果殼中的宇宙

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玻色子，也就是其自懸數為整數的場的基態能量只正的。另一方面，費米子，也就是其自旋為半整數的場的基態能量非負值。因為存在相等數目的玻色子和費米子，超引力理論中的最大的無窮大就被抵消了。

或許還遺留下更小的但是仍然無限的量的可能性。無人有足夠的耐心，去計算這些理論究竟是否全有限。人們認為這要一名能幹的學生花200年才能完成，而且你何以得知他是否在第二也就犯錯誤了？直到1985年大多數人仍然相信，最超前對稱的超引力理論可避免無窮大。

然後時尚突然改變。人們宣稱沒有理由期望超引力理論可以避免無窮大，而這意味著它們作為理論而言具有的把引力和量子理論合併的方法。它們只有長度。在弦理論中是同名物，是一維的延展的物體。它們只有長度。在弦理論中弦在時空背景中運動。弦上的漣漪被解釋為粒子。

如果弦除了他們通常數的維外，還有格拉斯曼維，漣漪就對應於玻色子和費米子。在這種情形下，正的和負的基態能就會準確對消到甚至連更小種類的無窮大都不存在。人們宣佈超弦是TOE，也就是萬物的理論。

未來的科學史家將會發現，去描繪理論物理學家中的思潮的起伏是很有趣的事。在好些年裡，弦理論甚至高無上，而超引力只能作為在低能下有效的近似理論而受到輕視。限定詞“低能”尤其晦氣，儘管此處低能是指其能量比在TNT爆炸中粒子能量的一百億億倍更低的粒子。如果超引力僅僅是低能近似，它就不能被宣稱為宇宙的基本理論。相反地，五種可能的超弦理論中的一種被認為是基本理論。但是物種弦理論中的哪一種是我們的宇宙呢？還有，在超出弦被描繪成具有一個時空維和一個時間維的透過平坦時空背景運動的面的近似時，弦理論應如何表述呢？難道弦不使背景時空彎曲嗎？

1985年後，弦理論不是完整的圖象這一點逐漸清晰了。一開始，人們意識到，弦只不過是延展成多於一維的物體的廣泛族類中的一員。包羅？湯森，他正如我一樣是劍橋的應用數學和理論物理系的成員，他關於這些東西做了許多研究，將這些東西命名為“P…膜”。一個P…膜在P個方向上有長度。這樣P=1就是弦膜，P=2的膜是面或者薄膜，等等。似乎就是沒有理由對P=1的的弦的情形比其他可能的P值更寵愛。相反地，我們應採用P…膜的解。十維或者十一維聽起來不太像我們體驗的時空。人們的觀念是，其餘的六維或七維被彎捲成這麼小，小到我們察覺不到；我們只知悉剩下的四維宏觀的幾乎平坦的維。

我應該說，對於相信而外的維，我本人一直猶豫不決。但是，對於我這樣的一名實證主義者，“額外維的雀存在嗎？”的問題是沒有意義的。人們最多隻能問：具有額外維的數學模型能很好地描述宇宙嗎？我們還沒有任何不用額外維便無法解釋的觀測。然而，我們在日內瓦的大型強子碰撞機存在觀察到它們的可能性。但是，使包括我在內的許多人信服的，必須認真地接受具有額外維的模型的理由是，在這些模型之間存在一種所謂對偶性的意外的關係之網。這些對偶性顯示，所有這些模型在本質上都是等效的；也就是說，它們只不過是同一基本理論的不同方面，這個基礎理論被叫做M…理論。懷疑這些對偶性之網是我們在正確軌道上的徵兆，有點象相信上帝把化石放在岩石中去是為了誤導達爾文去提出生命演化的理論。

這些對偶性表明，所有五種超弦理論都描述同樣的物理，而且它們在物理上也和超引力等效。人們不能講超弦比超引力更基本，反之亦然。人們寧願說，它們是同一基本理論的不同表達，對在不同情形下的計算各有用處。因為弦理論沒有任何無窮大，所以用來計算一些高能離子碰撞以及散射事件很方便。然而，在描述非常大量數目的粒子的能量如何彎曲宇宙或者形成束縛態，譬如黑洞時沒有多大用處。對於這些情形，人們需要超導力。超引力基本上是愛因斯坦的彎曲的時空的理論加上一些額外種類的物質。這正是我們以下主要使用的圖象。

為了描述量子理論如何賦形於時間和空間，引進虛時間的觀念是有助益的。虛時間聽起來有點科學幻想，但其實很好定義的數學概念：它是用所謂的虛數量度的時間。人們可以將諸如1，2，…3，5等等通常的實數相成對於從左至右伸展的一根線上的位置：零在正當中，實正數在右邊，而負實數在左邊。

敘述對應於一根垂直線上的位置：零又是在中點，正虛數畫在上頭，而負虛數畫在下面。這樣虛數可被認為與通常的實數夾直角的新行