本文素材主要摘錄自加來(lái)道雄的《Hypersapce》和丘成桐的《The Shape of Inner Space》。作者希望憑籍本文，回顧一下兩百年來(lái)的科學(xué)史，看看那些代表著人類(lèi)最高心智的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家們前仆后繼探究宇宙本源的奇妙歷程，并向他們致以最崇高的敬意！

這是一部壯麗的物理史詩(shī)，這是一串光耀后世的姓名。他們是：牛頓，高斯，黎曼，麥克斯韋爾，愛(ài)因斯坦，楊振寧，羅摩奴詹，霍金，維藤……（且慢，最近十年，我們只能在娛樂(lè)版看到的楊老師，居然可以和那些大師比肩嗎？可以的！以楊老師和他的學(xué)生命名的楊－米場(chǎng)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)模型，成功地解釋、整合了四種自然力中的三種。）

那么，這些智慧的頭腦到底有多智慧？

我們普遍接受這樣一個(gè)結(jié)論，即我們現(xiàn)存的這個(gè)宇宙起源于一次大爆炸，英文叫做Big Bang！

但是，原子物理學(xué)家絕不可以止步在如此初級(jí)的常識(shí)上。他會(huì)告訴你，創(chuàng)世的剎那，是如下的演化階段：

話(huà)說(shuō)：一切，開(kāi)始于10E^- 43 秒……（10的負(fù)43次方秒，也稱(chēng)為普朗克時(shí)間，人類(lèi)已知的最小時(shí)間存在。普朗克時(shí)間=普朗克長(zhǎng)度/光速。光速定義值：c=299792458m/s=299792.458km/s。請(qǐng)注意了，這是一個(gè)定義值，而不是一個(gè)測(cè)量值。

言歸正傳，創(chuàng)世的剎那：

# 10E－43秒，十維宇宙分裂成一個(gè)四維宇宙和一個(gè)六維宇宙。六維宇宙崩潰，縮成10E－32公尺。四維宇宙（我們今天所在的宇宙）則迅速爆炸，此時(shí)的溫度高達(dá)10E32（10的32次方）度；
# 10E－35秒，大一統(tǒng)作用力崩解；
# 10E－9秒，電弱對(duì)稱(chēng)崩解，此時(shí)的溫度是10E15度；
# 10E－3秒，夸克開(kāi)始凝聚，中子與質(zhì)子出現(xiàn)，此時(shí)的溫度是10E14度；
# 3分鐘，質(zhì)子與中子開(kāi)始凝聚成穩(wěn)定的原子核；
# 30萬(wàn)年，電子開(kāi)始凝聚在原子核周?chē)?/span>第一個(gè)原子出現(xiàn)；
# 30億年，第一個(gè)似星體(quasar)出現(xiàn);
# 50億年，第一個(gè)星系出現(xiàn)；
# 100～150億年，太陽(yáng)系誕生，又經(jīng)過(guò)數(shù)十億年，地球上出現(xiàn)了第一個(gè)生命。

這個(gè)時(shí)間表，是哪位大神寫(xiě)的科幻小說(shuō)吧？NO！這是目前已經(jīng)成為眾多科學(xué)家普遍共識(shí)的創(chuàng)世時(shí)間表。
的確，表中所述的那個(gè)數(shù)量級(jí)上的時(shí)間、長(zhǎng)度、溫度等等所有的數(shù)值，沒(méi)有任何一個(gè)是可以直接測(cè)量的，因?yàn)槟壳霸蹅內(nèi)祟?lèi)的技術(shù)和工具水平，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能企及到那個(gè)數(shù)量級(jí)。但是，人類(lèi)的心智卻做到了。這個(gè)時(shí)間表里面的每一個(gè)數(shù)字的背后，都是一堆嚴(yán)密的公式和演算，都有一群知名或者不知名的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家，他們是我們?nèi)祟?lèi)最智慧的大腦。
回到時(shí)間表的第一個(gè)事件，“十維宇宙分裂”，這就是我們今天的主題了：超維度空間。讓我們一起看看，兩百年來(lái)，科學(xué)家們是如何探究世界的本源的。
讓我們先厘清一個(gè)重要概念：

