我们对于天空的认识最重要的发展之一就是这样一个现实：为了研究我们所知的最大尺度的事物——宇宙——我们不得不研究我们所知的最小的事物——构成物质的基本粒子。
近年来，奇怪而复杂的弦理论产生了“平行宇宙”的想法。如果实验能够验证多维弦论，那么我们最终会有一个完全不同的世界观。就像哥白尼教给我们地球不是宇宙的中心，哈勃教给我们银河系只是数十亿星系中的一个，弦论学家告诉我们，我们的整个宇宙可能只是众多宇宙中的一个。宇宙的整个集合称为多重宇宙。
在过去的几个世纪里，物理学家已经越来越深入地研究物质的基本构成。下面是一个对我们研究的越来越小粒子的快速总结：
19世纪——我们发现物质由原子组成。
20世纪早期——我们发现原子有一个核。
20世纪中期——我们发现原子核由基本粒子构成。
20世纪后期——我们发现这些基本粒子由夸克构成。
今天——我们推测夸克由叫作“弦”的奇异东西构成。
物理学家史蒂芬·古布泽在他的《弦论小书》开篇说道：“弦论是一个谜。”这些理论的最基本观点就是：夸克由叫作“弦”的极小实体构成。顾名思义，你可以把它们想象成小提琴或吉他的弦，而不同的夸克对应不同的琴弦的振动模式。有许多弦论的不同版本，但是为了我们的研究目的，我们可以专注于使之尤其有趣的一对特性：
●它们结合了引力和其他基本力，因此可以描述大爆炸的最早阶段。
●它们在数学上很复杂，通常涉及10或11个维度的弦振动。
多维空间
我们的日常世界有四个维度——三个空间维度和一个时间维度。空间维度是前后、上下和左右。我们不习惯用这样的方式去思考时间，但“之前和之后”是我们熟悉的概念。
多重宇宙
当物理学家开始发展弦论时，他们发现能让计算避免发散到无穷的唯一途径就是去增加维度。（在物理学的术语中，我们说这个理论只能在多维世界中“可重整标准化”。）所以，如果理论只有在10或11维度才有意义，而对于生活在四维世界中的我们来说，要做什么呢？
多维空间
一个简单的比喻说明弦论者可以绕过这个问题。想想躺在草坪上的花园软管，如果你看远处的软管，它是一条线。如果你想沿着软管移动，你只有两种选择——向前和向后。这意味着，从远处看，软管是一维物体。然而，如果你接近软管，你看到它实际上有三个维度——它也有着左右和上下。同样的道理，弦论者坚信，弦在我们从远处观察时创造了一个四维世界，只有我们接近时，其他的维度才会明显起来，而这却是我们目前的技术不能做到的事情。物理学家称这些额外的维度为“紧致化”。
引力
引力图
然而，上面提到的第一个特点——引力和其他力量的统一——这也是科学家最感兴趣的。弦论似乎能够解决我们分裂长达一个世纪的自然观。20世纪早期见证了两大科学革命。一个是爱因斯坦的相对论，现在仍然是对引力的最好描述；另一个是量子力学，它是对亚原子世界的最好描述。问题是，这两种理论对力的看法截然不同。在相对论中，引力产生于质量导致的时空扭曲。换句话说，引力是几何学改变的结果。另一方面，在量子力学中，力产生于粒子的交换——一个本质上是动态的途径。目前，强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用都是用这种方式描述的，而引力是用几何学来解释的。几十年来，调和这两种观点的矛盾已经成为理论物理学上的突出问题。
弦论解决了这个长期存在的困境。在某些理论中，引力是叫作“引力子”（尚未被发现）这种微粒交换的结果。因此，引力与其他三种力没有根本上的不同。事实上，我们可以想象不同年龄不同的科学家回答“我为什么不从我坐的椅子上浮起来呢？”这一问题的方式。
艾萨克·牛顿：“因为地球和你产生了引力。”
阿尔伯特·爱因斯坦：“因为地球的质量在其表面扭曲了时空网格。”
弦论者：“因为有大量的引力子正在你与地球之间交换。”
这些解释并不矛盾，而是可以作为补充。把弦论应用到大质量物体上，你就可以得到相对论的结果；把相对论应用到一般的物体上，你就可以回到牛顿的结果。成熟的科学并不是靠一个理论代替另一个理论来发展的，而是将旧的理论融入新理论当中。
膜
离子膜
弦论较新的版本涉及一种叫“膜”（来自于“薄膜”）的物质，你可以把它看作是飘荡在多维空间中的纸（想象一下，在垂直长度的方向移动一个弦，它走过的路径会形成一张纸）。物理学家还讨论到了弦的最终理论版本，称之为“M理论”，标志着我们对物质基本结构认知追求的结束。M理论到目前并没有被写下来，尽管有很多聪明的人试着去完成这个任务。更奇怪的是，鉴于其潜在的重要性，似乎没有人知道M代表什么（我自己的猜想是“Membrane（薄膜）”）。
写罢对现代理论前沿的快速介绍，我不得不说在物理学界对它们是否是“科学”存在严肃的争论。数学描述的困难阻碍了弦论者做出可被实验检验的预测。怀疑论者认为，因为无从实现传统上科学研究所要求的理论和实验的互相印证，弦论只是一种数学。辩护者反驳称，这些理论的许多一般特性的真伪还是可以被实验检验，比如它预测了存在一种还未被发现的超对称粒子。随着理论和实验能力的提高，想必这场辩论将得到解决。
粒子
结语
无论如何，弦论给了我们一种跨越最终鸿沟的可能性，就是那横亘在我们熟知的大爆炸历史和笼罩在团团迷雾中的引力统一问题之间的鸿沟。它允许我们直面终极问题：所有的一切是怎么开始的？正如我们即将在下一节看到的，这些理论开辟了一些几近神学的迷人可能性。（未完待续）
| 参考资料：弦论和宇宙 太空全书
