四
　　但量子論的道路仍未走到盡頭，雖然它已經負擔了太多的光榮和疑惑，但命運仍然註定了它要繼續影響物理學的將來。在經歷了無數的風雨之後，這一次，它面對的是一個前所未有強大的對手，也是最後的終極挑戰——廣義相對論。
　　標準的薛定諤方程是非相對論化的，在它之中並沒有考慮到光速的上限。而這一工作最終由狄拉克完成，最後完成的量子場論實際上是量子力學和狹義相對論的聯合產物。當我們僅僅考慮電磁場的時候，我們得到的是量子電動力學，它可以處理電磁力的作用。大家在中學裡都知道電磁力：同性相斥，異性相吸，量子電動力學認為，這個力的本質是兩個粒子之間不停地交換光子的結果。兩個電子互相靠近並最終因為電磁力而彈開，這其中發生了什麼呢？原來兩個電子不停地在交換光子。想象兩個溜冰場上的人，他們不停地把一隻皮球拋來拋去，從一個人的手中扔到另一個人那裡，這樣一來他們必定離得越來越遠，似乎他們之間有一種斥力一樣。在電磁作用力中，這個皮球就是光子！那麼同性相吸是怎麼回事呢？你可以想象成兩個人背靠背站立，並不停地把球扔到對方面對的牆壁上再反彈到對方手裡。這樣就似乎有一種吸力使兩人緊緊靠在一起。
　　但是，當處理到原子核內部的事務時，我們面對的就不再是電磁作用力了！比如說一個氦原子核，它由兩個質子和兩個中子組成。中子不帶電，倒也沒有什麼，可兩個質子卻都帶着正電！如果說同性相斥，那麼它們應該互相彈開，而怎麼可能保持在一起呢？這顯然不是萬有引力互相吸引的結果，在如此小的質子之間，引力微弱得基本可以忽略不計，必定有一種更為強大的核力，比電磁力更強大，才可以把它們拉在一起不致分開。這種力叫做強相互作用力。
　　聰明的各位也許已經猜到了，既然有“強”相互作用力，必定相對地還有一種“弱”相互作用力，事實正是如此。弱作用力就是造成許多不穩定的粒子衰變的原因。這樣一來，我們的宇宙中就總共有着4種相互作用力：引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力。它們各自為政，互不管轄，遵守着不同的理論規則。
　　但所有這些力的本質是什麼呢？是不是也如同電磁力那樣，是因為交換粒子而形成的？日本物理學家湯川秀樹——他或許是日本最著名的科學家——預言如此。在強相互作用力中，湯川認為這是因為核子交換一種新粒子——介子（meson）而形成的。他所預言的介子不久就為安德森等人所發現，不過那卻是一種不同的介子，現在稱為μ子，它和湯川理論無關。湯川所預言的那種介子現在稱為π子，它最終在1947年為英國人鮑威爾（Cecil Frank Powell）在研究宇宙射線時所發現。湯川獲得了1949年的諾貝爾物理獎，而鮑威爾獲得了1950年的。對於強相互作用力的研究仍在繼續，人們把那些感受強相互作用力的核子稱為“強子”，比如質子、中子等。1964年，我們的蓋爾曼提出，所有的強子都可以進一步分割，這就是如今家喻戶曉的“夸克”模型。每個質子或中子都由3個夸克組成，每種夸克既有不同的“味道”，更有不同的“顏色”，在此基礎上人們發明了所謂的“量子色動力學”（QCD），來描述。夸克之間同樣通過交換粒子來維持作用力，這種被交換的粒子稱為“膠子”（gluon）。各位也許已經有些頭暈腦脹，我們就不進一步描述了。再說詳細描述基本粒子的模型需要太多的筆墨，引進太多的概念，但我們的史話所留下的篇幅已經不多，所以只能這樣簡單地一筆帶過。如果想更好地了解有關知識，蓋爾曼曾寫過一本通俗的讀物《夸克與美洲豹》，而偉大的阿西莫夫（Isaac Asimov）則有更多精彩的論述，雖然時代已經不同，但許多作品卻仍然並不過時！
　　強相互作用是交換介子，那麼弱相互作用呢？湯川秀樹同樣預言它必定也交換某種粒子，這種粒子被稱為“中間玻色子”。與強作用力所不同的是，弱相互作用力的理論形式看上去同電磁作用力非常相似，這使得人們開始懷疑，這兩種力實際上是不是就是同一種東西，只不過在不同的環境中表現得不盡相同而已？特別是當李政道與楊振寧提出了弱作用下宇稱不守恆之後，這一懷疑愈加強烈。終於到了60年代，統一弱相互作用力和電磁力的工作由美國人格拉肖（Sheldon Glashow）、溫伯格（Steven Weinberg）和巴基斯坦人薩拉姆（Aldus Salam）所完成，他們的成果被稱為“弱電統一理論”，3人最終為此得到了1979年的諾貝爾獎。該理論所預言的3種中間玻色子（W＋，W－和Z0）到了80年代被實驗所全部發現，更加證實了它的正確性。
　　物理學家們現在開始大大地興奮起來了：既然電磁力和弱作用力已經被證明是同一種東西，可以被一個相同的理論所描述，那麼我們又有什麼理由不去相信，所有的4種力其實都是同一種東西呢？所有的物理學家都相信，上帝——大自然的創造者——他老人家是愛好簡單的，他不會把我們的世界搞得複雜不堪，讓人搖頭嘆氣，他必定按照某一種標準的模式創造了這個宇宙！而我們要做的工作，就是把上帝所依據的這個藍圖找出來。這藍圖必定只有一份，而所有的物理現象，物理力都被涵蓋在這個設計之中！如果模仿《獨立宣言》中那著名的句子，物理學家完全願意宣稱：
　　我們認為這是不言而喻的事實：每一種力都是被相同地創造的。
　　We hold the truth to be self-evident, that all forces are created equal.