• 一只在直線上行走的毛毛蟲(chóng)只能前后移動(dòng)，所以，我們把直線或曲線叫做：一維空間；
  
• 一只阿米巴扁平蟲(chóng)可以在球面上前后左右移動(dòng)，所以，我們把平面或曲面叫做：二維空間；
  
• 一只鳥(niǎo)在我們的空間可以上下前后左右移動(dòng)，所以，我們的空間叫做是：三維空間；

• 加上時(shí)間一維，我們的世界是四維的，合稱(chēng)時(shí)空。在這個(gè)時(shí)空中你要準(zhǔn)確標(biāo)定一個(gè)點(diǎn)，需要四個(gè)數(shù)字，比如：淮海路、馬當(dāng)路交界，二樓，下午四點(diǎn)。

依此類(lèi)推……
如果，有人告訴你，多維空間（四維以上）的人，看著我們的保險(xiǎn)柜或房子時(shí)根本就是內(nèi)外一目了然，就像我們看著二維平面上的圓圈一樣，你會(huì)不會(huì)大惑不解、無(wú)法想象、或者毛骨悚然？
當(dāng)然，對(duì)于“眼見(jiàn)為憑”來(lái)說(shuō)，這其實(shí)涉入了一個(gè)哲學(xué)難題。如果眼見(jiàn)才是真實(shí)的，那么高維度的對(duì)象就不是真實(shí)的。但從另一個(gè)角度來(lái)看，人不過(guò)是動(dòng)物中的一種，阿米巴扁平蟲(chóng)只能感知二維的世界，我們?nèi)绾巫C明我們所能感知的所謂“真實(shí)”，豈不是也受限于我們自己的認(rèn)知條件？
必須承認(rèn)的事實(shí)是：人類(lèi)的大腦和眼睛，只是為了應(yīng)付三維空間和四維時(shí)空的各種情況演化出來(lái)的，因此它們不具備辨識(shí)和解析高維度空間物體的能力。
超弦理論認(rèn)為：宇宙真正的時(shí)空，其實(shí)是一個(gè)十維的空間，其中四維是愛(ài)因斯坦的時(shí)空流形（也就是我們的日常生活空間），另外一個(gè)和它’垂直’的還有一個(gè)很小很小的六維流形。在這個(gè)十維空間中，有一種最小單位的弦縱橫其中。以類(lèi)比的說(shuō)法，十維空間是宇宙這座大琴的音箱，撥動(dòng)這些弦造成不同的音高與音色，于是產(chǎn)生不同的基本粒子，進(jìn)而發(fā)展出所有的物質(zhì)與作用力。（最新的M理論，有別于超弦理論，認(rèn)為宇宙是從十一維開(kāi)始演進(jìn)的。）

兩千年來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)我們宇宙的所有現(xiàn)象，都可以簡(jiǎn)化成四個(gè)作用力：
1、電磁力（electromagneticforce)：包括電力、磁力和光本身，合稱(chēng)為電磁力。電荷（磁級(jí)）正負(fù)相同為排斥力，相反為吸引力。由光子傳遞，與電量成正比，距離成反比。長(zhǎng)程力，在四種力中第2強(qiáng)。
2、強(qiáng)核力 (strong nuclearforce)：是夸克之間的吸引力，由膠子傳遞（束縛質(zhì)子和中子于原子核中的是其附加效果由π介子傳遞）。在有效距離內(nèi)，距離越大，力越大。短程力，在四種力中最強(qiáng)，也是恒星燃燒能量的自然力，氫彈的爆炸正是運(yùn)用強(qiáng)核力的原理。
3、弱核力 (weak nuclear force)：弱核力左右了部分放射性物質(zhì)的衰變形態(tài)，是造成β衰變一類(lèi)的衰變的力。由希格斯粒子(W+、W-、Z0)傳遞，較弱，短程力，作用在夸克級(jí)的粒子。是四種力中第3強(qiáng)的。
4、重力 (gravitational force，或稱(chēng)引力）：由引力子傳遞，與質(zhì)量成正比，距離成反比。長(zhǎng)程力，在四種力中最弱。

一旦人類(lèi)將所有的作用力整合成一個(gè)超作用力，這時(shí)會(huì)有什么突破。關(guān)于這一點(diǎn)，物理學(xué)家Paul Davies寫(xiě)到： 

