013第十章 物理学的统一-第2章
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于不能允许空间飞船通过。然而，它引起了另一个重要问题：为何是一些而不是所有的
维数被卷曲成一个小球？也许在宇宙的极早期所有的维都曾经非常弯曲过。为何一维时
间和三维空间摊平开来，而其他的维仍然紧紧地卷曲着？
人择原理可能提供一个答案。二维空间似乎不足以允许像我们这样复杂生命的发展。
例如，如果二维动物吃东西时不能将之完全消化，则它必须将其残渣从吞下食物的同样
通道吐出来；因为如果有一个穿通全身的通道，它就将这生物分割成两个分开的部分，
我们的二维动物就解体了（图10。8）。类似的，在二维动物身上实现任何血液循环都是
非常困难的。
图10。8
多于三维的空间维数也有问题。两个物体之间的引力将随距离衰减得比在三维空间
中更快。（在三维空间内，如果距离加倍则引力减少到1／4。在四维空间减少到1／8，
五维空间1／16，等等。）其意义在于使像地球这样绕着太阳的行星的轨道变得不稳定，
地球偏离圆周轨道的最小微扰（例如由于其他行星的引力吸引）都会引起它以螺旋线的
轨道向外离开或向内落到太阳上去。我们就会被冻死或者被烧死。事实上，在维数多于
三维的空间中，引力随距离变化的同样行为意味着，太阳不可能由于压力和引力相平衡，
而存在于一个稳定的状态，它若不被分解就会坍缩形成黑洞。在任一情况下，作为地球
上生命的热和光的来源来说，它没有多大用处。在小尺度下，原子里使电子绕着原子核
运动的电力行为正和引力一样，这样电子或者从原子逃逸出去，或者以螺旋的轨道落到
原子核上去。在任一情形下，都不存在我们所知道的原子。
看来很清楚，至少如我们所知，生命只能存在于一维时间和三维空间没被卷曲得很
小的空间—时间区域里。这表明，只要人们可以证明弦理论至少允许存在宇宙的这样的
区域——似乎弦理论确实能做到这一点，则我们可以用弱人择原理。同样，也会存在宇
宙的其他区域或其他宇宙（不管那是什么含意），那里所有的维都被卷曲得很小，或者
多于四维几乎是平坦的。但在这样的区域里，不会有智慧生物去观察这有效维数的不同
数目。
弦理论被欢呼为物理学的终极统一理论之前，除了空间—时间呈现出来的维的数目
这一问题外，还有几个其他问题必须解决。我们还不能确定，是否所有的无穷大会被对
消去，或如何准确地将弦的波动和我们所观测到的粒子的特殊类型相关联。尽管如此，
很可能在几年的时间里，这些问题的答案就能找到了，并且到了本世纪末，我们将知道
弦理论是否确实是长期梦寐以求的物理学的统一理论。
但是，确实存在这样的一个统一理论吗？或者我们也许仅仅是在追求海市屋楼。看
来存在三种可能性：
（1）确实存在一个完整的统一理论，如果我们足够聪明的话，总有一天将会找到它。
（2）并不存在宇宙的最终理论，仅仅存在一个越来越精确地描述宇宙的无限的理论
序列。
（3）并不存在宇宙的理论；事件在一定程度之外不可能被预言，仅仅是以一种紊乱
或任意的方式发生。
有些人基于以下理由会赞同第三种可能，如果存在一套完整的定律，这将侵犯上帝
改变其主意并对世界进行干涉的自由。这有点像那古老的二律背反：上帝能制造一个重
到以至于它也不能将其举起的石块吗？但是上帝可能要改变主意的这一思想，这正如圣
·奥古斯丁指出的，是一个想像上帝存在在时间里的虚妄的例子：时间只是上帝创造的
宇宙的一个性质。可以设想，当它创造宇宙时它知道企图做什么！
随着量子力学的发现，我们认识到，由于总存在一定程度的不确定性，不可能去完
全精确地预言事件。如果有人愿意，他可以将此紊乱性归结为上帝的干涉。但这是一种
非常奇怪的干涉：没有任何证据表明它具有任何目的。的确，如果它有目的，则按定义
就不会是紊乱的。现代由于我们重新定义科学的目标，所以已经有效地排除了上述的第
三种可能性：我们的目的只在于表达一套定律，这些定律能使我们在不确定性原理的极