　　是啊，要是真有那麼一個理論，它可以描述所有的4種力，進而可以描述所有的物理現象，那該是怎樣一幅壯觀的場面啊！那樣一來，整個自然，整個物理就又重新歸於統一之中，就像史詩中所描寫的那個傳奇的黃金時代與偉大的經典帝國，任何人都無法抗拒這樣一種誘人的景象，仿佛一個新的偉大時代就在眼前。戎馬已備，戈矛已修，浩浩蕩蕩的大軍終於就要出發，去追尋那個失落已久的統一之夢。
　　現在，弱作用力和電磁力已經被合併了，下一個目標是強相互作用力，正如我們已經介紹的那樣，這塊地域目前為止被量子色動力學所統治着。但幸運地是，雖然兵鋒指處，形勢緊張嚴峻，大戰一觸即發，但兩國的君主卻多少有點血緣關係，這給和平統一留下了餘地：它們都是在量子場論的統一框架下完成的。1954年，楊振寧和米爾斯建立了規範場論，而吸取了對稱性破缺的思想之後，這使得理論中的某些沒有質量的粒子可以自發地獲得質量。正因為如此，中間玻色子和光子才得以被格拉肖等人包含在同一個框架內。而反觀量子色動力學，它本身就是模仿量子電動力學所建立的，連名字都模仿自後者！所不同的是光子不帶電荷，但膠子卻帶着“顏色”荷，但如果充分地考慮自發對稱破缺的規範場，將理論擴充為更大的單群，把膠子也拉進統一中來並非不可能。這樣的理論被驕傲地稱為“大統一理論”（Grand Unified Theory，GUT），它後來發展出了多個變種，但不管怎樣，其目標是一致的，那就是統一弱相互作用力、強相互作用力和電磁力3種力，把它們合併在一起，包含到同一個理論中去。不同的大統一理論預言了一些不同的物理現象，比如質子可能會衰變，比如存在着磁單極子，或者奇異弦，但可惜的是，到目前為止這些現象都還沒有得到確鑿的證實。退一步來說，由於理論中一些關鍵的部分比如希格斯玻色子的假設到目前為止都尚未在實驗中發現，甚至我們連粒子的標準模型也不能100％地肯定正確。但無論如何，大統一理論是非常有前途的理論，人們也有理由相信它終將達到它的目標。
　　可是，雖然號稱“大統一”，這樣的稱號卻依舊是名不副實的。就算大統一理論得到了證實，天下卻仍未統一，四海仍未一靖。人們怎麼可以遺漏了那塊遼闊的沃土——引力呢？GUT即使登基，他的權力仍舊是不完整的，對於引力，他仍舊鞭長莫及。天無二日民無二君，雄心勃勃的物理學家們早就把眼光放到了引力身上，即使他們事實上連強作用力也仍未最終征服。正可謂尚未得隴，便已望蜀。
　　引力在宇宙中是一片獨一無二的區域，它和其他3種力似乎有着本質的不同。電磁力有時候互相吸引，有時候互相排斥，但引力卻總是吸引的！這使它可以在大尺度上累加起來。當我們考察原子的時候，引力可以忽略不計，但一旦我們的眼光放到恆星、星雲、星系這樣的尺度上，引力便取代別的力成了主導因素。想要把引力包含進統一的體系中來是格外困難的，如果說電磁力、強作用力和弱作用力還勉強算同文同種，引力則傲然不群，獨來獨往。何況，我們並沒有資格在它面前咆哮說天兵已至，為何還不服王化云云，因為它的統治者有着同樣高貴的血統和深厚的淵源：這裡的國王是愛因斯坦偉大的廣義相對論，其前身則是煌煌的牛頓力學！
　　物理學到了這個地步，只剩下了最後一個分歧，但也很可能是最難以調和和統一的分歧。量子場論雖然爭取到了狹義相對論的合作，但它還是難以征服引力：廣義相對論拒絕與它聯手統治整個世界，它更樂於在引力這片保留地上獨立地呼風喚雨。從深層次的角度上說，這裡凸現了量子論和相對論的內在矛盾，這兩個20世紀的偉大物理理論之間必定要經歷一場艱難和痛苦的融合，才能孕育出最後那個眾望所歸的王者，完成“普天之下，莫非王土”的宏願。
　　物理學家有一個夢想，一個深深植根於整個自然的夢想。他們夢想有一天，深壑彌合，高山夷平，荊棘變沃土，歧路變通衢。他們夢想造物主的光輝最終被揭示，而眾生得以一起朝覲這一終極的奧秘。而要實現這個夢想，就需要把量子論和相對論真正地結合到一起，從而創造一個量子引力理論。它可以解釋一切的力，進而闡釋一切的物理現象。這樣的理論是上帝造物的終極藍圖，它講述了這個自然最深刻的秘密。只有這樣的理論，才真正有資格稱得上“大統一”，不過既然大統一的名字已經被GUT所占用了，人們給這種終極理論取了另外一個名字：萬能理論（Theory of Everything，TOE）。