“我們能夠改變時(shí)空的結(jié)構(gòu)，了解宇宙萬(wàn)物的來(lái)龍去脈，讓物質(zhì)變得井然有序。控制超作用力后，我們便能任意地組合與改變粒子，制造出前所未有的物質(zhì)形態(tài)。我們甚至能左右空間的維度數(shù)，制造出具有不可思議屬性的人工世界。我們將成為宇宙的主宰。”

回看一下人類(lèi)掌握“力”的歷史：

• 人類(lèi)誕生的歷史超過(guò)數(shù)千萬(wàn)年，在99.99%時(shí)間里，人類(lèi)能夠掌握的能量只是雙手和肌肉的力量，大概只有八分之一馬力；
  
• 十萬(wàn)年前，隨著手持工具的發(fā)明，人類(lèi)的能量輸出倍增，達(dá)到一又四分之一馬力； 
  
• 牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力和運(yùn)動(dòng)定律，讓力學(xué)被簡(jiǎn)化成條理分明的方程組。現(xiàn)代機(jī)械原理催生出蒸汽機(jī)，人類(lèi)掌握的能量達(dá)到數(shù)十到數(shù)百馬力；
  
• 麥克斯韋爾方程式，啟迪了愛(ài)迪生等發(fā)明家，人類(lèi)進(jìn)入電力時(shí)代，能量級(jí)數(shù)獲得飛躍，極大地改變了人們的生活。
  
• 愛(ài)因斯坦的相對(duì)論為人類(lèi)打開(kāi)了核能利用的時(shí)代，人類(lèi)掌握的能量提升到足夠摧毀自己所居住的行星的程度。

歷史地看，每當(dāng)人類(lèi)控制一項(xiàng)自然力，都能大幅提升人類(lèi)所能掌握的能量，讓整個(gè)社會(huì)改頭換面。（那么，未來(lái)的人類(lèi)需要多大的能量？10E 20億電子伏特起步，超過(guò)了現(xiàn)在的一千億倍。否則，我們將無(wú)法使空間彎曲，解決航行到遙遠(yuǎn)星際的難題；或者，在宇宙崩潰的瞬間，有足夠的能量打開(kāi)六維宇宙，逃離滅亡的劫難。）
下面，就讓我們按照時(shí)間順序，回顧一下人類(lèi)整合四種自然力的歷程：
（本文雖然涉及諸多專(zhuān)有詞匯，但我們盡量直白描述。理解這些前輩的偉大思想其實(shí)不難，并不需要多少艱深的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，只要：一點(diǎn)常識(shí)＋一點(diǎn)邏輯＋一點(diǎn)耐心。）
第一個(gè)走進(jìn)這段物理史詩(shī)的，是一位數(shù)學(xué)家：黎曼。

牛頓曾經(jīng)說(shuō)：“如果說(shuō)我比別人看得更遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诹司奕说募缟稀薄０凑张ｎD的這種說(shuō)法，黎曼毫無(wú)疑問(wèn)正是支撐起愛(ài)因斯坦的那個(gè)巨人。
一八五四年六月十日，一套新的幾何學(xué)誕生了。黎曼在德國(guó)哥廷根大學(xué)發(fā)表了著名的演說(shuō)，徹底撼動(dòng)了兩千年來(lái)從未被動(dòng)搖過(guò)的歐幾里德幾何學(xué)。
黎曼是位數(shù)學(xué)奇才，高中時(shí)期只用區(qū)區(qū)六天時(shí)間完全吸收了《數(shù)論》（Theory of Number)，那是一部八百五十九頁(yè)的艱澀巨著。
黎曼挑戰(zhàn)希臘幾何學(xué)，認(rèn)為縱然歐幾里德的數(shù)學(xué)運(yùn)算極為精確，它的根基卻只是常識(shí)與直覺(jué)的流沙，而不是扎實(shí)的邏輯推演結(jié)果。
比如，歐式幾何說(shuō)三角形三個(gè)內(nèi)角之和等于一百八十度，但這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題，在數(shù)學(xué)史上卻從來(lái)沒(méi)有被嚴(yán)密證明過(guò)！而且，假如我們身處彎曲表面的世界，這個(gè)公式就不成立了。（行文至此，我們必須向歐幾里德先生表達(dá)誠(chéng)摯的敬意！每次想到他老人家兩千多年前寫(xiě)就的《幾何原本》至今仍然是全世界的中學(xué)課本，我就不寒而栗！那些至今未被嚴(yán)密證明過(guò)的公理，一個(gè)生活于公元前300年的希臘人是如何發(fā)現(xiàn)的吶？如果這個(gè)世界有“神跡”，歐先生當(dāng)之無(wú)愧是其中之一！）
說(shuō)回到黎曼，他的研究領(lǐng)域甚至延伸到電學(xué)，他認(rèn)為電力與磁力實(shí)際上是同一種作用力的不同表象。據(jù)此他發(fā)展出作用力新解，作出了牛頓兩百年以降的首次劃時(shí)代重大突破，徹底推翻了牛頓的超距作用原則，他認(rèn)為：作用力源自于幾何學(xué)，作用力只是由于幾何結(jié)構(gòu)扭曲所造成的必然現(xiàn)象。（牛頓以降，科學(xué)界認(rèn)為作用力是一種兩個(gè)遙距物體的即時(shí)交互作用，一個(gè)物體可以即時(shí)影響間隔一段距離的其他物體的運(yùn)動(dòng)。
我們總結(jié)一下黎曼的偉大之處：

