在任一情況下,作為地球上生命的熱和光的來源來說,它沒有多大用處。在小尺度下,原子里使電子繞著原子核運(yùn)動(dòng)的電力行為正和引力一樣,這樣電子或者從原子逃逸出去,或者以螺旋的軌道落到原子核上去。在任一情形下,都不存在我們所知道的原子。
看來很清楚,至少如我們所知,生命只能存在于一維時(shí)間和三維空間沒被卷曲得很小的時(shí)空區(qū)域里。這表明,只要人們可以證明弦理論至少允許存在宇宙的這樣的區(qū)域——似乎弦理論確實(shí)能做到這一點(diǎn),則我們可以用弱人擇原理。同樣,也會(huì)存在宇宙的其他區(qū)域或其他宇宙(不管那是什么含意),那里所有的維都被卷曲得很小,或者多于四維幾乎是平坦的。但在這樣的區(qū)域里,不會(huì)有智慧生物去觀察這有效維數(shù)的不同數(shù)目。另一個(gè)問題是存在至少四種不同的弦理論(開弦和三種不同的閉弦理論),以及由弦理論預(yù)言的額外維的極其繁多的卷曲方式。為何自然只挑選一種弦理論和一種卷曲方式?這問題一度似乎沒有答案,因而無法向前進(jìn)展。后來,大約從1994年開始,人們發(fā)現(xiàn)了所謂的對(duì)偶性:不同的弦理論以及額外維的不同卷曲方式會(huì)導(dǎo)致四維時(shí)空中的同樣結(jié)果。不僅如此,正如在空間中占據(jù)一點(diǎn)的粒子,也像空間中線狀的弦,還存在另一種稱作p-膜的東西,它在空間里占據(jù)二維或更高維的體積。(粒子可認(rèn)為是o-膜,而弦為1-膜,但是還存在p從2到9的p-膜)。這似乎表明,在超引力、弦以及p膜理論中存在某種民主:它們似乎和平相處,沒有一種比另一種更基本??雌饋恚鼈兪菍?duì)某種基本理論的不同近似,而且在不同的情形下成立。人們探索了這個(gè)基本理論,但是迄今毫無成就。因?yàn)楦绲聽栔赋觯豢赡苡脝为?dú)的一組公理系統(tǒng)來表述算術(shù)。我相信這兒的情形不可能比它更好,基本理論不可能存在單獨(dú)的表述。這猶如你不可能只用一張單獨(dú)的地圖去描述地球或者錨圈的表面:在地球的情形下,你至少需要兩張地圖去覆蓋每一點(diǎn),而在錨圈的情形下,則需要四張。每張地圖只對(duì)一個(gè)有限的區(qū)域有效,但是不同的地圖有一個(gè)交疊的區(qū)域。整族地圖就為該表面提供了完整的描述。類似地,在物理學(xué)中對(duì)不同的情形需要使用不同的表述,但是兩種不同表述在它們都適用的情形下要相互一致。整族不同的表述可以被認(rèn)為是完整的統(tǒng)一理論,盡管它不是依照單獨(dú)的假設(shè)集合表達(dá)的理論。
但是,確實(shí)存在這樣的一個(gè)統(tǒng)一理論嗎?或者我們也許僅僅是在追求海市屋樓??磥泶嬖谌N可能性:
(1)確實(shí)存在一個(gè)完整的統(tǒng)一理論,如果我們足夠聰明的話,總有一天將會(huì)找到它。
(2)并不存在宇宙的最終理論,僅僅存在一個(gè)越來越精確地描述宇宙的無限的理論序列。
(3)并不存在宇宙的理論;事件在一定程度之外不可能被預(yù)言,僅僅是以一種紊亂或任意的方式發(fā)生。
有些人基于以下理由會(huì)贊同第三種可能,如果存在一套完整的定律,這將侵犯上帝改變其主意并對(duì)世界進(jìn)行干涉的自由。這有點(diǎn)像那古老的二律背反:上帝能制造一個(gè)重到以至于它也不能將其舉起的石塊嗎?但是上帝可能要改變主意的這一思想,這正如圣·奧古斯丁指出的,是一個(gè)想像上帝存在在時(shí)間里的虛妄的例子:時(shí)間只是上帝創(chuàng)造的宇宙的一個(gè)性質(zhì)。可以設(shè)想,當(dāng)它創(chuàng)造宇宙時(shí)它知道企圖做什么!