　　愛因斯坦在他的晚年就曾經試圖去實現這個夢想，在普林斯頓的那些日子裡，他的主要精力都放在如何去完成統一場論上（雖然他還並不清楚強力和弱力這兩個王國的存在）。但是，愛因斯坦的戰略思想卻是從廣義相對論出發去攻打電磁力，這樣的進攻被證明是極為艱難而傷亡慘重的：不僅邊界上崇山峻岭，有着無法克服的數學困難，而且對方居高臨下，地形易守難攻，占盡了便宜。雖然愛因斯坦執着不懈地一再努力，但整整30年，直到他去世為止，仍然沒能獲得任何進展。今天看來，這個失敗是不可避免的，廣義相對論和量子論之間有一條深深的不可逾越的鴻溝，而愛因斯坦的舊式軍隊是絕無可能跨越這個障礙的。但在另一面，愛因斯坦所不喜歡的量子論迅猛地發展起來，正如我們描述的那樣，它的力量很快就超出了人們所能想象的極限。這一次，以量子論為主導，統一是否能夠被真正完成了呢？
　　歷史上產生了不少量子引力理論，但我們只想極為簡單地描述一個。它近來大紅大紫，聲名遠揚，時髦無比，倘若誰不知道它簡直就不好意思出來混。大家一定都明白我說的是超弦（Superstring）理論，許多讀者迫使我相信，如果不在最後提一下它，那麼我們的史話簡直就是一肚子不合時宜。

霍金打賭
　　1999年，霍金在一次演講中說，他願意以1賠1，賭一個萬能理論會在20年內出現。現在是不是真的有人和他打這個賭我暫時不得而知，不過霍金好打賭是出了名的，咱們今天就來閒話幾句打賭的話題。
　　我們所知的霍金打的最早的一個賭或許是他和兩個幼年時的夥伴所打的：他們賭今後他們之間是不是會有人出人頭地。霍金出名後，還常常和當初的夥伴開玩笑說，因為他打贏了，所以對方欠他一塊糖。
　　霍金33歲時，第一次就科學問題打賭，之後便一發不可收拾。今天我們所熟知的最有名的幾個科學賭局，幾乎都同他有關。或者也是因為霍金太出名，太容易被媒體炒作渲染的緣故吧。
　　1974年，黑洞的熱潮在物理學界內方興未艾。人們已經不太懷疑黑洞是一個物理真實，但在天文觀測上仍沒有找到一個確實的實體。不過已經有幾個天體非常可疑，其中一個叫做天鵝座X-1，如果你小時候閱讀過80年代的一些科普書籍，你會對這個名字耳熟能詳。霍金對這個天體的身份表示懷疑，他和加州理工的物理學家索恩（Kip
　　Thorne）立下字據，以1年的《閣樓》（Penthouse）雜誌賭索恩4年的《私家偵探》（Private Eye）。大家也許會對霍金這樣的大科學家竟然下這樣的賭注而感到驚奇（Penthouse大家想必都知道，是和Playboy齊名的男性雜誌，不過最近倒閉了），呵呵，不過飲食男女人之大欲，反正他就是這樣賭的。今天大家都已經知道，宇宙中的黑洞多如牛毛，天鵝X-1的身份更是不用懷疑。1990年霍金到南加州大學演講，當時索恩人在莫斯科，於是霍金大張旗鼓地闖入索恩的辦公室，把當年的賭據翻出來印上拇指印表示認輸。
　　霍金後來真的給索恩訂了一年的《閣樓》，索恩家裡的女性成員對此是有意見的。但那倒也不是對於《閣樓》有什麼反感，在美國這種開放社會這不算什麼。反對的原因來自女權主義：她們堅持索恩應該賭一份適合both男女閱讀的雜誌。當年索恩還曾贏了錢德拉塞卡的《花花公子》，出於同樣的理由換成了《聽眾》。
　　霍金輸了這個場子很是不甘，1年後便又找上索恩，同時還有索恩的同事，加州理工的另一位物理學家普雷斯基（John Preskill），賭宇宙中不可能存在裸奇點，負者為對方提供能夠包裹“裸體”的衣服。這次霍金不到4個月就發現自己還是要輸：黑洞在經過霍金蒸發後的確可能保留一個裸奇點！但霍金在文字上耍賴，聲稱由於量子過程而產生的裸奇點並不是賭約上描述的那個由於廣義相對論而形成的裸奇點，而且那個證明也是不嚴格的，所以不算。
　　逃得了初一逃不過十五，1997年德州大學的科學家用超級計算機證明了，當黑洞坍縮時，在非常特別的條件下裸奇點在理論上是可以存在的！霍金終於認輸，給他的對手各買了一件T恤衫。但他還是不服氣的，他另立賭約，賭雖然在非常特別的條件下存在裸奇點，但在一般情況下它是被禁止的！而且霍金在T恤上寫的字更是不依不饒：大自然討厭裸露！
