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,如果人們要得到完全統一的理論,就必須把引力包括進來。此外,廣義相對論的經典理論預言,在時空中必須存在引力場在該處變成無限強大的奇性。這些奇性在過去發生在宇宙的現在膨脹的起點(大爆炸),在將來會發生在恆星還可能宇宙本身的引力坍縮之中。關於奇性的預言表明經典理論將會失效。然而,在引力場強到使量子引力效應變得重要以前,似乎沒有理由認為它會失效。這樣,為了描述早期宇宙並對初始條件給出有別於僅僅藉助人擇原理以外的解釋,則量子引力論具有根本的重要性。
這樣的一種理論對於回答如下問題也是不可或缺的:時間是否正如經典廣義相對論所預言的那樣,真的有起始而且可能有終結嗎?抑或在大爆炸和大擠壓處的奇性以某種方式被量子效應所抹平?當空間和時間結構本身必須服從不確定性原理時,這是個很難給出確切含義的問題。我個人的直覺是,奇性也許仍然存在,雖然人們在某種數學意義上可以把時間延拓並繞道這些奇點。然而、任何和意識或進行測量能力相關的時間的主觀概念都會到達終點。
獲得量子引力論並和其他三類相互作用統一的前景如何呢?人們寄最大希望於把廣義相對論推廣到所謂的超引力。在這個框架中,攜帶引力相互作用的自旋為2的粒子,引力子可由所謂的超對稱變換和其他一些具有更低自旋的場相關聯。這種理論具有一個偉大的功績,即它拋棄由半整數自旋粒子代表的〃物質〃和整數自旋粒子代表的〃相互作用〃之間的古老的二分法。它還具有的偉大優點是,量子理論中產生的許多無窮大會相互抵消。它們是否完全被抵消掉而給出一種不用做任何無限扣除的有限理論尚在未定之天。人們希望事情果真如此。因為可以證明,包含引力的理論要麼是有限的,要麼是不可重正化的,也就是說,如果人們要做任何無限扣除,那麼你就要做無限個無限扣除,並且留下無限個相應的不能確定的餘量。這樣,如果在超引力中所有的無窮大都被相互抵消掉,我們就得到一種理論,它不僅完全統一了所有的粒子和相互作用,而且在它不再有任何未確定的重正化引數的意義上是完整的。
儘管我們還沒有一種合適的量子引力論,且不說把它和其他相互作用統一起來的理論,但是我們的確知道這種理論應有的某些特徵。其中之一和引力影響時空的因果結構的事實相關,也就是引力決定哪些事件可以是因果相關的。黑洞便是廣義相對論的經典理論中的一個例子。黑洞是時空的一個區域,這個區域中的引力場是如此之強大,以至於任何光線或者其他訊號都被拖曳回到這個區域,而不能逃逸到外部世界去。黑洞附近的強大的引力場引起粒子反粒子對的創生,粒子對中的一顆粒子落進黑洞,而另一顆逃逸到無窮遠去。逃逸的粒子顯得是從該黑洞發射出來似的。在離開黑洞遠處的觀察者就只能測量到發射出來的粒子,而且由於他不能觀察到落到黑洞中去的粒子,所以不能把這兩者相關聯。這表明逃逸的粒子具有超越通常和不確定性原理關聯的額外的隨機性和不可預見性。在正常情況下,不確定性原理的含義是,對於一顆粒子人們要麼能明確預言其位置,要麼能明確預言其速度,要麼能明確預言其位置和速度的某種組合。這樣,粗略地講,人們做明確預言的能力被減半了。但是在從黑洞發射出的粒子的情形,就人們不能觀察在黑洞中會發生什麼而言,人們既不能明確預言發射出的粒子的位置,也不能明確預言其速度。人們所能給出的一切只是以一定模式發射出的粒子的機率。
因此,即便我們找到了一種統一理論,我們似乎也只能作統計的預言。我們還必須拋棄只存在我們所觀察的唯一宇宙的觀點。相反的,我們必須採納這樣的一幅影象,存在所有可能的宇宙的系綜,這些宇宙具有某種機率分佈。這也許可以解釋為什麼宇宙在大爆炸時以一種幾乎完美的熱平衡的狀態開始。這是因為熱平衡對應於最大數目的微觀形態,因此具有最大的機率。我們可以修正伏爾泰的哲學家潘格洛斯'11'的名言:〃我們生活在所有可以允許的最有可能的世界中。〃
'11'譯者注:潘格洛斯(Pangloss)是伏爾泰小說《贛第德》中的人物,他是一名樂觀主義的哲學家,經常使贛第德陷入困難境地。他的名言為:〃我的生活在所有可以允許的最好的世界中。〃伏爾泰用他來影射盧梭。
我們在不太遠的將來找到一種完整的統一理論的前景如何呢?在我們每一次把自己的觀測推廣到更小尺度和更高能量時,我們總是發現了新的結構層次。本世紀初,具有3×10↑…2電子伏典型能