1、他以多維空間理論簡(jiǎn)化了所有自然作用力；認(rèn)為電力與磁力和重力一樣，只是高維空間彎曲產(chǎn)生的結(jié)果。
2、他提出了蟲(chóng)洞（warmholes）的概念，黎曼切口是多重連結(jié)空間的一個(gè)最簡(jiǎn)單范例。
3、他以“場(chǎng)”來(lái)描述重力，以“度量張量”（Riemann metric tensor）描述空間里每一個(gè)點(diǎn)的重力場(chǎng)。（所謂“度量張量”，其實(shí)就是一組數(shù)字，類(lèi)似坐標(biāo)。）

黎曼英年早逝，并未找出電力與磁力的場(chǎng)方程式，也沒(méi)有計(jì)算出空間要褶皺到什么程度才足以描述不同的作用力，這幾項(xiàng)重要發(fā)展留給了麥克斯韋爾和愛(ài)因斯坦。

我們贊美陽(yáng)光！它不僅孕育了的生命，同時(shí)也照亮了人類(lèi)的思想。愛(ài)因斯坦，是那個(gè)御光飛行、穿越時(shí)空的人。
愛(ài)因斯坦小時(shí)候，常以簡(jiǎn)單問(wèn)題自問(wèn)自答：“如果你追上一束光線，它看起來(lái)是什么樣子？你會(huì)不會(huì)看到一束靜止的光波，凍結(jié)在時(shí)間中？”這個(gè)問(wèn)題，讓他在后五十年里，帶領(lǐng)人類(lèi)走進(jìn)了時(shí)空神秘之旅。
十六歲時(shí)，愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)世界上似乎并沒(méi)有能夠追上光速的東西。二十六歲時(shí)，他用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)證明了這一發(fā)現(xiàn)。在瑞士專(zhuān)利局擔(dān)任低階職員的他，用麥克斯韋爾的場(chǎng)方程式推導(dǎo)出狹義相對(duì)論（special relativity）。
用一句話(huà)概括狹義相對(duì)論，那就是：光速在任何恒動(dòng)架構(gòu)里恒為常數(shù)。這個(gè)定理表面上看并不顯眼，但確是人類(lèi)心靈的最偉大成就之一！
愛(ài)因斯坦指出，無(wú)論我們?cè)鯓蛹铀伲瑹o(wú)論我們自身的速度如何，人們所能測(cè)量的光速是一樣的。
對(duì)于這一結(jié)論，愛(ài)因斯坦給出了超脫凡俗的解釋?zhuān)J(rèn)為：導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的原因是：時(shí)間變慢了?。ㄟ@是石破天驚的一句）也就是說(shuō)，我們移動(dòng)的越快，我們的時(shí)鐘就走得越慢，我們的量尺也越短，所以，我們測(cè)量的光速是不變的。
愛(ài)因斯坦進(jìn)一步思考：那么，幾乎所有的物體都必須使用時(shí)鐘與量尺來(lái)測(cè)量，既然時(shí)間和量尺都是變化的，所以我們必須校正所有的物理量（quantity），于是他導(dǎo)出了下一個(gè)重大的結(jié)論：質(zhì)量是從能量來(lái)的。
這個(gè)結(jié)論，一舉推翻了十九世紀(jì)的兩大物理發(fā)現(xiàn)：質(zhì)量守恒和能量守恒。自此以后，質(zhì)量與能量被視為單一單位：質(zhì)-能（matter-energy）。
二十六歲的愛(ài)因斯坦同時(shí)給出了質(zhì)能變動(dòng)的方程式，那就是著名的E＝mc2。
讓我們?cè)賮?lái)追尋一下狹義相對(duì)論的推導(dǎo)過(guò)程：
光速恒定?時(shí)間變慢?質(zhì)量不恒定?“質(zhì)量-能量”相互轉(zhuǎn)換E＝mc2
俠義相對(duì)論，統(tǒng)一了“時(shí)-空”，也統(tǒng)一了“質(zhì)-能”。
統(tǒng)一了“時(shí)-空”以及“質(zhì)-能”之后的愛(ài)因斯坦，進(jìn)一步思考“時(shí)空”與“質(zhì)能”之間的關(guān)系，也就是狹義相對(duì)論所忽略的加速度，還有重力。 
這導(dǎo)致了他的下一個(gè)巨大成就：廣義相對(duì)論。