　　霍金在索恩那裡吃了幾次虧了，這次不知是否能翻盤。當然索恩也不是常賭不敗的，他曾經和蘇聯人澤爾多維奇（Zel’dovich）在黑洞輻射的問題上打賭，結果輸了一瓶上好的名牌威士忌。有時候霍金和索恩還會聯手，比如在黑洞蒸發後是否吐出當初吃掉的信息這一問題上。霍金和索恩賭它不會，而普雷斯基賭它會，賭注是“信息”本身——勝利者將得到一本百科全書！這個問題迄無定論，不過從最近發展的勢頭來看，霍金又有輸的危險。今年（2004年）初，俄亥俄州立大學的科學家用弦論更為明確地證明了，黑洞很可能將吐出信息！
　　2000年，霍金又和密歇根大學的凱恩（Gordon Kane）賭100美元，說在芝加哥附近的費米實驗室里不可能發現所謂的“希格斯玻色子”（這是英國物理學家希格斯於1964年預言的一種有重要理論意義的粒子，但至今尚未證實）。後來他又和歐洲的一些粒子物理學家賭，說日內瓦的歐洲粒子物理實驗室里也不可能發現希格斯子。這次霍金算是贏了，至今仍然沒有找到希格斯子的蹤跡。不過霍金對於這個假設的嘲笑態度使得許多粒子物理學家十分惱火，甚至上升為宇宙物理學家和粒子物理學家之間的一種矛盾。希格斯本人於2002年在報上發表了言詞尖刻的評論，說霍金因為名氣大，所以人們總是不加判斷地相信他說的東西。這也引起了一場不大不小的風波。
　　在科學問題上打賭的風氣由來已久，而根據2002年Nature雜誌上的一篇文章（Nature 420, p354），目前在科學的各個領域內各種各樣的賭局也是五花八門。這也算是科學另一面的趣味和魅力吧？不知將來是否會有人以此為題材，寫出又一篇類似《80天環遊地球》的精彩小說呢？
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　　五
　　在統一廣義相對論和量子論的漫漫征途中，物理學家一開始採用的是較為溫和的辦法。他們試圖採用老的戰術，也就是在征討強、弱作用力和電磁力時用過的那些行之有效的手段，把它同樣用在引力的身上。在相對論里，引力被描述為由於時空彎曲而造成的幾何效應，而正如我們所看到的，量子場論把基本的力看成是交換粒子的作用，比如電磁力是交換光子，強相互作用力是交換膠子……等等。那麼，引力莫非也是交換某種粒子的結果？在還沒見到這個粒子之前，人們已經為它取好了名字，就叫“引力子”（graviton）。根據預測，它應該是一種自旋為2，沒有質量的玻色子。
　　可是，要是把所謂引力子和光子等一視同仁地處理，人們馬上就發現他們註定要遭到失敗。在量子場論內部，無論我們如何耍弄小聰明，也沒法叫引力子乖乖地聽話：計算結果必定導致無窮的發散項，無窮大！我們還記得，在量子場論創建的早期，物理學家是怎樣地被這個無窮大的幽靈所折磨的，而現在情況甚至更糟：就算運用重正化方法，我們也沒法把它從理論中趕跑。在這場戰爭中我們初戰告負，現在一切溫和的統一之路都被切斷，量子論和廣義相對論互相怒目而視，作了最後的割席決裂，我們終於認識到，它們是互不相容的，沒法叫它們正常地結合在一起！物理學的前途頓時又籠罩在一片陰影之中，相對論的支持者固然不忿氣，擁護量子論的人們也有些躊躇不前：要是橫下心強攻的話，結局說不定比當年的愛因斯坦更慘，但要是戰略退卻，物理學豈不是從此陷入分裂而不可自拔？
　　新希望出現在1968年，但卻是由一個極為偶然的線索開始的：它本來根本和引力毫無關係。那一年，CERN的意大利物理學家維尼基亞諾（Gabriel Veneziano）隨手翻閱一本數學書，在上面找到了一個叫做“歐拉β函數”的東西。維尼基亞諾順手把它運用到所謂“雷吉軌跡”（Regge trajectory）的問題上面，作了一些計算，結果驚訝地發現，這個歐拉早於1771年就出於純數學原因而研究過的函數，它竟然能夠很好地描述核子中許多強相對作用力的效應！
