正如第七章所解釋的，麻煩在于不確定性原理意味著甚至“空的”空間也是充滿了虛的粒子和反粒子，這些粒子對具有無限的能量，并且由愛因斯坦的著名方程e＝mc2可知，這些粒子具有無限的質量。這樣，它們的引力的吸引就會將宇宙卷曲到無限小的尺度。

相當類似地，在其他部分理論中也發生頗似荒謬的無限大，然而，所有這些情形下的無限大都可用稱之為重正化的過程消除掉。這牽涉到引入其他的無限大去消除這些無限大。雖然在數學上這個技巧相當令人懷疑，而在實際上似乎確實行得通，并用來和這些理論一起作出預言，這預言極其精確地和觀測相一致。然而，從企圖找到一個完全理論的觀點看，由于重正化意味著質量和力的強度的實際值不能從理論中得到預言，必須被選擇以去適合觀測，因此重正化有一嚴重的缺陷。

試圖將不確定性原理合并到廣義相對論時，人們只有兩個可以調整的量：引力強度和宇宙常數的值。但是調整它們不足以消除所有的無窮大。所以人們得到一個理論，它似乎預言了諸如空間一時間的曲率的某些量真的是無窮大，但是觀察和測量表明它們地地道道是有限的！奇書人們對于合并廣義相對論和不確定性原理的問題懷疑了許久，直到1972年才為仔細的計算所最后確證。4年之后，人們提出了一種叫做“超引力”的可能的解答。它的思想是將攜帶引力的自旋為2稱為引力子的粒子和某些其他具有自旋為3/2、1、1/2和0的新粒子結合在一起。在某種意義上，所有這些粒子可認為是同一“超粒子”的不同側面。這樣就將自旋為1/2和3/2的物質粒子和自旋為0、1和2的攜帶力的粒子統一起來了。自旋1/2和3/2的虛的粒子反粒子對具有負能量，因此抵消了自旋為2、1和0的虛的粒子對的正能量。這就使得許多可能的無限大被抵消掉。但是人們懷疑，某些無窮大仍然存在。然而，人們需要找出是否還留下未被抵消的無窮大，這計算是如此之冗長和困難，以至于沒有人會準備著手去進行。即使使用一個計算機，預料至少要用4年功夫，而且犯至少一個或更多錯誤的機會是非常高的。這樣，只有其他人重復計算，并得到同樣的答案，人們才能判斷已取得了正確的答案，但這似乎是不太可能的！

盡管存在這些問題，盡管超引力理論中的粒子似乎不與觀察到的粒子相符合的這一事實，大部分科學家仍然相信，超引力可能是對于物理學統一問題的正確答案。看來它是將引力和其他力相統一起來的最好辦法。然而1984年，人們的看法顯著地改變為更喜歡所謂的弦理論。在這些理論中，基本的對象不再是只占空間單獨的點的粒子，而是只有長度而沒有其他線度、像是一根無限細的弦這樣的東西。這些弦可以有端點（所謂的開弦），或它們可以自身首尾相接成閉合的圈子（閉弦）（圖和圖）。在每一時刻每一個粒子占據空間的一點。這樣，它的歷史可以在空間一時間用一根線代表（“世界線”）。另一方面，在每一時刻一根弦占據空間的一根線。所以它在時空里的歷史是一個叫做世界片的二維面（在這世界片上的任一點都可用兩個數來描述：一個指明時間，另一個指明這一點在弦上的位置。）一根開弦的世界片是一帶子，它的邊緣代表弦的端點通過時空的路徑（圖）；一根閉弦的世界片是一個圓柱或一個管（圖）；一個管的截面是一個圈，它代表在一特定時刻的弦的位置。

圖、圖

兩根弦可以連接在一起，形成一根單獨的弦。在開弦的情形下只要將它們端點連在一起即可（圖）；在閉弦的情形下，像是兩條褲腿合并成一條褲子（圖）。類似地，一根單獨的弦可以分成兩根弦。在弦理論中，原先以為是粒子的東西，現在被描繪成在弦里傳播的波動，如同振動著的風箏的弦上的波動。一個粒子從另一個粒子發射出來或者被吸收，對應于弦的分解和合并。例如，太陽作用到地球上的引力，在粒子理論中被描述成由太陽上的粒子發射出并被地球上的粒子所吸收的引力子（圖）。在弦理論中，這個過程相應于一個h形狀的管（圖）（弦理論有點像管道工程）。h的兩個垂直的邊對應于太陽和地球上的粒子，而水平的橫杠對應于在它們之間傳遞的引力子。

圖、圖

圖、圖

弦理論有一個古怪的歷史。它原先是60年代后期發明來試圖找出一個描述強作用的理論。其方法是，諸如質子和中子這樣的粒子可被認為是一根弦上的波動。這些粒子之間的強作用力對應于連接于其他一些弦之間的弦的片段——正如蜘蛛網一樣。這弦必須像具有大約10噸拉力的橡皮帶，才能使理論給出粒子之間強作用力的觀察值。

