有的領域當中是有效的，也就是在小速度與大物體的領域內可以成立。同樣地，愛因斯坦相信量子理論對於貓可以同時又生又死的怪異假設，一定能夠以更高的理論來解釋。在這方面，有太多愛因斯坦傳記的作者沒能了解到這點。
愛因斯坦的目標不是像許多批評人士所宣稱，只想證明量子理論不正確，他老是被描繪成古典物理中最後一隻恐龍，年老的叛逆者卻發現自己變成反對的聲音。愛因斯坦真正的目標是要凸顯量子理論的不完整，並利用統一場論來使之完整。
統一場論的企圖：和相對論一起解釋物質起源
愛因斯坦的策略是利用廣義相對論與統一場論，來解釋物質本身的起源，亦即從幾何學中建造出物質。一九三五年，愛因斯坦與羅森研究一種新穎的方式，讓量子粒子（如電子）會成為其理論的自然結果，而非是基本的物體。他希望利用這種方式，可以不必面對或然率的問題而導出量子理論。在絕大多數理論中，基本粒子是以奇異點出現，也就是方程式變為無限大的地方。例如在牛頓的方程式中，力與兩物體間的距離平方呈反比，當距離為零時，引力會變得無限大，也產生了奇異點。因此愛因斯坦想從更深的理論中導出量子理論，他了解到自己需要一個完全沒有奇異點的理論（在簡單的量子理論當中，便可找到這種例子，稱為「孤立子」［soliton］，就像是太空中的結一般。這類孤立子非常平滑，不是奇異點，但卻會彼此碰撞反彈，並保持相同形狀。）
愛因斯坦–羅森橋（蟲洞）在二維環境的模擬。圖／wikipedia
愛因斯坦與羅森提出一個新奇的方式，來促成這種解。他們一開始在兩張平行的紙上定義兩個史瓦茲卻德黑洞，然後用一把剪刀剪掉兩個黑洞的奇異點，再將兩張紙黏回在一起，便得到一個平滑、沒有奇異點的解了，愛因斯坦認為這或可代表次原子粒子。因此，量子粒子可視為微小的黑洞。（這個想法六十年後在弦論裡重生，有個數學關係式可讓次原子粒子轉變成黑洞，或讓黑洞變回次原子粒子。）
不過，這個「愛因斯坦–羅森橋」可從另一個角度來看，代表了科學文獻上第一次提到連接兩個宇宙的「蛀孔」（wormhole，舊多譯為「蟲洞」）。蛀孔是穿透空間與時間的捷徑，就像是通道或閘口，可連接兩張平行的紙張。將蛀孔的概念介紹給大眾的是牛津大學數學家查爾斯．道吉森（Charles Dodgson），他的筆名是路易斯．卡羅，也就是家喻戶曉的小說《愛麗絲夢遊仙境》與《鏡中奇遇記》的作者。當愛麗絲將手放進鏡子中，她進入連接兩個宇宙的愛因斯坦–羅森橋，一邊是夢境中的奇幻世界，一邊是牛津的鄉下地方，當然，我們後來知道任何掉入愛因斯坦–羅森橋的人會被強大的重力擠死，甚至是將體內的原子扯散；若黑洞是靜止的，則想要通過蛀孔到另一個平行宇宙是不可能的。（要再過六十年，蛀孔的概念才會在物理學中占居要角。）
蛀孔是穿透空間與時間的捷徑，就像是通道或閘口，可連接兩張平行的紙張。圖／flickr
最後，愛因斯坦放棄這個點子了，部分原因是他無法解釋豐富的次原子世界，他無法全部用「彈珠」來說明「木頭」的各種奇特性質，無法從理論推導出次原子的諸多特徵（如質量、自旋、電荷、量子數等等）。他原先希望能找到一幅圖象，讓統一場論能夠大放光采，但關鍵的問題在於，當時對於核力的特質所知太有限了。愛因斯坦超前時代數十年，後來威力強大的粒子對撞機才提供資料，釐清次原子物質的本質。因此，他從未找到這幅圖象。
本文摘自《愛因斯坦的宇宙》， 2018 年 11 月，時報出版。
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