再次，愛(ài)因斯坦由一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題開(kāi)始：“如果一個(gè)人處于自由落體狀態(tài)，他就不會(huì)感覺(jué)到自己的體重？”愛(ài)因斯坦透過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題掌握了重力的基本特性：在加速度架構(gòu)下的自然律和重力場(chǎng)的定律是一樣的。這就是所謂等效原理（equivalence principle）。
透過(guò)等效原理，愛(ài)因斯坦重新思考關(guān)于光速的問(wèn)題：光速會(huì)受重力影響嗎？答案是肯定的，重力場(chǎng)會(huì)扭曲光線的行進(jìn)路線。
但是！但是，根據(jù)費(fèi)瑪最短時(shí)間原理，光線會(huì)采取兩點(diǎn)之間的最短時(shí)間路徑，愛(ài)因斯坦再次得出一個(gè)令人震懾的結(jié)論：如果我們可以觀測(cè)到光線以曲線前進(jìn)，那就意味著空間本身是彎曲的?。ü庖郧€前進(jìn)這一預(yù)測(cè)，已經(jīng)被后人的無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)反復(fù)證明。）

偉大的愛(ài)因斯坦進(jìn)一步得出結(jié)論：質(zhì)能的存在造成周?chē)鷷r(shí)空的彎曲。
我們前面講過(guò)，數(shù)學(xué)家黎曼早在一八五四年就提出了作用力與空間彎曲的關(guān)系，并提出了重力場(chǎng)論。愛(ài)因斯坦利用黎曼的研究成果，用數(shù)學(xué)形式表達(dá)了他自己的物理學(xué)新發(fā)現(xiàn)，這就是廣義相對(duì)論（general relativity）。
讓我們?cè)賮?lái)追尋一下廣義相對(duì)論的推導(dǎo)過(guò)程：
光線以曲線前進(jìn)＋光線走兩點(diǎn)間最短時(shí)間路徑?空間是彎曲的?“質(zhì)-能”造成“時(shí)-空”彎曲?力學(xué)＝幾何學(xué)
愛(ài)因斯坦的偉大，止步于他的第三次嘗試。
在狹義和廣義相對(duì)論之后，他終其一生研究統(tǒng)一場(chǎng)論（unified field theory ），簡(jiǎn)單說(shuō)，就是試圖尋找一個(gè)公式，能夠同時(shí)描述光與重力?？上?，他最終沒(méi)有成功。
對(duì)這一問(wèn)題給出答案的，是Theodor Kaluza和Oskar Klein兩位科學(xué)家，他們的理論我們稱(chēng)之為“克魯查-克萊因理論”，簡(jiǎn)單說(shuō)，這個(gè)理論就是：在五維空間里，將光與重力的理論統(tǒng)一了起來(lái)。
可是，第五維到底在哪里？克魯查說(shuō)：第五維已經(jīng)崩解成一個(gè)圓圈，它的體積實(shí)在太小了，連原子都裝不下，因而也無(wú)法測(cè)量。一九二六年，克萊因甚至計(jì)算出第五維的尺寸只有10E－33公分（10的負(fù)33次方），而探測(cè)如此微小距離所需要的能量也就是是所謂蒲朗克能量（Planck energy），相當(dāng)于10E 20億電子伏特，百萬(wàn)兆倍于質(zhì)子蘊(yùn)藏的能量。
克魯查-克萊因理論在當(dāng)時(shí)并未收到廣泛關(guān)注和普遍認(rèn)同，領(lǐng)一時(shí)風(fēng)氣之先的是另一套全新的理論：量子力學(xué)（quantum mechanics）（碼了這么多字，原子物理學(xué)家終于登場(chǎng)了！）

