時間簡史

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動著的風箏的弦上的波動。一個粒子從另一個粒子發射出來或者被吸收，對應於弦的分解和合並。例如，太陽作用到地球上的引力，在粒子理論中被描述成由太陽上的粒子發射出並被地球上的粒子所吸收的引力子（圖10。5）。在弦理論中，這個過程相應於一個H形狀的管（圖10。6）（弦理論有點像管道工程）。H的兩個垂直的邊對應於太陽和地球上的粒子，而水平的橫槓對應於在它們之間傳遞的引力子。

圖10。3

圖10。4

圖10。5圖10。6

弦理論有一個古怪的歷史。它原先是60年代後期發明來試圖找出一個描述強作用的理論。其方法是，諸如質子和中子這樣的粒子可被認為是一根弦上的波動。這些粒子之間的強作用力對應於連線於其他一些弦之間的弦的片段——正如蜘蛛網一樣。這弦必須像具有大約10噸拉力的橡皮帶，才能使理論給出粒子之間強作用力的觀察值。

1974年，巴黎的朱勒·謝爾克和加州理工學院的約翰·施瓦茲發表了一篇論文，指出弦理論可以描述引力，但是隻不過其張力要大得多，大約是1千萬億億億億噸（1後面跟39個0）。在通常尺度下，弦理論和廣義相對論的預言是相同的，但在非常小的尺度下，比十億億億億分之一厘米（1厘米被1後面跟33個0除）更小時，它們就不一樣了。然而，他們的工作並沒有引起很大的注意，因為大約正是那時候。大多數人拋棄了原先的強作用力的弦理論，而傾心於夸克和膠子的理論，後者似乎和觀測符合得好得多。謝爾剋死得很慘（他受糖尿病折磨，在周圍沒人給他注射胰島素時昏迷死去）。這樣一來，施瓦茲幾乎成為弦理論的唯一支持者，只不過現在設想的弦張力要大得多而已。

1984年，因為兩個明顯的原因，人們對弦理論的興趣突然復活。一個原因是，在證明超引力是有限的，以及解釋我們觀察到的粒子的種類方面，人們未能真正取得進展。另一個原因是，約翰·施瓦茲和倫敦瑪麗皇后學院的麥克·格林發表的一篇論文指出，弦理論可以解釋內稟的左旋性的粒子存在，正如我們觀察到的一些粒子那樣。不管是什麼原因，大量的人很快開始作弦理論的研究，而且發展了稱之為異形弦的新形式，這種形式似乎能夠解釋我們觀測到的粒子型別。

弦理論也導致無窮大，但是人們認為，它們在一種類似異形弦的變體中會被消除掉（雖然這一點還沒被確認）。然而，弦理論有更大的問題：似乎只有當空間—時間是十維或二十六維，而不是通常的四維時它們才是協調的！當然，額外的空間—時間維數是科學幻想的老生常談；的確，它們幾乎是必不可少的，因為否則相對論對人們不能旅行得比光更快的限制意味著，由於要花這麼長的時間，以至於在恆星和星系之間的旅行成為不可能。科學幻想的辦法是，人們可以透過更高的維數抄近路。這一點可用以下方法描述。想像我們生活的空間只有二維，並且彎曲成像一個錨圈或環的表面（圖10。7）。如果你是處在這圈的內側的一邊而要到另一邊去，你必須沿著圈的內邊緣走一圈。然而，你如果允許在第三維空間裡旅行，則可以直穿過去。

圖10。7

如果這些額外的維數確實存在，為什麼我們沒有覺察到它們呢？為何我們只看到三維空間和一維時間呢？一般認為，其他的維數被彎捲到非常小的尺度——大約為1英寸的一百萬億億億分之一的空間，人們根本無從覺察這麼小的尺度。我們只能看到一個時間和三個空間的維數，這兒空間—時間是相當平坦的。這正如一個桔子的表面：如果你靠非常近去看，它是坑坑窪窪的並有皺紋；但若離開一定的距離，你就看不見高低起伏而顯得很光滑。對於空間—時間亦是如此。因此在非常小的尺度下，空間—時間是十維的，並且是高度彎曲的；但在更大的尺度下，你看不見曲率或者額外的維數。如果這個影象是正確的，對於自願的空間旅行者來講是個壞訊息，額外附加的維實在是太小了，以至於不能允許空間飛船透過。然而，它引起了另一個重要問題：為何是一些而不是所有的維數被捲曲成一個小球？也許在宇宙的極早期所有的維都曾經非常彎曲過。為何一維時間和三維空間攤平開來，而其他的維仍然緊緊地捲曲著？

人擇原理可能提供一個答案。二維空間似乎不足以允許像我們這樣複雜生命的發展。例如，如果二維動物吃東西時不能將之完全消化，則它必須將其殘渣從吞下食物的同樣通道吐出來；因為如果有一個穿通全身的通道，它就將這生物分割成兩個分開的部分