事實表明,廣義相對論比狹義相對論更能滿足本書第3章提出的科學革命的檢驗標準。但是,廣義相對論的發展史比起狹義相對論來更顯得艱難曲折。很長一個時期,只有天文學家(而且只是那些研究宇宙學的天文學家)對廣義相對論感興趣,物理學家則不然,S.溫伯格(1981,20)指出:“在最基本的層次上研究物質的物理學的全部現代理論,在很大程度上依靠兩大支柱”,一是“狹義相對論”,一是“量子力學”。塞格爾(1976,93)在回顧2O年代和30年代物理學家們的活動時,也特別指出:“與狹義相對論相對應的廣義相對論,目前尚不是物理學家們感興趣的前沿課題”。這也就是說,廣義相對論與狹義相對論不同,它對於當時主要的研究課題如物質理論和輻射理論並不是必須的。例如,在我30年代末攻讀物理學研究生時,幾乎所有的課程如原子物理學,量子力學甚至一些基礎課和專業基礎課都涉及到狹義相對論,但只有少數數學家(在G.D.伯克霍夫的激發下)研究廣義相對論。另外,廣義相對論暗示,建立得最為成功的理論物理學的一個分支——牛頓萬有引力理論——犯了一個根本性的錯誤或說它並不完整,而且廣義相對論還引進了“四維時空的彎曲”這一奇特的概念來解釋引力。我們應當懂得,偉大的1919年日蝕實驗只是定性地說明了光線傳播將受引力場的影響,更精確的日蝕實驗則是以後的事了。但是,在愛因斯坦最初提出的三項檢驗方法之外,再找到新的方法可能又要過去數十年。溫伯格曾指出,只有在“愛因斯坦建立他的理論40年之後”(溫伯格1981,21),才能構想出並完成新的更精確的實驗,證實廣義相對論。
第二次世界大戰結束後的幾十年間,世界發生了很大的變化,在實驗室進行精確的驗證實驗已經成為現實。於是,人們對引力的本質,引力與自然界的其它幾種基本力(電磁力,強相互作用,弱相互作用)的關係問題產生了新的興趣。龐大的物理學和天文學“工業”日益興起,集中研究廣義相對論及其在宇宙學和宇宙論研究中的應用。其他的物理學分支也是如此。結果正如S.溫伯格所預言的,人們一項重要的共識是,為了“弄懂超短距離的萬有引力”,還需要“另一次偉大的飛躍”(1981,24),另一次革命,“建立更加普遍適用的原理”,而目前我們對此還沒有任何概念。一句話,廣義相對論今天已成為科學家樂此不疲的研究課題,熱情之高或許是前所未有的。
量子論的創立:普朗克和愛因斯坦
量子論在許多重要的方面與相對論有所不同。幾乎每一個人都聽說過相對論和他的創立者A.愛因斯坦,但只有科學家和少數非科學家(他們不是學過科學,就是對科學感興趣。)知道量子論。然而,幾乎每一個涉及到物理學某一方面的人(不僅是物理學家,也包括化學家,天文學家,生物化學家,分子生物學家,冶金學家等)都會在他們各自的工作中經常性地應用量子論及其成果。在這方面,廣義相對論遠遠不能望其項背。量子論不僅廣泛滲透到許多學科中,而且也和相對論一樣,使我們的科學思想和科學哲學發生了根本變革。相對論和量子論的革命性很早就被人們認識到,但兩者都長時間處在理論革命階段。
量子論的發展經歷了三個主要階段:古典量子論(普朗克,愛因斯坦,玻爾,索未菲,康普頓),量子力學(德布羅意,薛定諤,海森伯,約爾丹,玻恩)以及最新的相對論量子力學或量子場論,前兩個階段均被視為革命。事實上,物理學家們感到很難找到足夠有力的言詞表述量子革命的深度和廣度。W.維斯考普夫(1973,441)認為,“M.普朗克發現量子這一壯舉,…創立了一門最富成果的學科,也是自然科學最具革命性的發展”。他補充說,在普朗克做出發現後的三十年間,“我們關於物質特性和行為的知識發生了廣泛而深遠的變革”,歷史上很少有哪個時期能與之相比。P.戴維斯(1980,9)寫道:“本世紀初,關於物質的量子論的出現導致科學和哲學發生了一場革命”。他指出,“耐人尋味的是,歷史上幾次最偉大的科學革命在很大程度上都不被一般人所注意”,他認為這是由於“革命所蘊含的摧枯拉朽之力幾乎超出了人們的想像——一甚至超過了科學革命本身。”(p.11)
量子論通常被視為創立於1900年,這一年,普朗克發表了他的“作用量子”的概念。普朗克不像愛因斯坦五年後所做的那樣,他沒有涉及光或輻射相互作用的過程。他探討的僅僅是容器壁上振動粒子的能量交換和黑體輻射問題。他