　　維尼基亞諾沒有預見到後來發生的變故，他也並不知道他打開的是怎樣一扇大門，事實上，他很有可能無意中做了一件使我們超越了時代的事情。威頓（Edward Witten）後來常常說，超弦本來是屬於21世紀的科學，我們得以在20世紀就發明並研究它，其實是歷史上非常幸運的偶然。
　　維尼基亞諾模型不久後被3個人幾乎同時注意到，他們是芝加哥大學的南部陽一郎，耶希華大學（Yeshiva Univ）的薩斯金（Leonard Susskind）和玻爾研究所的尼爾森（Holger
　　Nielsen）。三人分別證明了，這個模型在描述粒子的時候，它等效於描述一根一維的“弦”！這可是非常稀奇的結果，在量子場論中，任何基本粒子向來被看成一個沒有長度也沒有寬度的小點，怎麼會變成了一根弦呢？
　　雖然這個結果出人意料，但加州理工的施瓦茨（John Schwarz）仍然與當時正在那裡訪問的法國物理學家謝爾克（Joel Scherk）合作，研究了這個理論的一些性質。他們把這種弦當作束縛夸克的紐帶，也就是說，夸克是綁在弦的兩端的，這使得它們永遠也不能單獨從核中被分割出來。這聽上去不錯，但是他們計算到最後發現了一些古怪的東西。比如說，理論要求一個自旋為2的零質量粒子，但這個粒子卻在核子家譜中找不到位置（你可以想象一下，如果某位化學家找到了一種無法安插進周期表里的元素，他將會如何抓狂？）。還有，理論還預言了一種比光速還要快的粒子，也即所謂的“快子”（tachyon）。大家可能會首先想到這違反相對論，但嚴格地說，在相對論中快子可以存在，只要它的速度永遠不降到光速以下！真正的麻煩在於，如果這種快子被引入量子場論，那麼真空就不再是場的最低能量態了，也就是說，連真空也會變得不穩定，它必將衰變成別的東西！這顯然是胡說八道。
　　更令人無法理解的是，如果弦論想要自圓其說，它就必須要求我們的時空是26維的！平常的時空我們都容易理解：它有3維空間，外加1維時間，那多出來的22維又是幹什麼的？這種引入多維空間的理論以前也曾經出現過，如果大家還記得在我們的史話中曾經小小地出過一次場的，玻爾在哥本哈根的助手克萊恩（Oskar
　　Klein），也許會想起他曾經把“第五維”的思想引入薛定諤方程。克萊恩從量子的角度出發，而在他之前，愛因斯坦的忠實追隨者，德國數學家卡魯扎（Theodor
　　Kaluza）從相對論的角度也作出了同樣的嘗試。後來人們把這種理論統稱為卡魯扎-克萊恩理論（Kaluza-Klein Theory，或KK理論）。但這些理論最終都胎死腹中。的確很難想象，如何才能讓大眾相信，我們其實生活在一個超過4維的空間中呢？
　　最後，量子色動力學（QCD）的興起使得弦論失去了最後一點吸引力。正如我們在前面所述，QCD成功地攻占了強相互作用力，並占山為王，得到了大多數物理學家的認同。在這樣的內外交困中，最初的弦論很快就眾叛親離，被冷落到了角落中去。
　　在弦論最慘澹的日子裡，只有施瓦茨和謝爾克兩個人堅持不懈地沿着這條道路前進。1971年，施瓦茨和雷蒙（Pierre Ramond）等人合作，把原來需要26維的弦論簡化為只需要10維。這裡面初步引入了所謂“超對稱”的思想，每個玻色子都對應於一個相應的費米子（玻色子是自旋為整數的粒子，如光子。而費米子的自旋則為半整數，如電子。粗略地說，費米子是構成“物質”的粒子，而玻色子則是承載“作用力”的粒子）。與超對稱的聯盟使得弦論獲得了前所未有的力量，使它可以同時處理費米子，更重要的是，這使得理論中的一些難題（如快子）消失了，它在引力方面的光明前景也逐漸顯現出來。可惜的是，在弦論剛看到一線曙光的時候，謝爾克出師未捷身先死，他患有嚴重的糖尿病，於1980年不幸去世。施瓦茨不得不轉向倫敦瑪麗皇后學院的邁克爾•格林（Michael
　　Green），兩人最終完成了超對稱和弦論的結合。他們驚訝地發現，這個理論一下子猶如脫胎換骨，完成了一次強大的升級。現在，老的“弦論”已經死去了，新生的是威力無比的“超弦”理論，這個“超”的新頭銜，是“超對稱”冊封給它的無上榮耀。
