时间旅行指南-第2部分
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比如水星近日点进动。19世纪，根据牛顿理论的预测，人们认为它会以每世纪43″的速度进动；爱因斯坦理论所预测的结果与其在岁差上有着很大的不同。另一个类似的自然现象是太阳引力场中光线的弯曲度，牛顿的理论根本没有预测到这一现象的出现。爱因斯坦关于日全食的预测在1919年得到了亚瑟？S。爱丁顿（Arthur S。Eddington）的证实，随后由其他人将准确率提高了1％。爱因斯坦也同样预测了引力红移效应，它是强大的引力场中所发出的电磁波频率的变化现象，这个预测最终在1960年由罗伯特？庞德（Robert Pound）和格伦？雷布卡（Glen Rebka）进行了验证。在引力红移效应得到证实之后，1964年，欧文？夏皮罗（Irving Shapiro）在这个理论的基础上，利用广义相对论预测了经过太阳附近的信号的延迟。
此外，爱因斯坦的广义相对论同样定性预测了其它几个体系中的新现象，它在研究宇宙学方面显得尤为有用。根据相对论学说，宇宙要么是无限扩张要么就是无限紧缩的。但爱因斯坦还不能够完全确定这种预测，为了顾及到一个静态的宇宙，他修改了他的方程式。然而在1929年，埃德温？哈勃（Edwin Hubble）发现宇宙是在无限膨胀的。重力最终是否会导致宇宙体系的崩溃是当前学术界研究和辩论的热门话题。广义相对论还预测了物质质量在非匀速运动中所产生的引力波，但是这种波太过微弱了，以至于科学家们还没能明确地侦测到它。最后，爱因斯坦的相对论还预测了足够大的坍塌引力会导致物质陷入宇宙黑洞之中。现在，越来越多的科学证据表明，一些天文系统中可能有黑洞的存在。
爱因斯坦的广义相对论并不是20世纪产生的唯一引力理论，但是它也许是最简洁最讲究的理论。所有可行的引力理论都必须像爱因斯坦的理论那样完整、自持并且有相对论的特质。它们还必须能解释牛顿理论的局限性，坚持弱等价原则，并能够在同一位置在理想时间内测试出相同的爱因斯坦位移，以上三点被认为是最基本的要求。实验表明达到以上的条件是最基本的要求，并且L。I。席夫（L。I。Schiff）推测它们可以通过几何原理、度量和理论来进行验证。
最有资格与之相提并论的应该是布兰斯？迪克（Brans…Dicke）理论。就像广义相对论那样，它是一个满足了基本标准的几何理论。它的电磁场方程式不同，然而，该理论认为时空几何不仅受到物质本身的限制，而且受到另外的标量场的影响。与爱因斯坦的计算不同，布兰斯？迪克理论并不能预测水星的近日点位移。
一些近期的理论试图以非几何的方式解释万有引力定律，它们试图用一种被称为引力子的微粒来解释万有引力。这些所谓的超对称理论将引力现象归于量子物理学的领域之中。它们试图证明四种相互作用的基本性质是彼此关联的，它们对于宇宙的诞生来说是一种独立但又统一的力量。
多维分析学说还提出了关于不变的万有引力常量G的相关问题。这个问题最早是由英国物理学家保罗？狄拉克（Paul Dirac）在他那所谓的“大量”假说中提出的。狄拉克注意到在原子条件下电磁力的放射性和强度以及地心引力（大约是10^40）的放射性和强度在大体上跟宇宙的年龄相关。他猜测，在如此相似的情况下是否掩藏着深刻的物理联系，并提出G的值是否有可能随着宇宙年龄的不断增加而逐渐减小。如果G的值在减小，那么引力时间会随着原子时间的改变而改变。但是到目前为止，还没有任何实验可以证明这一切是真实存在的。
统一场理论
在理论物理学中，统一场论也许最广泛的定义是一种方程式原理，这种原理统一了地心引力、电磁、弱核力和强核力四种相互作用的基本性质。而且，还没有能囊括一切的理论存在。
历史上，阿尔伯特？爱因斯坦是第一个尝试用一系列统一场论来统一地心引力和电磁学这两种基本因素的。也就是说，他在完成了对自己的地心引力理论（及广义的相对论）的陈述后，开始用詹姆斯？克拉克？麦克维斯（James Clerk Maxwell）给出的著名电子方程式来论证他的结果。爱因斯坦的想法是从本质的几何学观点上，把他自己的和麦克维斯的描述联系起来。但是他最终失败了。然而，这次失败主要原因还是在那个时代强核力和弱核力还没有被发现。
另外的一些尝试是由德国物理学家赫尔曼？威尔（Hermann Weyl）和美国物理学家约翰？惠勒（John Wheeler）提出的，把电磁理论整合到普遍相对的几何形式中。尽管其中一些理论只是看上去很完美，但实际都缺乏跟量子现象的联系，这种现象对于相互作用而非地心引力非常重要。
随后的一些整合尝试是从一个完全不同的角度开始的，整合的量子场理论用来描述，或者可以说描述了四个基本原理的相互作用。目前为止最成功的就是由谢尔顿？格拉肖（Sheldon Glashow）、史蒂文？温伯格（Steven Weinberg）和阿卜杜勒？萨拉姆（Abdus Salam）共同提出的弱电理论。这个理论结合了电磁场理论和弱相互作用理论。这个理论简化来说就是，力是由四种不同的无质量的玻色子相互作用而传播的。通过一种“破坏的对称性”，这三个玻色子，W（＋）、W（…）和Z（0）就产生了质量，质量以质子的50到100倍增加，第四个玻色子，也就是光子，仍然是无质量的。1983年，W和Z玻色子在欧洲核子研究委员会（CERN）实验室的高能物理实验中被发现。因此，温伯格、萨拉姆和格拉肖获得了1979年的诺贝尔物理学奖。
