第2部分

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他的任何一件東西，很可能不能用隔離法研究問題的部分去逼近其完備的答案。儘管如此，這肯定是我們在過去取得進展所用的方法。牛頓引力理論又是一個經典的例子，它告訴我們兩個物體之間的引力只決定於與每個物體相關的一個數——它的質量；而與物體由何物組成無關。這樣，人們不需要太陽和行星結構和成份的理論就可以計算它們的軌道。

今天科學家按照兩個基本的部分理論——廣義相對論和量子力學來描述宇宙。它們是本世紀上半葉的偉大的智慧成就。廣義相對論是描述引力和宇宙的大尺度結構，也就是從只有幾英哩直到大至1億億億（1後面跟24個0）英哩，即可觀測到的宇宙範圍的尺度的結構。另一方面，量子力學處理極小尺度的現象，例如萬億分之一英寸。然而，可惜的是，這兩個理論不是互相協調的——它們不可能都對。當代物理學的一個主要的努力，以及這本書的主題，即是尋求一個能將其合併在一起的理論——量子引力論。我們還沒有這樣的理論，要獲得這個理論，我們可能還有相當長的路要走，然而我們已經知道了這個理論所應具備的許多性質。在以下幾章，人們將會看到，我們已經知道了相當多的量子引力論所應有的預言。

現在，如果你相信宇宙不是任意的，而是由確定的定律所制約的，你最終必須將這些部分理論合併成一套能描述宇宙中任何東西的完整統一理論。然而，在尋求這樣的完整統一理論中有一個基本的自相矛盾。在前面概括的關於科學理論的思想中，假定我們是有理性的生物，既可以隨意自由地觀測宇宙，又可以從觀察中得出邏輯推論。在這樣的方案裡可以合理地假設，我們可以越來越接近找到制約我們宇宙的定律。然而，如果真有一套完整的統一理論，則它也將決定我們的行動。這樣，理論本身將決定了我們對之探索的結果！那麼為什麼它必須確定我們從證據得到正確的結論？它不也同樣可以確定我們引出錯誤的結論嗎？或者根本沒有結論？

對於這個問題，我所能給出的回答是基於達爾文的自然選擇原理。這思想是說，在任何自繁殖的群體中，存在有不同個體在遺傳物質和發育上的變異。這些差異表明，某些個體比其他個體對周圍的世界更能引出正確的結論，並去適應它。這些個體更可能存活、繁殖，因此它們的行為和思維的模式將越來越起主導作用。這一點在過去肯定是真的，即我們稱之為智慧和科學發現的東西給我們帶來了存活的好處。這種情況是否仍會如此不是很清楚：我們的科學發現也可以將我們的一切都毀滅。即使不是這樣，一個完整的統一理論對於我們存活的機會不會有很大影響。然而，假定宇宙已經以規則的方式演化至今，我們可以預期，自然選擇賦予我們的推理能力在探索完整統一理論時仍然有效，並因此不會導致我們得到錯誤的結論。

因為除了最極端的情況外，我們已有了對所有一切都足夠給出精確的預言的部分理論，看來很難以現實的理由為探索宇宙的終極理論辯護。（值得指出，雖然可用類似的論點來攻擊相對論和量子力學，但這些理論已給我們帶來了核能和微電子學的革命！）所以，一套完整的統一理論的發現可能對我們種族的存活無助，甚至也不會影響我們的生活方式。然而自從文明開始，人們即不甘心於將事件看作互不相關而不可理解的。他們渴求理解世界的根本秩序。今天我們仍然渴望知道，我們為何在此？我們從何而來？人類求知的最深切的意願足以為我們所從事的不斷的探索提供正當的理由。而我們的目標恰恰正是對於我們生存其中的宇宙作完整的描述。　第二章　空間和時間

我們現在關於物體運動的觀念來自於伽利略和牛頓。在他們之前，人們相信亞里士多德，他說物體的自然狀態是靜止的，並且只在受到力或衝擊作用時才運動。這樣，重的物體比輕的物體下落得更快，因為它受到更大的力將其拉向地球。

亞里士多德的傳統觀點還以為，人們用純粹思維可以找出制約宇宙的定律：不必要用觀測去檢驗它。所以，伽利略是第一個想看看不同重量的物體是否確實以不同速度下落的人。據說，伽利略從比薩斜塔上將重物落下，從而證明了亞里士多德的信念是錯的。這故事幾乎不可能是真的，但是伽利略的確做了一些等同的事——將不同重量的球從光滑的斜面上滾下。這情況類似於重物的垂直下落，只是因為速度小而更容易觀察而已。伽利略的測量指出，不管物體的重量是多少，其速度增加的速率是一樣的。例如，在一個沿水平方向每走10米即下降1米的斜面上，你釋放一個球，則1秒鐘後球的速度為每秒1米，2秒