我們說的物理學的一個完整的統一理論是什麼含義呢？我們對物理實在的模型通常由兩個部分組成：

1。一族各種物理量服從的區域性定律。這些定律通常被表達成微分方程。

2。一系列邊界條件。這些邊界條件告訴我們宇宙某些區域在某一時刻的狀態以及後來從宇宙的其他部分傳遞給它的什麼效應。

許多人宣稱，科學的角色是侷限於這兩個部分的第一個，也就是說一旦我們得到區域性物理定律的完整集合，理論物理也就功德圓滿了。他們把宇宙初始條件的問題歸入形而上學或者宗教的範疇。這個看法在某種方面像本世紀以前勸阻科學研究的那些人的觀點，他們說所有自然現象都是上帝的事務，所以不應加以探索。我認為，宇宙的初始條件和區域性科學定律可以同樣地作為科學研究和理論的課題。只有在我們比僅僅宣稱〃事情現在之所以如此是因為它過去是過去的那種樣子〃更有作為時，我們才算有了一個完整的理論。

初始條件的唯一性問題和區域性物理定律的任意性問題密不可分：如果一個理論包含有一些諸如質量或者偶合常數的人們可以隨意賦值的可調節引數，則我們不把它當成是完整的。事實上，無論是初始條件還是理論中的引數值似乎都不是任意的，它們是被非常仔細地選取或者挑選出來的。例如，質子——中子質量差若不為兩倍電子質量左右，人們就不能得到大約二百種穩定的核，這些核構成元素，並且是化學和生物的基礎。類似的，如果質子的引力質量非常不同，就不能得到這些核在其中合成的恆星。此外，如果宇宙的初始膨脹稍微再慢一些或稍微再快一些，則宇宙就會在這種恆星演化之前就坍縮了，或者會膨脹得這麼迅速，使得恆星永遠不可能由引力凝聚而形成。

的確，有些人走得如此之遠，他們甚至把對初始條件和引數的這些限制提高到原理的地位，這就是人擇原理，可以把它敘述如下：〃事物之所以如此是因為我們如此。〃根據這一原理的一種版本，存在非常大量不同的分開的宇宙，它們具有不同的物理引數值和初始條件。這些宇宙中的大多數不能為智慧生命所需要的複雜結構發展提供恰當的條件。只有在少數具有和我們自己宇宙的類似的條件和引數的宇宙中，才可能讓智慧生命得以發展，並且詢問道：〃宇宙為何像我們所觀測的那樣？〃其答案當然是，如果宇宙換一種樣子，就不存在任何人去問這個問題。

人擇原理的確為許多令人注目的數值關係提供了某種解釋，我們在不同的物理引數值之間可以觀察到這些關係。然而，它不是完全令人滿意的。人們不禁覺得應該存在某種更深刻的解釋。此外，它不能解釋宇宙中的所有區域。例如，我們太陽系肯定是我們存在的先決條件，先決條件還包括更早代的鄰近恆星，重元素可由核聚變在這些恆星中形成。甚至我們整個銀河系也是必須的。但是似乎其他星系沒有必要存在，更不用說在整個能觀測到的宇宙中大體均勻分佈的我們看得見的億萬個星系了。宇宙的大尺度均勻性使如下的論證非常難以使人信服，像在一顆小行星上的某種複雜的分子結構這麼外在的微不足道的東西決定了宇宙的結構，這顆行星繞著一顆在相當典型的螺旋星系的外部區域的一顆非常平凡的恆星公轉。

如果我們不準備藉助於人擇原理，就需要某種統一理論來解釋宇宙的初始條件和各種物理引數值。然而，要一蹴而就地杜撰出一種包羅永珍的完整理論是太困難了（雖然這似乎不能阻止某些人這麼做，我每週都從郵政收到兩三種統一理論）。相反的，我們要做的是尋找部分理論，它能描述在忽視或以簡單方式去近似某些相互作用下的情形。我們首先把宇宙的物質內容分成兩個部分：〃物質〃即為諸如夸克、電子和繆介子等粒子，以及〃相互作用〃諸如引力和電磁力等等。物質粒子由具有半自旋的場來描寫，它服從泡利不相容原理，該原理保證同一狀態下最多隻能有一顆同類的粒子。這就是我們能有不坍縮成一點或輻射到無窮遠去的固體的原因。物質要素又分成兩組：由夸克組成的強子，以及包括其餘的輕子。

相互作用被唯象地分成四個範疇。它們按照強度依序為：強核力，這只是強子之間的相互作用；電磁力，它是在帶電荷的強子和輕子之間的相互作用；弱核力，它是在所有強子和輕子之間的相互作用；最後還有迄今為止最弱的，即引力，它是在任何東西之間的相互作用。這些相互作用由整自旋的場所表示，這些場不服從泡利不相容原理。這表明它們在同一態上可有許多粒子。在電磁力和引力的情形下，其相互作用還是長程的，這表明由