　　當把他們的模型用於引力的時候，施瓦茨和格林狂喜得能聽見自己的心跳聲。老的弦論所預言的那個自旋2質量0的粒子雖然在強子中找不到位置，但它卻符合相對論！事實上，它就是傳說中的“引力子”！在與超對稱同盟後，新生的超弦活生生地吞併了另一支很有前途的軍隊，即所謂的“超引力理論”。現在，謝天謝地，在計算引力的時候，無窮大不再出現了！計算結果有限而且有意義！引力的國防軍整天警惕地防衛粒子的進攻，但當我們不再把粒子當作一個點，而是看成一條弦的時候，我們就得以瞞天過海，暗渡陳倉，繞過那條苦心布置的無窮大防線，從而第一次深入到引力王國的縱深地帶。超弦的本意是處理強作用力，但現在它的注意力完全轉向了引力：天哪，要是能征服引力，別的還在話下嗎？
　　關於引力的計算完成於1982年前後，到了1984年，施瓦茨和格林打了一場關鍵的勝仗，使得超弦驚動整個物理界：他們解決了所謂的“反常”問題。本來在超弦中有無窮多種的對稱性可供選擇，但施瓦茨和格林經過仔細檢查後發現，只有在極其有限的對稱形態中，理論才得以消除這些反常而得以自洽。這樣就使得我們能夠認真地考察那幾種特定的超弦理論，而不必同時對付無窮多的可能性。更妙的是，篩選下來的那些群正好可以包容現有的規範場理論，還有粒子的標準模型！偉大的勝利！
　　“第一次超弦革命”由此爆發了，前不久還對超弦不屑一顧，極其冷落的物理界忽然像着了魔似的，傾注出罕見的熱情和關注。成百上千的人們爭先恐後，前仆後繼地投身於這一領域，以致於後來格勞斯（David
　　Gross）說：“在我的經歷中，還從未見過對一個理論有過如此的狂熱。”短短3年內，超弦完成了一次極為漂亮的帝國反擊戰，將當年遭受的壓抑之憤一吐為快。在這期間，像愛德華•威頓，還有以格勞斯為首的“普林斯頓超弦四重奏”小組都作出了極其重要的貢獻，不過我們沒法詳細描述了。網上關於超弦的資料繁多，如果有興趣的讀者可以參考這個詳細的資料索引：
　　http://arxiv.org/abs/hep-th/0311044
　　第一次革命過後，我們得到了這樣一個圖像：任何粒子其實都不是傳統意義上的點，而是開放或者閉合（頭尾相接而成環）的弦。當它們以不同的方式振動時，就分別對應於自然界中的不同粒子（電子、光子……包括引力子！）。我們仍然生活在一個10維的空間裡，但是有6個維度是緊緊蜷縮起來的，所以我們平時覺察不到它。想象一根水管，如果你從很遠的地方看它，它細得就像一條線，只有1維的結構。但當真把它放大來看，你會發現它是有橫截面的！這第2個維度被捲曲了起來，以致於粗看之下分辨不出。在超弦的圖像里，我們的世界也是如此，有6個維度出於某種原因收縮得非常緊，以致粗看上去宇宙僅僅是4維的（3維空間加1維時間）。但如果把時空放大到所謂“普朗克空間”的尺度上（大約10^-33厘米），這時候我們會發現，原本當作是時空中一個“點”的東西，其實竟然是一個6維的“小球”！這6個捲曲的維度不停地擾動，從而造成了全部的量子不確定性！
　　這次革命使得超弦聲名大振，隱然成為眾望所歸的萬能理論候選人。當然，也有少數物理學家仍然對此抱有懷疑態度，比如格拉肖，費因曼。霍金對此也不怎麼熱情。大家或許還記得我們在前面描述過，在阿斯派克特實驗後，BBC的布朗和紐卡斯爾大學的戴維斯對幾位量子論的專家做了專門訪談。現在，當超弦熱在物理界方興未艾之際，這兩位仁兄也沒有閒着，他們再次出馬，邀請了9位在弦論和量子場論方面最傑出的專家到BBC做了訪談節目。這些記錄後來同樣被集合在一起，於1988年以《超弦：萬能理論？》為名，由劍橋出版社出版。閱讀這些記錄可以發現，專家們雖然吵得不像量子論那樣厲害，但其中的分歧仍是明顯的。費因曼甚至以一種飽經滄桑的態度說，他年輕時注意到許多老人迂腐地抵制新思想（比如愛因斯坦抵制量子論），但當他自己也成為一個老人時，他竟然也身不由己地做起同樣的事情，因為一些新思想確實古怪——比如弦論就是！