隨著量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn),我們認(rèn)識(shí)到,由于總存在一定程度的不確定性,不可能去完全精確地預(yù)言事件。如果有人愿意,他可以將此紊亂性歸結(jié)為上帝的干涉。但這是一種非常奇怪的干涉:沒有任何證據(jù)表明它具有任何目的。的確,如果它有目的,則按定義就不會(huì)是紊亂的?,F(xiàn)代由于我們重新定義科學(xué)的目標(biāo),所以已經(jīng)有效地排除了上述的第三種可能性:我們的目的只在于表達(dá)一套定律,這些定律能使我們?cè)诓淮_定性原理的極限內(nèi)預(yù)言事件。
第二種可能性,也就是存在一無限的越來越精確的理論序列,是和迄今為止我們的經(jīng)驗(yàn)相符合。在許多場合我們?cè)黾恿藴y(cè)量的靈敏度,或者進(jìn)行了新的類型的觀測(cè),只是為了發(fā)現(xiàn)還沒被現(xiàn)有理論預(yù)言的新現(xiàn)象,為了囊括這些,我們必須發(fā)展更高級(jí)的理論?,F(xiàn)代的大統(tǒng)一理論預(yù)言:在大約100吉電子伏的弱電統(tǒng)一能量和大約1000萬億吉電子伏的大統(tǒng)一能量之間,沒有什么本質(zhì)上新的現(xiàn)象發(fā)生。所以,如果這個(gè)預(yù)言是錯(cuò)的話,人們并不會(huì)感到非常驚訝。我們的確可以預(yù)料,能夠去找?guī)讉€(gè)新的比夸克和電子——這些我們目前以為是“基本”粒子——更基本的結(jié)構(gòu)層次。
然而,看來引力可以提供這個(gè)“盒子套盒子”的序列的極限。如果人們有一個(gè)比1000億億(1后面跟19個(gè)0)吉電子伏的所謂普郎克能量更高能量的粒子,它的質(zhì)量就會(huì)集中到如此的程度,以至于會(huì)脫離宇宙的其他部分,而形成一個(gè)小黑洞。這樣看來,確實(shí)當(dāng)我們往越來越高的能量去的時(shí)候,越來越精密的理論序列應(yīng)當(dāng)有某一極限,所以必須有宇宙的終極理論。當(dāng)然,普郎克能量離開大約幾百吉電子伏——目前在實(shí)驗(yàn)室中所能產(chǎn)生的最大的能量——非常遠(yuǎn),我們不可能在可見的未來用粒子加速器填補(bǔ)其間的差距!然而,宇宙的極早期階段是這樣大能量應(yīng)該發(fā)生的舞臺(tái)。我以為,早期宇宙的研究和數(shù)學(xué)一致性的要求,很有可能會(huì)導(dǎo)致我們中的某些人在有生之年獲得一個(gè)完整的統(tǒng)一理論。當(dāng)然,這一切都是假定我們首先不使自身毀滅的前提下而言的。
如果我們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了宇宙的終極理論,這意味著什么?正如第一章所解釋的,我們將永遠(yuǎn)不能肯定我們是否確實(shí)找到了正確的理論,因?yàn)槔碚摬荒鼙蛔C明。但是如果理論是數(shù)學(xué)上協(xié)調(diào)的并且總是給出與觀察一致的預(yù)言,我們便可以適度地有信心認(rèn)為它是正確的。它將給人類為理解宇宙的智力斗爭歷史長期的光輝篇章打上一個(gè)休止符。但是,它還會(huì)改變常人對(duì)制約宇宙定律的理解。在牛頓時(shí)代,一個(gè)受教育的人至少在梗概上掌握整個(gè)人類知識(shí)。但從那以后,科學(xué)發(fā)展的節(jié)奏使之不再可能。因?yàn)槔碚摽偸潜桓淖円阅依ㄐ碌挠^察結(jié)果,它們從未被消化或簡化到使常人能理解。你必須是一個(gè)專家,即使如此,你只能希望適當(dāng)?shù)卣莆湛茖W(xué)理論的一小部分。另外,其發(fā)展的速度是如此之快,以至于在中學(xué)和大學(xué)所學(xué)的總是有點(diǎn)過時(shí)。