大家先想一想，愛因斯坦之前的物理學家是怎麼做研究的？
他們去做各種實驗，去測量各種數據，然後去研究這些數據裡的規律，最後用一組數學公式來“解釋”這些數據，如果解釋得非常好，他們就認為得到了描述這種現象的物理定律，然後順帶著發現了隱藏在理論裡的某些性質，比如某種對稱性。在這裡我們能清晰的看到實驗-理論-對稱性這樣一條線，這也符合我們通常的理解。
但是，愛因斯坦把這個過程給顛倒了，他發現上面的過程在處理比較簡單的問題的時候還行，但是當問題變得比較複雜，當實驗不再能提供足夠多的數據的時候，按照上面的方式處理問題簡直是一種災難。
比如，牛頓發現萬有引力定律的時候，開普勒從第谷觀測的海量天文數據裡歸納出了行星運動的三大定律，然後牛頓從這裡面慢慢猜出了引力和距離的平方反比關係，這個還馬馬虎虎可以猜出來。我們再來看看牛頓引力理論的升級版-廣義相對論的情況：
上圖是廣義相對論的引力場方程，你告訴我這種複雜的方程要怎樣從實驗數據裡去湊出公式來？況且，廣義相對論在我們日常生活裡跟牛頓引力的結果幾乎一樣，第谷觀測了那麼多天文數據可以讓開普勒和牛頓去猜公式，但是在20世紀初有啥數據讓你去猜廣義相對論？水星近日點進動問題是極少數不符合牛頓引力理論的，但是人們面對這種問題，普遍第一反應是在水星裡面還有一顆尚未發現的小行星，而不是用了幾百年的牛頓引力有問題。退一萬步說，就算你當時認為那是因為牛頓引力不夠精確造成的，但是就這樣一個數據，你怎麼可能從中歸納出廣義相對論的場方程？
經過一連串的深度碰壁之後，愛因斯坦意識到當理論變得複雜的時候，試圖從實驗去歸納出理論的方式是行不通的，洛倫茲不就是被邁克爾遜-莫雷實驗牽著鼻子走，最終才錯失發現狹義相對論的麼？實驗不可靠，那麼愛因斯坦就要找更加可靠的東西，這個更加可靠的東西就是對稱性！
於是愛因斯坦在物理學的研究方式上來了一場哥白尼式的革命：他先通過觀察分析找到一個十分可靠的對稱性，然後要求新的理論具有這種對稱性，從而直接從數學上推導出它的方程，再用實驗數據來驗證他的理論是否正確。在這裡，原來的實驗-理論-對稱性變成了對稱性-理論-實驗，對稱性從原來理論的副產品變成了決定理論的核心，實驗則從原來的歸納理論的基礎變成了驗證理論的工具。理解這一轉變非常的重要，後面的物理學家都是這麼幹的，我們要先把思路調對，不然到時候就容易出現各種不適應。
愛因斯坦利用這樣思路，先確定了廣義座標不變性，然後從這個對稱性出發得到了一套新的引力理論，這就是廣義相對論。這也是為什麼其他科學家看到廣義相對論之後一臉懵逼，而且說如果不是愛因斯坦，恐怕50年之內都不會有人發現這套理論的原因。愛因斯坦是第一個這麼反過來乾的，廣義相對論大獲成功之後人們才發現原來理論研究還可以這麼幹，這種思想後來被楊振寧先生髮揚光大，並形成了“對稱決定相互作用”這樣的共識。
愛因斯坦完成廣義相對論之後，繼續朝著更偉大的目標“統一場論（統一引力和電磁力）”進軍，在強力和弱力還沒有被發現的年代，能夠統一引力和電磁力的理論似乎就是終極理論了。我們現在都知道愛因斯坦終其後半生都未能完成統一場論，但是統一場論的巨大光環和愛因斯坦自帶的超級偶像的磁場還是吸引了一些物理學家，也帶來了一些有意思的新想法。下文我們將就對稱性做進一步的介紹