一九二五年，以薛丁格（Erwin Schr?dinger）和海森堡（Werner Heisenberg）為代表的一組科學(xué)家，已經(jīng)對(duì)原子運(yùn)動(dòng)給出了幾近完整的數(shù)學(xué)描述，我們稱(chēng)之為量子力學(xué)。
這是一套與黎曼、愛(ài)因斯坦學(xué)說(shuō)迥異的解釋自然力的理論，它的主要理論觀點(diǎn)包括：
1、作用力是由于不連續(xù)的能量包交換而產(chǎn)生（也就是量子：quanta）；
2、不同的作用力的產(chǎn)生來(lái)自于不同量子的交換；
3、我們永遠(yuǎn)無(wú)法同時(shí)知道次原子粒子的速度及其位置；
這就是著名的海森堡測(cè)不準(zhǔn)定理，這個(gè)聽(tīng)起來(lái)不怎么靠譜的定理，卻是半個(gè)世紀(jì)以來(lái)最經(jīng)得起任何實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)的一個(gè)定理，至今，還沒(méi)有任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果違背了這一條定理。
所謂次原子粒子：就是比原子還要微小的粒子。海森堡測(cè)不準(zhǔn)定律在哲學(xué)上的意義在于，它從物質(zhì)構(gòu)成的最底層，將所有事物的產(chǎn)生和構(gòu)成，都解釋為機(jī)率的一個(gè)表現(xiàn)，而不是一個(gè)必然的結(jié)果！換句話(huà)說(shuō)，就是沒(méi)有所謂客觀存在，也沒(méi)有所謂必然結(jié)果。這一條，徹底撼動(dòng)了唯物主義的基石。
4、粒子有可能以有限機(jī)率進(jìn)行穿隧或量子跳躍，并穿越不可浸透的障礙物。
聽(tīng)起來(lái)各種不靠譜是嗎？但是！這個(gè)理論不僅反復(fù)被實(shí)驗(yàn)證明，而且人們甚至根據(jù)該理論制造出了隧道二極管（tunnel diode，或稱(chēng)江崎二極管）。
量子力學(xué)以光子（也就是光的量子）為例，認(rèn)為弱作用力和強(qiáng)作用力是源于能量量子的交換，并稱(chēng)之為“楊－米場(chǎng)”，這是楊振寧和他的學(xué)生米爾斯于一九五四年發(fā)現(xiàn)的理論。
你造嗎？楊老師年輕的時(shí)候有多牛逼！到一九七O年代，楊－米場(chǎng)已經(jīng)可以解開(kāi)所有核子物質(zhì)的秘密，可以解釋有關(guān)于次原子粒子的任何實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在解釋電子與光的交互作用時(shí)，其精確度達(dá)到千萬(wàn)分之一，號(hào)稱(chēng)是有史以來(lái)最精確的理論?？茖W(xué)界對(duì)這個(gè)理論如此有信心，以至于稱(chēng)之為“標(biāo)準(zhǔn)模型”（Standard Model）。
量子力學(xué)經(jīng)過(guò)五十年的發(fā)展，成功地整合了四種自然作用力的三種：強(qiáng)作用力＋弱作用力＋電磁力。但是，包括楊振寧本人在內(nèi)的許多科學(xué)家都認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)模型一定不是最終的大一統(tǒng)理論，主要原因是該模型并不包括重力！
歷史地看，可以這么說(shuō)：量子力學(xué)只是根據(jù)次原子粒子的部分外表特性做了整理，卻未對(duì)它們的來(lái)源做出任何說(shuō)明。