除弱电理论之外，也有一些其他的整合理论被提出来。其中一些涉及强相互作用，而一些“万能理论”也试图包括万有引力。后者也被称为超对称理论。然而，目前为止，这些都还未取得突破性进展。
量子力学
根据爱因斯坦的广义相对论，任何事物，无论在光速或者更快的速度中都不能进行时间旅行。然而，量子力学有一种现象叫隧道现象，在理论上能够提供一种原理让物体在比光速更快的速度中从一个地方移动到另一个地方。威廉？克里斯1995年提到，德国研究者声称在4。7光速下传送了莫扎特（Mozart）的第40交响曲第5节。
量子力学是一种基础理论，在20世纪被物理学家用来描述原子和亚原子现象。它还成功地广泛运用于观察一系列宇宙图片。
虽然量子力学借鉴了牛顿力学的一些观念，即早先的物理现象，然而与牛顿力学本质上是不同的。比如，在牛顿物理学中，数量是被认为持续可变的，在一定范围内可取任何值。另一例子是角动力，即粒子被一中心吸引沿圆形轨道旋转，它与速度乘以中心距粒子的距离值成正比。因为牛顿力学中距离可以取任何值，所以角动力也是如此。另一方面，在量子力学中，角动力常常被规定成某些离散值，这些离散值的比率是简单的有理数。
量子力学和早先的物理理论更本质的区别在于用一种可能性，即用一种基本思维来解释量子力学如何来诠释这个世界。这就很明显是在用量子力学和牛顿力学来预测未来。牛顿力学中描述的一些事物，如太阳系，如果能一次性精确测量出，那么对于太阳系未来动向的精确预测是有可能的。在量子力学的描述中，甚至对一个简单的单电子原子都能精确预测出其诸多行为的可能性。对不稳定的放射性核的描述就能说明这一点。当单个的核子衰变时，量子力学就不能进行预测，尽管如此，如果搜集了许多相同的原子核，那么能指出何时这个核子会衰变。这个量子力学的新现象被一些知名物理学家，如艾伯特？爱因斯坦所抵制。不管怎样，它的出现成为原子与亚原子水平上不可忽视的一个特征。
早期发展：普朗克的成果
历经30多年的时间，量子力学蓬勃发展，期间成功地解释了多个物理现象。第一个量子理论用来分析电磁辐射是如何产生的。1900年，马克思？普朗克（Max Planck）做到了。普朗克尝试研究在不同的频率下，热的物体辐射的分布，比如太远的表面。根据观察结果他得出结论，辐射不是持续发出的，就像早先认为的一样。相反，辐射是以一种被他称为量子的离散量发出的。对于这些量子、频率f和能量释放量E之间往往存在一种关系，即E=hf。这里的h就是被普朗克引入的普适常数，现在以他的名字命名。普朗克常数以时间乘以能源为单位，其数值接近6。63×10^（…34）焦耳秒。普朗克分析结果的独特之处在于，这个公式能够表达出任何频率下的物体的辐射量。这个联系，即黑体分布，和实验结果相一致。
在普朗克的理论中，量子的性质是十分神秘的。这个谜于1905年被爱因斯坦解开，他提出光本身就是一个由单个套件组合的能源，后来被称为光子。爱因斯坦还提到光的频率与光子合成的能量有关，这是根据普朗克公式得出的。爱因斯坦的光量子概化理论被许多与他同时代的科学家所排斥，其中包括普朗克。而后，被罗伯特？密立根（Robert Millikan）的光电效应实验证实，并且阿瑟？康普顿（Arthur pton）从康普顿现象中发现了这一理论，并且用电来进行光子散热。
另一个具有代表性的早期量子运用的想法是尼尔斯？波尔（Niels Bohr）提出来的，1913年他提出一个假设，氢原子的电子角动力只能有一个值，这个值即普朗克常数的整数倍除以2π，那么它可以派生出由原子发出的光的频率。波尔理论暗示了只有特定的能量值，电子才可能存在于原子中，即如果有一个最小值，那么在这种最小值的状态下，电子是无法放射能量的。这个结果帮我们解释了原子如何能够保持稳定，也说明了一个元素的所有原子如何有一样的化学性质。然后，他证明了波尔理论对于原子的拓展要比氢气复杂得多。而且，牛顿定理和量子理论的奇怪组合让物理学家很难取舍，到底该遵循哪一个物理原理。
量子力学形式
实际的量子力学的发展，即数学的理论，于1924年到1927年才开始。起初，有两种看起来不相同的途径：一是维尔纳？海森堡（Werner Heisenberg）发现的矩阵力学和欧文？薛定谔（Erwin Schrodinger）发现的波动力学。然而，事实表明这是一个单独理论的两个不同方面，后来被称为量子力学。这个没有被定义的现象是被保罗？狄拉克（Paul Dirac）发现的。在矩阵力学中，物理量如粒子的位置，不是用数字表示，而是用数学量来表示，如矩阵。矩阵力学对于处理相应能量水平的小数的情况有用，如在磁场中的定角动力。
波动力学对于能量水平的数目无限大的情况更有用，如原子中的电子。这个是建立在路易斯？德布洛意（Louis deBroglie）的早期理论之上的，即粒子如电子与它们的联系成波状。波的波段（h）、伽玛（γ）与质量（m）和速度（v）有联系，粒子与伽玛的联系是γ=h/mv。这可以推断出电子以十分之一光速移动，如电视显像管产生的那些，波长大约10^（…10）米，或者约为在透明固体中原子之�
