第15部分

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特徵。所以，一個成功的統一理論必須將這個原理合並進去。

正如我將描述的，由於我們對宇宙知道得這麼多，現在找到這樣的一個理論的前景似乎是好得多了。但是我們必須小心，不要過份自信——我們在過去有過錯誤的奢望！例如，在本世紀初，曾經以為每件東西都可以按照連續物質（諸如彈性和熱導）的性質予以解釋。原子結構和不確定性原理的發現使之徹底破產。然後又有一次，1928年物理學家、諾貝爾獎獲得者馬克斯·玻恩告訴一群來哥丁根大學的訪問者：“據我們所知，物理學將在6個月之內結束。”他的信心是基於狄拉克新近發現的能夠制約電子的方程。人們認為質子——這個當時僅知的另一種粒子——服從類似的方程，並且這是理論物理的終結。然而，中子和核力的發現對此又是當頭一棒。講到這些，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。

在前幾章中，我描述了引力的部分理論即廣義相對論和制約弱、強和電磁力的部分理論。這後三種理論可以合併成為所謂的大統一理論（GUT）。這個理論並不令人非常滿意，因為它沒有包括引力，並且因為包含譬如不同粒子的相對質量等不能從理論預言，而必須人為選擇以適合觀測的一些量。要找到一個將引力和其他力相統一的理論，困難在於廣義相對論是一個“經典”理論；也就是說，它沒有將量子力學不確定性原理合併在裡面。另一方面，其他的部分理論以非常基本的形式依賴於量子力學，所以第一步必須將廣義相對論和量子力學結合在一起。正如我們已經看到的，這能產生一些顯著的推論，例如黑洞不是黑的；宇宙沒有任何奇點並且是完全自足的、沒有邊界的。正如第七章　所解釋的，麻煩在於不確定性原理意味著甚至“空的”空間也是充滿了虛的粒子和反粒子，這些粒子對具有無限的能量，並且由愛因斯坦的著名方程E＝mc＾2可知，這些粒子具有無限的質量。這樣，它們的引力的吸引就會將宇宙捲曲到無限小的尺度。

相當類似地，在其他部分理論中也發生頗似荒謬的無限大，然而，所有這些情形下的無限大都可用稱之為重正化的過程消除掉。這牽涉到引入其他的無限大去消除這些無限大。雖然在數學上這個技巧相當令人懷疑，而在實際上似乎確實行得通，並用來和這些理論一起作出預言，這預言極其精確地和觀測相一致。然而，從企圖找到一個完全理論的觀點看，由於重正化意味著質量和力的強度的實際值不能從理論中得到預言，必須被選擇以去適合觀測，因此重正化有一嚴重的缺陷。

試圖將不確定性原理合併到廣義相對論時，人們只有兩個可以調整的量：引力強度和宇宙常數的值。但是調整它們不足以消除所有的無窮大。所以人們得到一個理論，它似乎預言了諸如空間一時間的曲率的某些量真的是無窮大，但是觀察和測量表明它們地地道道是有限的！人們對於合併廣義相對論和不確定性原理的問題懷疑了許久，直到1972年才為仔細的計算所最後確證。4年之後，人們提出了一種叫做“超引力”的可能的解答。它的思想是將攜帶引力的自旋為2稱為引力子的粒子和某些其他具有自旋為3／2、1、1／2和0的新粒子結合在一起。在某種意義上，所有這些粒子可認為是同一“超粒子”的不同側面。這樣就將自旋為1／2和3／2的物質粒子和自旋為0、1和2的攜帶力的粒子統一起來了。自旋1／2和3／2的虛的粒子反粒子對具有負能量，因此抵消了自旋為2、1和0的虛的粒子對的正能量。這就使得許多可能的無限大被抵消掉。但是人們懷疑，某些無窮大仍然存在。然而，人們需要找出是否還留下未被抵消的無窮大，這計算是如此之冗長和困難，以至於沒有人會準備著手去進行。即使使用一個計算機，預料至少要用4年功夫，而且犯至少一個或更多錯誤的機會是非常高的。這樣，只有其他人重複計算，並得到同樣的答案，人們才能判斷已取得了正確的答案，但這似乎是不太可能的！

儘管存在這些問題，儘管超引力理論中的粒子似乎不與觀察到的粒子相符合的這一事實，大部分科學家仍然相信，超引力可能是對於物理學統一問題的正確答案。看來它是將引力和其他力相統一起來的最好辦法。然而1984年，人們的看法顯著地改變為更喜歡所謂的弦理論。在這些理論中，基本的物件不再是隻佔空間單獨的點的粒子，而是隻有長度而沒有其他線度、像是一根無限細的弦這樣的東西。這些弦可以有端點（所謂的開弦），或它們可以自身首尾相接成閉合的圈子（閉弦）（圖10。1和圖10。2）