1916年，愛因斯坦創立廣義相對論之後，便一直專心緻志想要完成物理學的大一統，因為在廣義相對論中引力場被描述為時空的彎曲，再加上當時知道的基本相互作用隻有引力作用和電磁作用，所以他的目标是統一引力和電磁力這宇宙兩大力。

在獲得諾貝爾獎之後，愛因斯坦就曾說過“兩種場（指引力場和電磁場）互相獨立的存在不能令尋求統一的心靈滿意”“我們尋找數學上的統一場論，其中引力場與電磁長隻是同一個場的不同分量。”！

他在 1929 年發表了《關于統一場論》的新論文，這篇論文試圖在時空流形除了具有黎曼度規外還具有絕對平行性的條件下去獲得引力和電磁力的統一理論。當時愛因斯坦自己對這篇論文頗為自豪,他在 1929 年 1 月 5 日曾寫信給他的摯友 M.貝索，認為引力與電磁作用的統一工作已經大功告成。

然而情況并沒有如愛因斯坦預料一般，引力與電磁力的統一并沒有取得實質性的進展。後來，愛因斯坦轉向從卡魯查-克萊因理論入手，但是都沒有成功。

愛因斯坦花費30年的時間在統一引力和電磁力上，最終卻都以失敗告終。如果這三十年時間，愛因斯坦将精力花費在其他研究之上，那麼對于物理學界的推動将會是多少巨大。

愛因斯坦之所以會失敗，是因為但愛因斯坦那個時候，強力、弱力的概念還沒有完善，弱相互作用在 30 年代才有費米理論提出，把弱相互作用看做是一種參與作用的四個粒子(如中子衰變中的中子、質子、電子和中微子)之間的點相互作用，而且當時對于弱相互作用的概念還十分模糊。到了70年代，強相互作用的概念才被正式提出。

所以因為時代的關系，愛因斯坦最終沒有完成這個目标。

到了 50 年代，楊振甯卻沒有執着于引力和電磁力的統一，而是想從弱相互作用和電磁力入手，他們把電磁作用是由定域規範不變性所決定的觀念，推廣到不可對易的定域對稱群。揭示出規範不變性可能是電磁作用和其他作用的共同本質，從而開辟了用規範原理來統一各種相互作用的新途徑。由此提出了楊·米爾斯理論，構成了現代規範場理論的基礎。

什麼叫場論呢？

場論的概念起源于麥克斯韋的電磁場理論，麥克斯韋電磁場理論的核心概念是“場”，在某種空間區域，其中具有一定性質的物體能對與之不相接觸的類似物體施加一種力，這就是“場”。那麼一個帶電物體對其他帶電物體施加一種力(吸引力或排斥力，取決于極性)。磁體周圍有磁場。

磁場

因為受宏觀場存在形式的影響（不涉及分子、原子、電子等内部結構或機制，麥克斯韋的時代物理研究還沒有深入微觀領域）麥克斯韋電磁場理論對場的認識還是模糊的，停留在“以場論場”階段，電力線和磁力線所描述的隻是電場和磁場的宏觀性質，并沒有闡明場的性質和起源。

後來物理學家将它放在微觀領域之中，當一個電荷移動時，另一個電荷并不會立刻感應到。第一個電荷會感應到一個反作用力，并獲得動量，但第二個電荷則沒有感應，直到第一個電荷移動的影響以光速傳遞到第二個電荷那裡，并給予其動量之後。那在第二個電荷移動前，動量就藏在場中。那麼就這樣就解釋了電磁場的存在。場的概念成為整個現代物理的範式。

而楊振甯的規範場論簡單的說，如果在任何時空點，我們容許相位變換是遵循對稱性的變換，那這些無數不同時空點的相位變換必須聯系在一起，這工作必須有場來執行，這便是所謂的規範場。它是基于對稱變換可以局部也可以全局地施行這一思想的一類物理理論。

後來美國科學家格拉肖最早提出用規範場的方法，将電磁作用與弱作用統一到一個數學框架中，1968 年 溫伯格、薩拉姆在格拉肖電弱統一模型的基礎上建立了電弱統一的完善理論，後來，格拉肖在電弱統一理論的基礎上，将量子電動力學、量子色動力學、費米點作用理論結合統一成描述弱、電、強三種相互作用的大一統理論。人們還将規範場論延展，成功為電磁作用、弱相互作用和強相互作用及組成所有物質的基本粒子提供了一個統一的數學形式化架構——标準模型。這套理論精确地表述了自然界的三種基本力的實驗預測，它是一個規範群為SU(3) × SU(2) × U(1)的規範場論。

以楊·米爾斯理論為基礎的規範場論可以說是20世紀後半葉最偉大的物理成績之一，其成功為量子電動力學、弱相互作用和強相互作用提供了一個統一的數學形式化架構——标準模型，而标準模型準确地預言了在世界各地實驗室中觀察到的事實，其應用已經深入在物理學的其他分支中，諸如統計物理、凝聚态物理和非線性系統等等。

但是楊·米爾斯理論也并非沒有缺陷，因為規範理論中的傳播子都是沒有質量的，否則便不能保持規範不變。電磁規範場的作用傳播子是光子，光子沒有質量。但是，強相互作用不同于電磁力，引力和電磁力都屬于長程力,強弱相互作用都是短程力，短程力的傳播粒子一定有質量，楊-米爾斯理論的量子必須質量為零以維持規範不變性。如果其作用粒子質量為零,則其作用是長程作用力。然而實驗上沒有觀察到長程力的的作用。

後來希格斯嘗試修補，希格斯機制是一種生成質量的機制，能夠使基本粒子獲得質量。為什麼費米子、W玻色子、Z玻色子具有質量，而光子、膠子的質量為零？希格斯機制可以解釋這問題。希格斯機制應用自發對稱性破缺來賦予規範玻色子質量。

在所有可以賦予規範玻色子質量，而同時又遵守規範理論的可能機制中，這是最簡單的機制。根據希格斯機制，希格斯場遍布于宇宙，有些基本粒子因為與希格斯場之間相互作用而獲得質量。

希格斯機制

然而楊—米爾斯理論還是沒有變得完美，還是存在着缺陷，特别是，被大多數物理學家所确認、并且在他們的對于“誇克”的不可見性的解釋中應用的“質量缺口”假設，從來沒有得到一個數學上令人滿意的證實。該假設提供了電子為什麼有質量的一種解釋。質量缺口假設的完全解決将提供嚴格的理論證明，也将闡明物理學家尚未完全理解的自然界的基本方面。此前物理學家隻能觀察到電子有質量，卻無法解釋電子的質量從何而來。在這一問題上的進展需要在物理上和數學上兩方面引進根本上的新觀念。

五誇克粒子

楊-米爾斯存在性和質量缺口是世界七大難題之一，該問題的正式表述是：證明對任何緊的、單的規範群，四維歐幾裡得空間中的楊米爾斯方程組有一個預言存在質量缺口的解。

如果楊·米爾斯理論存在的缺陷可以得到完美解決，那麼規範場論也将變得完美。科學家認為如果楊·米爾斯存在性和質量缺口解決，将有可能解開微觀粒子世界物理學家們尚未了解的奧秘，将引力納入基本模型之中。

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