萬能理論

這將是最終的理論，一個(gè)單一的框架將把宇宙所有的力統(tǒng)一起來，從宇宙的膨脹運(yùn)動(dòng)到亞原子粒子最微小的躍遷。面臨的挑戰(zhàn)是，寫出一個(gè)數(shù)學(xué)上的優(yōu)雅的涵蓋整個(gè)物理學(xué)的方程。

世界上一些杰出的物理學(xué)家開始了這一探索。斯蒂芬霍金甚至作了一個(gè)演講，其樂觀的題目為《理論物理的終點(diǎn)在望了嗎？》。

如果這樣的理論成功了，那將是科學(xué)的最高成就，它將是物理學(xué)的圣杯。原則上，人們可以從一個(gè)單一的公式推導(dǎo)出所有其他方程，從大爆炸開始到宇宙的盡頭。自古人提出世界是由什么組成？以來，它將成為兩千年科學(xué)研究的最終成果。

這是一幅激動(dòng)人心的圖景。

方宇程宙愛因斯坦的夢(mèng)想

第一次遇到這個(gè)挑戰(zhàn)是在我8歲那年。一天，報(bào)紙宣布一位偉大的科學(xué)家剛剛?cè)ナ�，�?bào)紙上的一張照片令我難忘。

那是他桌子的照片，桌面上有一個(gè)翻開的筆記本。報(bào)紙標(biāo)題告訴我們，這個(gè)時(shí)代最偉大的科學(xué)家無法完成他已經(jīng)開啟的工作。我被迷住了。什么問題會(huì)如此困難，以至于偉大的愛因斯坦也不能解決？

筆記本記錄了他未能完成的萬能理論，愛因斯坦稱其為統(tǒng)一場(chǎng)論。他渴望一個(gè)方程，也許不超過一英寸（約2.54厘米）長，用他的話說，可以讓他讀懂上帝的心意。

我沒有充分認(rèn)識(shí)到這個(gè)問題的艱巨性，決定跟隨這位偉人的腳步，希望在完成他的追求中發(fā)揮一點(diǎn)作用。

其他許多人嘗試過，都失敗了。正如普林斯頓物理學(xué)家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）曾說的，通往統(tǒng)一場(chǎng)論的道路上滿是失敗者的尸體。

然而，今天，許多領(lǐng)先的物理學(xué)家相信，我們終于找到了解答。

在我看來，靠前的候選理論是弦理論。弦理論假設(shè)宇宙并非由點(diǎn)粒子組成，而是由微小的振動(dòng)弦組成，每個(gè)音符對(duì)應(yīng)一個(gè)亞原子粒子。

如果我們擁有一臺(tái)足夠強(qiáng)大的顯微鏡，能看到電子、夸克、中微子……它們不過是類似橡皮筋的微小環(huán)上的振動(dòng)。如果我們以不同的方式拉動(dòng)橡皮筋足夠多次，最終能創(chuàng)造出宇宙中所有已知的亞原子粒子。這意味著，所有的物理定律都可以歸結(jié)為這些弦的和聲�；瘜W(xué)是人們可以演奏的旋律，宇宙是交響樂，愛因斯坦曾雄辯地探討過的上帝的心意則是在整個(gè)時(shí)空中產(chǎn)生共鳴的宇宙音樂。

這不僅是一個(gè)學(xué)術(shù)問題。每當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種新的力，它都改變了文明的進(jìn)程，改變了人類的命運(yùn)。例如，牛頓對(duì)運(yùn)動(dòng)和重力定律的發(fā)現(xiàn)為機(jī)器時(shí)代和工業(yè)革命奠定了基礎(chǔ)。邁克爾·法拉第和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋對(duì)電和磁的解釋為我們城市的照明鋪平了道路，并給了我們強(qiáng)大的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，以及無線電的即時(shí)通信（如電視）。愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc²解釋了恒星的動(dòng)力，并幫助解放了核力。當(dāng)埃爾溫·薛定諤、沃納·海森堡和其他人揭開量子理論的秘密時(shí)，引發(fā)了我們今天的高科技革命，帶來了超級(jí)計(jì)算機(jī)、激光、互聯(lián)網(wǎng)和所有在我們客廳里的神奇小玩意兒。