1974年，巴黎的朱勒·謝爾克和加州理工學院的約翰·施瓦茲發表了一篇論文，指出弦理論可以描述引力，但是只不過其張力要大得多，大約是1000萬億億億億噸（1后面跟39個0）。在通常尺度下，弦理論和廣義相對論的預言是相同的，但在非常小的尺度下，比10億億億億分之一厘米（1厘米被1后面跟33個0除）更小時，它們就不一樣了。然而，他們的工作并沒有引起很大的注意，因為大約正是那時候。大多數人拋棄了原先的強作用力的弦理論，而傾心于夸克和膠子的理論，后者似乎和觀測符合得好得多。謝爾克死得很慘（他受糖尿病折磨，在周圍沒人給他注射胰島素時昏迷死去）。這樣一來，施瓦茲幾乎成為弦理論的唯一支持者，只不過現在設想的弦張力要大得多而已。

1984年，因為兩個明顯的原因，人們對弦理論的興趣突然復活。一個原因是，在證明超引力是有限的，以及解釋我們觀察到的粒子的種類方面，人們未能真正取得進展。另一個原因是，約翰·施瓦茲和倫敦瑪麗皇后學院的麥克·格林發表的一篇論文指出，弦理論可以解釋內稟的左旋性的粒子存在，正如我們觀察到的一些粒子那樣。不管是什么原因，大量的人很快開始作弦理論的研究，而且發展了稱之為異形弦的新形式，這種形式似乎能夠解釋我們觀測到的粒子類型。奇qisuu書網

弦理論也導致無窮大，但是人們認為，它們在一種類似異形弦的變體中會被消除掉（雖然這一點還沒被確認）。然而，弦理論有更大的問題：似乎只有當時空是十維或二十六維，而不是通常的四維時它們才是協調的！當然，額外的時空維數是科學幻想的老生常談；的確，它們幾乎是必不可少的，因為否則相對論對人們不能旅行得比光更快的限制意味著，由于要花這么長的時間，以至于在恒星和星系之間的旅行成為不可能?？茖W幻想的辦法是，人們可以通過更高的維數抄近路。這一點可用以下方法描述。想像我們生活的空間只有二維，并且彎曲成像一個錨圈或環的表面（圖）。如果你是處在這圈的內側的一邊而要到另一邊去，你必須沿著圈的內邊緣走一圈。然而，你如果允許在第三維空間里旅行，則可以直穿過去。

圖

如果這些額外的維數確實存在，為什么我們沒有覺察到它們呢？為何我們只看到三維空間和一維時間呢？一般認為，其他的維數被彎卷到非常小的尺度——大約為1英寸的100萬億億億分之一的空間，人們根本無從覺察這么小的尺度。我們只能看到一個時間和三個空間的維數，這兒時空是相當平坦的。這正如一個桔子的表面：如果你靠非常近去看，它是坑坑洼洼的并有皺紋；但若離開一定的距離，你就看不見高低起伏而顯得很光滑。對于時空亦是如此。因此在非常小的尺度下，時空是十維的，并且是高度彎曲的；但在更大的尺度下，你看不見曲率或者額外的維數。如果這個圖像是正確的，對于自愿的空間旅行者來講是個壞消息，額外附加的維實在是太小了，以至于不能允許空間飛船通過。然而，它引起了另一個重要問題：為何是一些而不是所有的維數被卷曲成一個小球？也許在宇宙的極早期所有的維都曾經非常彎曲過。為何一維時間和三維空間攤平開來，而其他的維仍然緊緊地卷曲著？

人擇原理可能提供一個答案。二維空間似乎不足以允許像我們這樣復雜生命的發展。例如，如果二維動物吃東西時不能將之完全消化，則它必須將其殘渣從吞下食物的同樣通道吐出來；因為如果有一個穿通全身的通道，它就將這生物分割成兩個分開的部分，我們的二維動物就解體了（圖）。類似的，在二維動物身上實現任何血液循環都是非常困難的。

圖

多于三維的空間維數也有問題。兩個物體之間的引力將隨距離衰減得比在三維空間中更快。（在三維空間內，如果距離加倍則引力減少到1/4。在四維空間減少到1/8，五維空間1/16，等等。）其意義在于使像地球這樣繞著太陽的行星的軌道變得不穩定，地球偏離圓周軌道的最小微擾（例如由于其他行星的引力吸引）都會引起它以螺旋線的軌道向外離開或向內落到太陽上去。我們就會被凍死或者被燒死。事實上，在維數多于三維的空間中，引力隨距離變化的同樣行為意味著，太陽不可能由于壓力和引力相平衡，而存在于一個穩定的狀態，它若不被分解就會坍縮形成黑洞。

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