弦理論被歡呼為物理學的終極統一理論之前,除了空間—時間呈現出來的維的數目這一問題外,還有幾個其他問題必須解決。我們還不能確定,是否所有的無窮大會被對消去,或如何準確地將弦的波動和我們所觀測到的粒子的特殊類型相關聯。盡管如此,很可能在幾年的時間裏,這些問題的答案就能找到了,並且到了本世紀末,我們將知道弦理論是否確實是長期夢寐以求的物理學的統一理論。
但是,確實存在這樣的一個統一理論嗎?或者我們也許僅僅是在追求海市屋樓。看來存在三種可能性:(1)確實存在一個完整的統一理論,如果我們足夠聰明的話,總有一天將會找到它。
(2)並不存在宇宙的最終理論,僅僅存在一個越來越精確地描述宇宙的無限的理論序列。
(3)並不存在宇宙的理論;事件在一定程度之外不可能被預言,僅僅是以一種紊亂或任意的方式發生。
有些人基於以下理由會讚同第三種可能,如果存在一套完整的定律,這將侵犯上帝改變其主意並對世界進行幹涉的自由。這有點像那古老的二律背反:上帝能製造一個重到以至於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,這正如聖?奧古斯丁指出的,是一個想像上帝存在在時間裏的虛妄的例子:時間隻是上帝創造的宇宙的一個性質。可以設想,當它創造宇宙時它知道企圖做什麼!
隨著量子力學的發現,我們認識到,由於總存在一定程度的不確定性,不可能去完全精確地預言事件。如果有人願意,他可以將此紊亂性歸結為上帝的幹涉。但這是一種非常奇怪的幹涉:沒有任何證據表明它具有任何目的。的確,如果它有目的,則按定義就不會是紊亂的。現代由於我們重新定義科學的目標,所以已經有效地排除了上述的第三種可能性:我們的目的隻在於表達一套定律,這些定律能使我們在不確定性原理的極限內預言事件。
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驗相符合。在許多場合我們增加了測量的靈敏度,或者進行了新的類型的觀測,隻是為了發現還沒被現有理論預言的新現象,為了囊括這些,我們必須發展更高級的理論。
現代的大統一理論預言:在大約100吉電子伏的弱電統一能量和大約1千萬億吉電子伏的大統一能量之間,沒有什麼本質上新的現象發生。所以,如果這個預言是錯的話,人們並不會感到非常驚訝。我們的確可以預料,能夠去找幾個新的比誇克和電子——這些我們目前以為是“基本”粒子——更基本的結構層次。
然而,看來引力可以提供這個“盒子套盒子”的序列的極限。如果人們有一個比1千億億(1後麵跟19個0)吉電子伏的所謂普郎克能量更高能量的粒子,它的質量就會集中到如此的程度,以至於會脫離宇宙的其他部分,而形成一個小黑洞。這樣看來,確實當我們往越來越高的能量去的時候,越來越精密的理論序列應當有某一極限,所以必須有宇宙的終極理論。當然,普郎克能量離開大約幾百吉電子伏——目前在實驗室中所能產生的最大的能量——非常遠,我們不可能在可見的未來用粒子加速器填補其間的差距!
然而,宇宙的極早期階段是這樣大能量應該發生的舞台。我以為,早期宇宙的研究和數學一致性的要求,很有可能會導致我們中的某些人在有生之年獲得一個完整的統一理論。
當然,這一切都是假定我們首先不使自身毀滅的前提下而言的。
如果我們確實發現了宇宙的終極理論,這意味著什麼?正如第一章所解釋的,我們將永遠不能肯定我們是否確實找到了正確的理論,因為理論不能被證明。但是如果理論是數學上協調的並且總是給出與觀察一致的預言,我們便可以適度地有信心認為它是正確的。它將給人類為理解宇宙的智力鬥爭曆史長期的光輝篇章打上一個休止符。但是,它還會改變常人對製約宇宙定律的理解。在牛頓時代,一個受教育的人至少在梗概上掌握整個人類知識。但從那以後,科學發展的節奏使之不再可能。因為理論總是被改變以囊括新的觀察結果,它們從未被消化或簡化到使常人能理解。你必須是一個專家,即使如此,你隻能希望適當地掌握科學理論的一小部分。另外,其發展的速度是如此之快,以至於在中學和大學所學的總是有點過時。隻有少數人可以跟得上知識快速進步的前沿,但他們必須貢獻他們的畢生,並局限在一個小的領域裏。其餘的人對於正在進行的發展和它們產生的激動隻有很少的概念。70年以前,如果愛丁頓的話是真的,那麼隻有兩個人理解廣義相對論。今天,成千上萬的大學研究生能理解、並且幾百萬人至少熟悉這種思想。如果發現了一套完整的統一理論,以同樣方法將其消化並簡化,以及在學校裏至少講授其梗概,這隻是時間的遲早問題。我們那時就都能夠對製約宇宙的定律有所理解,並對我們的存在負責。
即使我們發現了一套完整的統一理論,由於兩個原因,這並不表明我們能一般地預言事件。第一是我們無法避免不確定性原理給我們的預言能力設立的極限。然而,更為嚴厲的是第二個限製。它是說,除了非常簡單的情形,我們不能準確解出這理論的方程。
(在牛頓引力論中,我們甚至連三體運動問題都不能準確地解出,而且隨著物體的數目和理論複雜性的增加,困難愈來愈大。)除了在最極端狀態下,我們已經知道規範物體行為的定律。特別是,我們知道作為所有化學和生物基礎的基本定律。我們肯定還沒有將這些學科歸結為可解問題的狀態;我們在從數學方程來預言人類行為上隻取得了很少的成功!所以,即使我們確實找到了基本定律的完整集合,在未來的歲月裏,仍存在著發展得更好的近似方法,使得我們在複雜而現實的情形下,能完成對可能結果的有用預言的、這一智慧的、富有挑戰性的任務。一個完全的、協調的統一理論隻是第一步,我們的目標是完全理解發生在我們周圍的事件以及我們自身的存在。