今天，所有現(xiàn)代技術(shù)的奇跡都應(yīng)歸功于逐漸發(fā)現(xiàn)世界基本力的科學(xué)家�，F(xiàn)在，人們正試圖將這四種自然力重力、電磁力、強(qiáng)核力、弱核力統(tǒng)一成一種理論。最終，它也許能回答所有科學(xué)中最深?yuàn)W的謎團(tuán)和問題，例如：

大爆炸之前發(fā)生了什么？當(dāng)初為什么會(huì)爆炸？

黑洞的另一邊是什么？

時(shí)間旅行可能嗎？

有蟲洞通往其他宇宙嗎？

是否存在更高維度？

是否存在平行宇宙？

……

本書即尋找這個(gè)萬能理論的探索，以及所有的奇怪的曲折和變化。這些曲折和變化毫無疑問是物理學(xué)史上最奇怪的章節(jié)之一。我們將回顧所有以前的革命（從牛頓革命到對(duì)電磁力的掌握，從相對(duì)論和量子理論的發(fā)展到今天的弦理論），這些革命帶給了我們技術(shù)上的奇跡。這里，我將解釋弦理論的奧秘。

然而，挑戰(zhàn)依然存在；盡管弦理論令人興奮，但批評(píng)家們一直熱衷于指出它的缺陷。在一片喧鬧和狂熱之后，真正的進(jìn)展仍停滯不前。

最突出的問題是，盡管奉承的媒體贊美這個(gè)理論的美麗和復(fù)雜，但我們尚未找到可靠的、可檢驗(yàn)的證據(jù)。人們?cè)��?jīng)希望位于瑞士日內(nèi)瓦郊外的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC，歷史上最大的粒子加速器)能找到最終理論的具體證據(jù)，但結(jié)果仍然沒有實(shí)現(xiàn)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能夠找到希格斯玻色子(或上帝粒子)，但這個(gè)粒子只是萬能理論中很小的一部分。

盡管有人提出了雄心勃勃的建議，希望大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能有一個(gè)更強(qiáng)力的后繼者，但沒人能保證這些昂貴的機(jī)器能找到他們所需的東西。沒有人確切知道，在什么能量下，我們可以發(fā)現(xiàn)新的亞原子粒子以驗(yàn)證這個(gè)理論。

對(duì)弦理論最重要的批評(píng)是，它預(yù)測(cè)了多元宇宙。愛因斯坦曾經(jīng)說過，關(guān)鍵問題是：上帝在創(chuàng)造宇宙時(shí)有選擇嗎？宇宙是唯一的嗎？弦理論本身是唯一的，但它的解可能是無窮的。物理學(xué)家稱其為景觀問題事實(shí)上，我們的宇宙也許只是眾多有效解之一。如果我們的宇宙是眾多可能性之一，那么，哪一個(gè)宇宙是我們的？為什么我們生活在這個(gè)特定的宇宙而不是另一個(gè)宇宙？那么，弦理論的預(yù)測(cè)能力是什么？它是無所不能的萬能理論，還是預(yù)測(cè)任何事物的理論？

我承認(rèn)在這個(gè)探索中有我一份。1968年，我就開始了弦理論的研究，因?yàn)樗�是偶然出現(xiàn)的，不請(qǐng)自來，完全出乎意料。我看到了這一理論的顯著演變，從一個(gè)單一的公式發(fā)展為一門其研究論文能裝滿整個(gè)圖書館的學(xué)科。今天，弦理論成為了世界領(lǐng)先實(shí)驗(yàn)室正進(jìn)行著的許多研究的基礎(chǔ)。希望本書能就弦理論的突破和局限性給你一個(gè)平衡的、客觀的分析。

為什么這一探索引起了世界眾多科學(xué)家的關(guān)注，為什么這一理論激發(fā)了如此多的熱情和爭(zhēng)議，本書將帶你尋找答案！