　　人們自然而然地問，為什麼有6個維度是蜷縮起來的？這6個維度有何不同之處？為什麼不是5個或者8個維度蜷縮？這種蜷縮的拓撲性質是怎樣的？有沒有辦法證明它？因為弦的尺度是如此之小（普朗克空間），所以人們缺乏必要的技術手段用實驗去直接認識它，而且弦論的計算是如此繁難，不用說解方程，就連方程本身我們都無法確定，而只有採用近似法！更糟糕的是，當第一次革命過去後，人們雖然大浪淘沙，篩除掉了大量的可能的對稱，卻仍有5種超弦理論被保留了下來，每一種理論都採用10維時空，也都能自圓其說。這5種理論究竟哪一種才是正確的？人們一鼓作氣衝到這裡，卻發現自己被困住了。弦論的熱潮很快消退，許多人又回到自己的本職領域中去，第一次革命塵埃落定。
　　一直要到90年代中期，超弦才再次從沉睡中甦醒過來，完成一次絕地反攻。這次喚醒它的是愛德華•威頓。在1995年南加州大學召開的超弦年會上，威頓讓所有的人都吃驚不小，他證明了，不同耦合常數的弦論在本質上其實是相同的！我們只能用微擾法處理弱耦合的理論，也就是說，耦合常數很小，在這樣的情況下5種弦論看起來相當不同。但是，假如我們逐漸放大耦合常數，它們應當是一個大理論的5個不同的變種！特別是，當耦合常數被放大時，出現了一個新的維度——第11維！這就像一張紙只有2維，但你把許多紙疊在一起，就出現了一個新的維度——高度！
　　換句話說，存在着一個更為基本的理論，現有的5種超弦理論都是它在不同情況的極限，它們是互相包容的！這就像那個著名的寓言——盲人摸象。有人摸到鼻子，有人摸到耳朵，有人摸到尾巴，雖然這些人的感覺非常不同，但他們摸到的卻是同一頭象——只不過每個人都摸到了一部分而已！格林（Brian
　　Greene）在1999年的《優雅的宇宙》中舉了一個相當搞笑的例子，我們把它發揮一下：想象一個熱帶雨林中的土著喜歡水，卻從未見過冰，與此相反，一個愛斯基摩人喜歡冰，但因為他生活的地方太寒冷，從未見過液態的水的樣子（無疑現實中的愛斯基摩人見過水，但我們可以進一步想象他生活在土星的光環上，那就不錯了），兩人某天在沙漠中見面，為各自的愛好吵得不可開交。但奇妙的事情發生了：在沙漠炎熱的白天，愛斯基摩人的冰融化成了水！而在寒冷的夜晚，水又重新凍結成了冰！兩人終於意識到，原來他們喜歡的其實是同一樣東西，只不過在不同的條件下形態不同罷了。
　　這樣一來，5種超弦就都被包容在一個統一的圖像中，物理學家們終於可以鬆一口氣。這個統一的理論被稱為“M理論”。就像沒人知道為啥007電影中的那個博士發明家叫做“Q”（扮演他的老演員於1999年車禍去世了，在此紀念一下），也沒人知道這個“M”確切代表什麼意思，或許發明者的本意是指“母親”（Mother），說明它是5種超弦的母理論，但也有人認為是“神秘”（Mystery），或者“矩陣”（Matrix），或者“膜”（Membrane）。有些中國人喜歡稱其為“摸論”，意指“盲人摸象”！
　　在M理論中，時空變成了11維，由此可以衍生出所有5種10維的超弦論來。事實上，由於多了一維，我們另有一個超引力的變種，因此一共是6個衍生品！這時候我們再考察時空的基本結構，會發現它並非只能是1維的弦，而同樣可能是0維的點，2維的膜，或者3維的泡泡，或者4維的……我想不出4維的名頭。實際上，這個基本結構可能是任意維數的——從0維一直到9維都有可能！M理論的古怪，比起超弦還要有過之而無不及。
　　不管超弦還是M理論，它們都剛剛起步，還有更長的路要走。雖然異常複雜，但是超弦/M理論仍然取得了一定的成功，甚至它得以解釋黑洞熵的問題——1996年，施特羅明格（Strominger）和瓦法（Vafa）的論文為此開闢了道路。在那之前不久的一次講演中，霍金還挖苦說：“弦理論迄今為止的表現相當悲慘：它甚至不能描述太陽結構，更不用說黑洞了。”不過他最終還是改變了看法而加入弦論的潮流中來。M理論是“第二次超弦革命”的一部分，如今這次革命的硝煙也已經散盡，超弦又進入一個蟄伏期。PBS後來在格林的書的基礎上做了有關超弦的電視節目，在公眾中引起了相當的熱潮。或許不久就會有第三次第四次超弦革命，從而最終完成物理學的統一，我們誰也無法預見。