只有少數(shù)人可以跟得上知識(shí)快速進(jìn)步的前沿,但他們必須貢獻(xiàn)他們的畢生,并局限在一個(gè)小的領(lǐng)域里。其余的人對(duì)于正在進(jìn)行的發(fā)展和它們產(chǎn)生的激動(dòng)只有很少的概念。70年以前,如果愛丁頓的話是真的,那么只有兩個(gè)人理解廣義相對(duì)論。今天,成千上萬的大學(xué)研究生能理解、并且?guī)装偃f人至少熟悉這種思想。如果發(fā)現(xiàn)了一套完整的統(tǒng)一理論,以同樣方法將其消化并簡化,以及在學(xué)校里至少講授其梗概,這只是時(shí)間的遲早問題。我們那時(shí)就都能夠?qū)χ萍s宇宙的定律有所理解,并對(duì)我們的存在負(fù)責(zé)。
即使我們發(fā)現(xiàn)了一套完整的統(tǒng)一理論,由于兩個(gè)原因,這并不表明我們能一般地預(yù)言事件。第一是我們無法避免不確定性原理給我們的預(yù)言能力設(shè)立的極限。然而,更為嚴(yán)厲的是第二個(gè)限制。它是說,除了非常簡單的情形,我們不能準(zhǔn)確解出這理論的方程。(在牛頓引力論中,我們甚至連三體運(yùn)動(dòng)問題都不能準(zhǔn)確地解出,而且隨著物體的數(shù)目和理論復(fù)雜性的增加,困難愈來愈大。)除了在最極端狀態(tài)下,我們已經(jīng)知道規(guī)范物體行為的定律。特別是,我們知道作為所有化學(xué)和生物基礎(chǔ)的基本定律。我們肯定還沒有將這些學(xué)科歸結(jié)為可解問題的狀態(tài);我們?cè)趶臄?shù)學(xué)方程來預(yù)言人類行為上只取得了很少的成功!所以,即使我們確實(shí)找到了基本定律的完整集合,在未來的歲月里,仍存在著發(fā)展得更好的近似方法,使得我們?cè)趶?fù)雜而現(xiàn)實(shí)的情形下,能完成對(duì)可能結(jié)果的有用預(yù)言的、這一智慧的、富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。一個(gè)完全的、協(xié)調(diào)的統(tǒng)一理論只是第一步,我們的目標(biāo)是完全理解發(fā)生在我們周圍的事件以及我們自身的存在。
第十一章結(jié)論
我們發(fā)現(xiàn)自已是處于使人為難的世界中。我們要為自己在四周所看的一切賦予意義并問道:什么是宇宙的性質(zhì)?我們?cè)谒械奈恢萌绾危约坝钪婧臀覀儚暮味鴣恚繛楹嗡沁@個(gè)樣子的?我們采用某種“世界圖”來試圖回答這些問題,如同無限的烏龜塔——一個(gè)支持平坦的地球是這樣的一種圖象一樣,超弦理論也是一種圖象。雖然后者比前者更數(shù)學(xué)化、更精確,但兩者都是宇宙的理論。兩個(gè)理論都缺乏觀察的證據(jù):沒人看到一個(gè)背負(fù)地球的大龜,但也沒有人看到超弦。然而,龜理論作為一個(gè)好的科學(xué)理論是不夠格的,因?yàn)樗A(yù)言了人會(huì)從世界的邊緣掉下去。除非發(fā)現(xiàn)它能為據(jù)說在百慕達(dá)三角消失的人提供解釋。這個(gè)預(yù)言和經(jīng)驗(yàn)不一致!
最早先在理論上描述和解釋宇宙的企圖牽涉到這樣的思想,事件或自然現(xiàn)象是由具備人類感情的靈魂所控制,它們的行為和人類非常相像,并且是不可預(yù)言的。這些靈魂棲息在自然對(duì)象之中,諸如河流和山岳,包括諸如太陽和月亮這樣的天體之中。它們必須被祈禱并供奉,以保證土壤的肥沃和四季的變化。然而,一些規(guī)律性逐漸地被注意到:太陽總是東升西落,而不管是否用犧牲去對(duì)之進(jìn)貢。
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