統(tǒng)合量子理論和重力，以創(chuàng)造出一個(gè)“萬(wàn)有理論”（Theory of Everything），這個(gè)問(wèn)題挫折了二十世紀(jì)最聰明的心智，包括愛(ài)因斯坦、海森堡等等一眾科學(xué)界的巨擎和大碗，但均不可得。
一九七六年，紐約州立大學(xué)石溪分校的三位物理學(xué)家寫(xiě)下了超重力理論。簡(jiǎn)單說(shuō)，這個(gè)理論對(duì)黎曼的“度量張量”模型進(jìn)行研究，幾乎實(shí)現(xiàn)了愛(ài)因斯坦統(tǒng)合已知作用力的夢(mèng)想。
他們發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)十一維的度量張量模型里，包含了自然界里幾乎所有的粒子與作用力：愛(ài)因斯坦的重力理論、楊－米場(chǎng)與麥克斯韋爾場(chǎng)、還有夸克與輕子。如圖所示：


（圖中的括弧，代表一個(gè)十一維的黎曼度量張量場(chǎng)。如果把它簡(jiǎn)化成四維，就是愛(ài)因斯坦的重力場(chǎng)；提高它的維度數(shù)，我們就可以推導(dǎo)出麥克斯韋爾方程組和標(biāo)準(zhǔn)化模型；最終，在十一維度，統(tǒng)合了代表四種作用力的所有方程組。） 
超重力理論雖然在模型上統(tǒng)合了四種作用力，但它的缺陷在于在很多關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上沒(méi)有具體量化的數(shù)學(xué)模型和公式。所以只能成為邁向宇宙統(tǒng)一理論慢慢征途上的一塊鋪路石。新的，也是最強(qiáng)大有力的物理學(xué)計(jì)劃已經(jīng)登場(chǎng)，它就是：超弦理論（Superstring Theory）。

一九六八年，超弦理論被意外發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，兩位年輕的理論物理學(xué)家在歐洲核子研究中心（CERN）意外發(fā)現(xiàn)十九世紀(jì)數(shù)學(xué)家尤拉完成的尤拉貝塔函數(shù)（Euler beta funcation）竟然符合幾乎所有描述基本粒子強(qiáng)交互作用所需的全部特質(zhì)。
什么是弦論呢？愛(ài)因斯坦在后半生中，一直在尋找統(tǒng)一場(chǎng)論，即一個(gè)能在單獨(dú)的包羅萬(wàn)象的數(shù)學(xué)框架下描寫(xiě)自然界所有力的理論。他渴望以前人從未成功達(dá)到過(guò)的清晰來(lái)揭示宇宙活動(dòng)的奧秘，由此而展示的自然界的動(dòng)人美麗和優(yōu)雅。
如今，相當(dāng)一部分物理學(xué)家相信他們終于發(fā)現(xiàn)了一個(gè)框架，有可能把這些知識(shí)縫合成一個(gè)無(wú)縫的整體：一個(gè)單一的理論，一個(gè)能描述一切現(xiàn)象的理論，這就是弦論。它正在實(shí)現(xiàn)當(dāng)年愛(ài)因斯坦?jié)M懷熱情追求的統(tǒng)一理論的理想。
弦論可以用來(lái)描述引力和所有基本粒子。它的一個(gè)基本觀點(diǎn)就是自然界的基本單元, 如電子、光子、中微子和夸克等等, 看起來(lái)像粒子，實(shí)際上都是很小很小的一維弦的不同振動(dòng)模式，正如小提琴上的弦。
弦理論中的宇宙弦(我們把弦論中的弦稱(chēng)作超弦,以免與普通的弦混淆)可以作某些模式的振動(dòng)。每種振動(dòng)模式都對(duì)應(yīng)有特殊的共振頻率和波長(zhǎng)。所有的基本粒子, 如電子、光子、中微子和夸克等等，都是宇宙弦的不同振動(dòng)模式或振動(dòng)激發(fā)態(tài)。
每條宇宙弦的典型尺度約為長(zhǎng)度的基本單位，即普朗克長(zhǎng)度（10E -33厘米）。弦實(shí)在是太細(xì)微了，從遠(yuǎn)處觀察，我們實(shí)在無(wú)法區(qū)分它究竟是弦的共振還是粒子。只有當(dāng)我們把粒子放大，我們才能看出那根本不是一個(gè)點(diǎn)狀粒子，而是一種振動(dòng)弦。

