但牛顿引力理论的升级版-广义相对论的情况是这样的:
这种复杂的方程怎么从实验数据里去凑出公式来?
况且,广义相对论在我们日常生活里,跟牛顿引力的结果几乎一样,第谷观测了那么多天文数据可以让开普勒和牛顿去猜公式,但是在20世纪初根本没有数据让爱因斯坦去猜广义相对论?
水星近日点进动问题是极少数不符合牛顿引力理论的,但是人们面对这种问题,普遍第一反应是在水星里面还有一颗尚未发现的小行星,而不是用了几百年的牛顿引力有问题。
退一万步说,就算你当时认为那是因为牛顿引力不够精确造成的,但是就这样一个数据,你怎么可能从中归纳出广义相对论的场方程?
经过一连串的深度碰壁之后,爱因斯坦意识到当理论变得复杂的时候,试图从实验去归纳出理论的方式是行不通的,实验不可靠,那么爱因斯坦就要找更加可靠的东西,这个更加可靠的东西就是对称性!
对称性可以简单的理解为不变性,比如动量守恒定律就具有空间对称性,也就是说,它在任何位置都是成立的,比如能量守恒定律具有时间对称性,他在任何时间都是成立的。
实验数据可能不可靠,但对称性是绝对可靠的!
于是爱因斯坦在物理学的研究方式上来了一场哥白尼式的革命,他先通过观察分析找到一个十分可靠的对称性,然后要求新的理论具有这种对称性,从而直接从数学上推导出它的方程,再用实验数据来验证他的理论是否正确。
在这里,原来的实验-理论-对称性变成了对称性-理论-实验,对称性从原来理论的副产品变成了决定理论的核心,实验则从原来的归纳理论的基础变成了验证理论的工具。
于是,爱因斯坦用广义相对论驯服了引力,用狭义相对论安置好了电磁力之后,接下来的路就很明显了,统一引力和电磁力!
就像当年麦克斯韦统一电、磁、光那样,毕竟用一套理论解释所有的物理现象是物理学家们的终极梦想。
但是,爱因斯坦穷尽他的后半生都没能统一引力和电磁力,不仅如此,随着实验仪器的进步,卢瑟福原子模型揭示强核力存在,随后汤川秀树提出介子理论解释