量的粒子的布朗運動表明,物體不是連續的,而是由原子所組成的。之後不久,人們發現原先以為看不見的原子是由繞著一個核的電子所構成,其能量為幾電子伏。人們接著發現核子是由所謂的基本粒子質子和中子組成,它們由數量級為10↑6電子伏的核鍵捆綁在一起。這個故事的最新插曲是,我們發現質子和中子是由夸克所組成,它們由能量為數量級10↑9電子伏的鍵捆綁在一起。現在我們需要極其龐大的機器並花費大量金錢去進行結果不能預言的實驗,理論物理在這條路上已經走得如此之遠,真是令人不勝感慨。
我們過去的經驗暗示,在越來越高的能量下也許存在結構層次的無限序列。這種盒子套盒子的無限層次正是中國在〃四人幫〃時代的正統說法。然而,引力似乎應提供一種極限,但那只是在10↑…33厘米的非常短的距離尺度或者10↑28電子伏的非常高的能量下。在比這更短的尺度下,人們預料時空行為不再像光滑的連續統那樣,由於引力場的量子起伏,它會採取一種泡沫狀的結構。
在我們現在大約為10↑10電子伏和10↑28電子伏的引力截斷之間還有一個廣闊的待探索的區域。正如大統一理論那樣,假設在這個巨大的區間只有一二個結構層次也許是天真的。然而,存在一些樂觀的理由。至少在此刻情形似乎是,引力只能在某種超引力理論中可與其他的物理相互作用統一。只存在有限數目的這種理論。尤其是存在一種最大的理論,即所謂的N=8的推廣超引力。它包括一種引力子,八種自旋為3/2的叫做引力微子的粒子,二十八種自旋為1的粒子,五十六種自旋為1/2的粒子,還有七十種自旋為0的粒子。它們就是具有這麼大的數目,還是不足以計及我們似乎在弱和強相互作用中觀測到的所有粒子。例如,N=8的理論有二十八種自旋為1的粒子。這對於解釋攜帶強相互作用的膠子以及攜帶弱相互作用的四種粒子中的二種已經足夠,但是不能說明其餘的兩種。因此人們不得不相信,觀測到的粒子中的許多或者大多數,例如,膠子或者夸克不像它們此刻所顯示的那樣,不是真正基本的,它們是基本的N=8粒子的束縛態。如果我們基於目前的經濟趨向作計劃,在可見的將來或者甚至永遠都不太可能擁有足夠強大的加速器去檢測這些複合結構。儘管如此,這些束縛態是從很好定義的N=8理論產生的事實,可讓我們做一些預言,這些預言可以在現在或者最近的將來能夠達到的能量上得到驗證。這種情形和薩拉姆——溫伯格的弱電統一理論很類似。儘管我們還沒有達到弱電統一應該發生的能量,因為它的低能預言和觀測符合得這麼好,所以人們現在已經廣泛地接受了它。
關於描述宇宙的理論必定有某些非常奇異的東西。為什麼這種理論得以實現,而其他理論只能存在於其發明者的頭腦之中呢?N=8超引力理論確有一些非常獨特之處。它似乎是滿足以下條件的僅有的理論:
1。它是在四維之中;
2。它把引力包括了進去;
3。它是有限的,不必進行任何無限扣除。
我已經指出過,如果我們要有一種沒有引數的完整理論,第三種性質是不可缺少的。然而,不借助於人擇原理來解釋性質1和性質2就很困難。似乎存在滿足性質1和3的,但是不包含引力的一種協調的理論。然而,在這樣的一個宇宙中可能沒有足夠的吸引力使物質結團,它對複雜結構的發展也許是必要的。時空為何是四維的通常被認為是物理學範疇之外的問題。然而人擇原理也可以為此提供一個好的論證。三維的時空維數——我是說二維空間和一維時間——對於任何複雜機體肯定是不夠的。另一方面,如果空間維數超過三,圍繞太陽公轉的行星或者圍繞原子核旋轉的電子的軌道就變成不穩定,它們就會以螺旋的軌道向中心趨近。還存在時間維數比一更大的可能性,但是我本人發現這種宇宙難以想象。
迄今為止,我已隱含地假定存在一種終極理論,事情真的是這樣的嗎?至少存在三種可能性:
1。存在一種完整的統一理論。
2。不存在終極理論,但是存在理論的無限序列,只要採取這個理論之鏈的足夠遠的一環,就能對任何特定種類的觀測作出預言。
3。不存在理論。在某種程度之後,人們無法描述或者預言觀測,這些觀測只不過是任意的。
這第三種論斷是作為和十七、十八世紀的科學家相對抗的觀點提出的:他們怎麼能提出定律來剝奪上帝改變主意的自由呢?儘管如此,他們這麼做了,並且沒有惹到什麼麻