限内预言事件。
第二种可能性，也就是存在一无限的越来越精确的理论序列，是和迄今为止我们的
经验相符合。在许多场合我们增加了测量的灵敏度，或者进行了新的类型的观测，只是
为了发现还没被现有理论预言的新现象，为了囊括这些，我们必须发展更高级的理论。
现代的大统一理论预言：在大约100吉电子伏的弱电统一能量和大约1千万亿吉电子伏的
大统一能量之间，没有什么本质上新的现象发生。所以，如果这个预言是错的话，人们
并不会感到非常惊讶。我们的确可以预料，能够去找几个新的比夸克和电子——这些我
们目前以为是“基本”粒子——更基本的结构层次。
然而，看来引力可以提供这个“盒子套盒子”的序列的极限。如果人们有一个比1千
亿亿（1后面跟19个0）吉电子伏的所谓普郎克能量更高能量的粒子，它的质量就会集中
到如此的程度，以至于会脱离宇宙的其他部分，而形成一个小黑洞。这样看来，确实当
我们往越来越高的能量去的时候，越来越精密的理论序列应当有某一极限，所以必须有
宇宙的终极理论。当然，普郎克能量离开大约几百吉电子伏——目前在实验室中所能产
生的最大的能量——非常远，我们不可能在可见的未来用粒子加速器填补其间的差距！
然而，宇宙的极早期阶段是这样大能量应该发生的舞台。我以为，早期宇宙的研究和数
学一致性的要求，很有可能会导致我们中的某些人在有生之年获得一个完整的统一理论。
当然，这一切都是假定我们首先不使自身毁灭的前提下而言的。
如果我们确实发现了宇宙的终极理论，这意味着什么？正如第一章 所解释的，我
们将永远不能肯定我们是否确实找到了正确的理论，因为理论不能被证明。但是如果理
论是数学上协调的并且总是给出与观察一致的预言，我们便可以适度地有信心认为它是
正确的。它将给人类为理解宇宙的智力斗争历史长期的光辉篇章打上一个休止符。但是，
它还会改变常人对制约宇宙定律的理解。在牛顿时代，一个受教育的人至少在梗概上掌
握整个人类知识。但从那以后，科学发展的节奏使之不再可能。因为理论总是被改变以
囊括新的观察结果，它们从未被消化或简化到使常人能理解。你必须是一个专家，即使
如此，你只能希望适当地掌握科学理论的一小部分。另外，其发展的速度是如此之快，
以至于在中学和大学所学的总是有点过时。只有少数人可以跟得上知识快速进步的前沿，
但他们必须贡献他们的毕生，并局限在一个小的领域里。其余的人对于正在进行的发展
和它们产生的激动只有很少的概念。70年以前，如果爱丁顿的话是真的，那么只有两个
人理解广义相对论。今天，成千上万的大学研究生能理解、并且几百万人至少熟悉这种
思想。如果发现了一套完整的统一理论，以同样方法将其消化并简化，以及在学校里至
少讲授其梗概，这只是时间的迟早问题。我们那时就都能够对制约宇宙的定律有所理解，
并对我们的存在负责。
即使我们发现了一套完整的统一理论，由于两个原因，这并不表明我们能一般地预
言事件。第一是我们无法避免不确定性原理给我们的预言能力设立的极限。然而，更为
严厉的是第二个限制。它是说，除了非常简单的情形，我们不能准确解出这理论的方程。
（在牛顿引力论中，我们甚至连三体运动问题都不能准确地解出，而且随着物体的数目
和理论复杂性的增加，困难愈来愈大。）除了在最极端状态下，我们已经知道规范物体
行为的定律。特别是，我们知道作为所有化学和生物基础的基本定律。我们肯定还没有
将这些学科归结为可解问题的状态；我们在从数学方程来预言人类行为上只取得了很少
的成功！所以，即使我们确实找到了基本定律的完整集合，在未来的岁月里，仍存在着
发展得更好的近似方法，使得我们在复杂而现实的情形下，能完成对可能结果的有用预
言的、这一智慧的、富有挑战性的任务。一个完全的、协调的统一理论只是第一步，我
们的目标是完全理解发生在我们周围的事件以及我们自身的存在。
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