宏大 目標 。 此時 ， 在 物理學 的 幕後 也 發生 了 新 一 波 的 騷動 ， 只是 在 短期 間 內 ， 我 絲毫 不 知情 。 那 是 1984年 開始 的 ， 最後 變成 了 里程碑 的 一 年 ， 在 這 一 年 裡 ， 弦論 踏出 重要 的 一 大 步 ， 從 泛泛 的 一般 想法 ， 變成 真實 且 有 血 有 肉 的 理論 。 在 談到 這些 令 人 興奮 的 發展 之前 ， 讓 我 多 談談 這 個 野心勃勃 的 理論 。 弦論 試圖 搭起 廣義 相對論 與 量子 力學 之間 的 橋樑 ， 它 的 核心 概念 認為 ： 物質 與 能量 的 最 小 單位 ， 不 是 點狀 的 粒子 ， 而是 微小 、 振動 的 弦 ， 弦 的 形式 也許 像 迴圈 、 也許 像 繩段 。 而且 就 像 吉他弦 可以 彈奏出 許多 不同 的 音符 ， 這些 基本 弦 也 有 許多 振動 模式 。 弦論 認為 這些 弦 的 不同 振動 ， 對應到 大自然 的 不同 粒子 與 作用力 。 假設 弦論 成功 了 （ 這 尚 待 驗證 ） ， 那麼 大 統一 理論 便 大功告成 。 因為 這樣一來 ， 所有 粒子 和 作用力 都 出自 同 一 本源 ， 它們 都 是 基本 弦 的 外在 表現 與 激態 。 我們 可以 說 ， 「 弦 」 是 最 基本 的 零件 ， 構成 整 個 宇宙 ， 當 你 下探到 宇宙 最 底層 時 ， 一切 都 是 弦 。 弦論 的 想法 借 自 卡魯札 - 克萊因 的 模型 （ 見 第一 章 ） ， 認為 想要 實現 不同 理論 的 大 綜合 ， 就 需要 額外 的 維度 。 其中 有 些 部分 的 論證 是 相同 的 ： 想要 把 所有 的 作用力 ， 包括 重力 、 電磁力 、 弱核力 與 強核力 ， 容納 在 單一 的 四維 空間 理論 裡 ， 硬是 沒有 足夠 的 空間 。 如果 依照 卡魯札 - 克萊因 的 想法 ， 自然 會 問 ， 需要 多少 維度 才 能 將 四 種 作用力 結合 在 單一 的 架構 裡 ？ 例如 ， 五維 足以 涵蓋 重力 和 電磁力 ， 也許 再 多 幾 維 就 足以 容納 弱核力 ， 然後 再 加 一些 維度 ， 又 能 結合 強核力 ， 最後 的 結果 或許 至少 需要 11 維 等等 。 結果 這 個 想法 並 沒有 那麼 成功 ， 這 正 是 我們 從 物理學家 韋頓 身 上 學到 的 諸多 弦論 觀察 之 一 。 幸好 ， 弦論 並 不 是 以 這 種 勉強 拼湊 的 方式 建立 起來 的 ， 並 不 是 任意 選 個 大 維度 ， 擴大 黎曼 度量 張量 或 度量 矩陣 的 階數 ， 然後 再 隨意 試試 ， 看看 能否 將 某 個 作用力 結合 進來 。 相反 的 ， 弦論 告訴 我們 ： 需要 的 確切 維度 是 十 ， 其中 四 個 維度 是 通常 人們 用 望遠鏡 觀測 的 「 傳統 」 時空 ， 另外 再 加上 額外 的 六 個 維度 。 弦論 必須 是 十維 的 理由 十分 複雜 ， 主要 是 源自 對稱性 （ 這 是 任何 大自然 候選 理論 的 基本 條件 ） 以及 與 量子 力學 相容 的 考量 （ 這 當然 也 是 必要 的 關鍵 要素 ） 。 主要 的 想法 大致 如下 ： 維度 愈 大 ， 弦 可以 振動 的 方式 就 愈 多 。 但 為了 製造出 宇宙 中 的 所有 可能性 ， 弦論 不只 需要 大 數目 的 可能 振動 模式 ， 而且 這 個 數目 還 必須 是 特定 的 數 ， 結果 這 個數 只有 十 維 時空 才 辦 得 到 。 （ 本 章 後面 會談到 弦論 的 一 種 變體 或 「 推廣 」 ， 稱為 M 理論 ， 需要 的 是 11 維 ， 且 待 後頭 再 談 。 ） 被 限制 在 一 維 空間 的 弦 ， 只 能 前後 伸縮 振動 ； 在 二維 時 ， 則 多 了 垂直 的 方向 可以 振動 ； 換到 三維 或 更 高 的 維度 ， 獨立 的 振動 模式 數目 還 會 持續 增加 ， 到 了 依照 數學 限制 的 十維 時空 時 ， 弦論 將 會 有 夠多 的 振動 模式 ， 這 是 弦論 必須 至少 是 十維 的 原因 。 至於 弦論 不 多 不少 、 恰恰 十維 才 能 相容 的 原因 ， 則 和 所謂 的 「 異徵 對消 」 （ anomaly cancellation ） 機制 有關 ， 這 就 把 我們 帶回 到 1984年 的 故事 。 一直 到 1984年 為止 ， 科學家 所 發展出來 的 大部分 弦論 ， 都 飽受 異徵 或 不 相容 的 問題 所 苦 ， 讓 任何 預測 都 沒有 意義 。 譬如 這些 理論 可能 有 錯誤 的 左右 對稱性 ， 以致 和 量子論 無法 相容 。 關鍵性 的 突破 ， 來自 倫敦 瑪麗 王后 學院 的 麥可 ．葛林 （ Michael Green ） 與 加州 理工 學院 的 史瓦茲 （ John Schwarz ） ， 他們 所 克服 的 主要 問題 與 「 宇稱 違逆 」 （ parity violation , __UNDEF__ 係指 大自然 的 基本 定律 會 分辨 左手性 與 右手性 ， 因此 不 是 宇稱 對稱 的 ） 有關 ， 葛林 與 史瓦茲 找到 方法 ， 構造 符合 宇稱 違逆 的 弦論 。 於是 一直 困擾 理論學家 的 不 相容 量子 效應 ， 奇蹟式 的 在 十維時 全部 互相 抵消 了 ， 這 重新 燃起弦論 真的 可以 描述 大自然 的 希望 。 葛林 與 史瓦茲 的 成就 帶動 了 弦論 的 第一 次 革命 ， 在 異徵 問題 煙消雲散 後 ， 終於 可以 開始 檢測 弦論 能否 推導出 實際 的 物理 性質 了 。 其中 的 一 道 難關 ， 是 看看 弦論 如何 解釋 目前 宇宙 的 外觀 。 弦論 必須 同時 解釋 ， 為何 我們 居住 的 時空 是 四維 的 ， 但是 又 堅持 宇宙 實際 上 是 十維 的 。 根據 弦論 ， 這 個 明顯 差別 的 理由 ， 在於 所謂 「 緊緻化 」 （ compactification ） 的 機制 。 其實 這 並 不 是 個 新穎 的 想法 ， 在 卡魯札 - 克萊因 （ 尤其 是 克萊因 ） 的 五維 理論 中 ， 已經 指出 額外 的 一 維 必須 緊緻化 ， 捲縮 到 人們 無法 看到 的 地步 。 弦論 面對 的 正 是 類似 的 處境 ， 只 是 要 解決 的 額外 維度 是 六維 ， 不 是 一 維 。 當然 最後 這 句 話 有點 誤導 ， 因為 我們 不 是 真的 要 丟棄 這些 維度 ， 相反 的 ， 是 要 以 精確 的 方法 ， 將 這些 維度 捲曲成 一 個 幾何 空間 ， 而且 對於 弦論 接著 即將 揭示 的 神奇 演出 ， 這 個 空間 的 結構 將 扮演 關鍵性 的 角色 。 只 是 這 個 空間 有 很多 種 選擇 ， 每 一 種 都 會 導致 不同 的 緊緻化 結果 。 根據 哈佛 大學 物理學家 瓦法 （ Cumrun Vafa ） 的 說法 ， 這 整 套 想法 可以 用 一 道 簡單 的 算式 來 總結 ： 4 + 6 = 10 。 1 真的 ， 這 就 是 全部 的 事實 了 ， 當然 你 也 可以 把 式子 重寫成 10 – 6 = 4 ， 表示 如果 隱藏 （ 減掉 ） 六維 空間