　　值得注意的是，自弦論以來，我們開始注意到，似乎量子論的結構才是更為基本的。以往人們喜歡先用經典手段確定理論的大框架，然後在細節上做量子論的修正，這可以稱為“自大而小”的方法。但在弦論里，必須首先引進量子論，然後才導出大尺度上的時空結構！人們開始認識到，也許“自小而大”才是根本的解釋宇宙的方法。如今大多數弦論家都認為，量子論在其中扮演了關鍵的角色，量子結構不用被改正。而廣義相對論的路子卻很可能是錯誤的，雖然它的幾何結構極為美妙，但只能委屈它退到推論的地位——而不是基本的基礎假設！許多人相信，只有更進一步地依賴量子的力量，超弦才會有一個比較光明的未來。我們的量子雖然是那樣的古怪，但神賦予它無與倫比的力量，將整個宇宙都控制在它的光輝之下。
　
　　尾聲
　　我們的史話終於到了盡頭。量子論在奇妙的氣氛中誕生，在亂世中艱難地成長起來，與一些偉大的對手展開過激烈的交戰。它建築起經天緯地的巨構，卻也曾在其中迷失方向而茫然徘徊不已。它至今使我們深深困擾，卻又擔負着我們最虔誠和最寶貴的願望和夢想。它最終的歸宿是什麼？超弦？M理論？我們仍不清楚，但我們深信會出現一個量子引力理論，把整個物理學最終統一起來，把宇宙最終極的奧秘驕傲地譜寫在人類的歷史之中。
　　在新世紀的開始，物理學終於又一次走到了決定命運的關頭。我們似乎又站在一個大時代的前沿，光輝的前景令我們怦然心動，激動又慌亂，幾乎不敢去想象那是怎樣一個偉大的景象。最終的統一似乎已經觸手可及，甚至已經聽得到它的脈搏和心跳。歷史似乎在冥冥中峰迴路轉，兜了一個大圈後又回到100多年前，回到經典物理一統天下時那似曾相識的場景。但這次的意義甚至更偉大：當年的牛頓力學和麥克斯韋電磁論雖然彼此相容，但它們畢竟是兩個不同形式的理論！從這個意義上說，龐大的經典帝國最多是一個結合得比較緊密的邦聯。但這次不同了，那個傳說中的萬能理論，它能夠用同一個方程去描述宇宙間所有的現象，在所有的領域中，它都實現了直接而有效的統治。這是有史以來第一次，我們有可能完成真正意義上的徹底統一，把所有的大權都集於一身，從而開創一個真正磅礴的帝國時代。
　　人們似乎已經看到了天空中，金色的光輝再一次閃耀起來，神聖的詩篇再一次被吟誦，迴響在宇宙的每一個角落。當這個日子到來的時候，物理學將再一次到達它的巔峰，登上宇宙的極頂。極目眺望，眾山皆小，一切都在腳下。雖然很清楚歷史上這樣的神話最終歸於破滅，霍金仍然忍不住在《時間簡史》裡說：“在謹慎樂觀的基礎上，我仍然相信，我們可能已經接近於探索自然的終極定律的終點。”
　　但是，統一以後呢？是不是一切都大功告成了？物理學是不是又走到了它的盡頭，再沒有更多的發現可以作出了？我們的後代是不是將再一次陷入無事可做的境地，除了修正幾個常數在小數點後若干位的值而已？或者，在未來的某一天，地平線上又會出現小小的烏雲，帶來又一場迅猛的狂風暴雨，把我們的知識體系再一次砸爛，並引發新的革命？歷史是不是這樣一種永無止境的輪迴，大自然是不是永遠也不肯向我們展現它最終的秘密，而我們的探索，是不是永遠也沒有終點？
　　這一切都沒有答案，我們只能義無反顧地沿着這條道路繼續前進。或許歷史終究是一場輪迴，但在每一次的輪迴中，我們畢竟都獲得了更為偉大的發現。科學在不停地檢討自己，但這種謙卑的審視和自我否定不但沒有削弱它的光榮，反而使它獲得了永恆的力量，也不斷地增強着我們對於它的信心。人類居住在太陽系中的一顆小小行星上，他們的文明不過萬年的歷史，現代科學創立不過300年，但他們的智慧貫穿整個時空，從最小的量子到最大的宇宙尺度，從大爆炸的那一刻到時間的終點，從最近的白矮星到最遠的宇宙視界，沒有什麼可以阻擋我們探尋的步伐。這一切，都來自於我們對於成功的信念，對於科學的依賴，以及對於神奇的自然那永無休止的好奇。
　　我衷心地希望各位在這次的量子旅程中獲得了一些非凡的體驗，也許它帶來困惑，但它畢竟指向希望。我必須在這裡和各位告別，但量子論的路仍然沒有走完，它仍然處在迷宮之中，前途漫漫，還有無數未知的秘密有待發掘，我們仍然必須努力去上下求索。這剩下的旅程，必須由各位獨立去完成，因為前面尚沒有路，它要靠我們親手去開闢出來。
　　也許有一天，你的名字也會成為量子歷史的一部分，被鐫刻在路邊的紀念碑上，再一次召喚後來的過路人對於一段偉大時光的深切懷念。誰又知道呢？
　　（全文完）