按照超弦理論，粒子并非是宇宙的基本元素，物理定律就相當(dāng)于琴弦的合音定律。弦論博大精深，可以解釋所有的自然基本定律。

簡(jiǎn)言之, 如果把宇宙看作是由宇宙弦組成的大海，那末基本粒子就像是水中的泡沫, 它們不斷在產(chǎn)生, 也不斷在湮滅。我們現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)世界, 其實(shí)是宇宙弦演奏的一曲壯麗的交響樂(lè) !

甚至包含生命復(fù)雜信息和編碼的去氧核糖核酸（DNA）分子，也是類(lèi)似弦的結(jié)構(gòu)。弦，是能夠儲(chǔ)存大量數(shù)據(jù)的最精簡(jiǎn)的方式之一。

超弦理論，以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的弦場(chǎng)理論，統(tǒng)合了所有的自然律和作用力，菲爾茲獎(jiǎng)?wù)拢ㄖZ貝爾獎(jiǎng)沒(méi)有設(shè)立數(shù)學(xué)獎(jiǎng)，菲爾茲是數(shù)學(xué)界的最高獎(jiǎng)項(xiàng)）獲得者維藤說(shuō)：“所有物理學(xué)上的偉大思想，都是超弦理論的副產(chǎn)品。”

超弦理論似乎包含了所有的物理學(xué)知識(shí)，極其廣博精深。許多科學(xué)家認(rèn)為，這是二十一世紀(jì)的物理學(xué)，意外落入二十世紀(jì)，但是人類(lèi)還沒(méi)有發(fā)明二十一世紀(jì)的數(shù)學(xué)，來(lái)精確描述它。

有一個(gè)重大秘密：我們只能在二十六維與十維中定義弦論，否則就無(wú)法用弦論整合已知的物理定律。解開(kāi)這個(gè)秘密的，是堪比當(dāng)年黎曼的另一位數(shù)學(xué)天才羅摩奴詹（Srinivasa Ramanujan）。

羅摩奴詹一八八七年出生于印度，少時(shí)坎坷，甚至沒(méi)有通過(guò)升高三的考試。二十六歲那年，他給著名數(shù)學(xué)家哈代寫(xiě)了一封信，信中包含了一百二十個(gè)定理。這位貧窮孤立的印度哥們，完全不知道歐洲數(shù)學(xué)界的任何研究資訊，純粹憑個(gè)人才智、按照自己的方法，重新推導(dǎo)出歐洲百年數(shù)學(xué)史的所有重要定律。

羅摩奴詹的研究成果包含了三冊(cè)四百多頁(yè)的筆記，其中包含了四千多個(gè)公式。后人在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了羅摩奴詹模函數(shù)（Ramanujan funcation），這是一個(gè)奇特的包含了高達(dá)二十四次乘冪的數(shù)學(xué)式。這些數(shù)學(xué)式證明：弦論只有在十維中才是自洽的。也就是說(shuō)，產(chǎn)生我們現(xiàn)存宇宙的那個(gè)高維度宇宙，它的維度數(shù)一定是十！（1994年開(kāi)始了弦論的第二次革命。此后誕生的“M理論”被認(rèn)為是最新的大一統(tǒng)理論模型，M理論認(rèn)為：歷史上五種不同的弦論在本質(zhì)上被證明是等價(jià)的，它們可以從11維時(shí)空的M理論導(dǎo)出。）

寫(xiě)到這兒，這一段物理詩(shī)史基本可以告一段落。從黎曼、愛(ài)因斯坦的重力場(chǎng)，到量子力學(xué)，到超重力論，到超弦理論，到M理論，人類(lèi)歷史上這些偉大的智慧頭腦，前赴后繼探尋宇宙的真理，已經(jīng)為我們描述了宇宙誕生的全過(guò)程，也就是開(kāi)始于10E－34秒的創(chuàng)世時(shí)間表。

讓我們一起看看，弦論以降，科學(xué)到底是怎樣解釋我們所存在的這個(gè)宇宙的：

一、宇宙的誕生

正如我們之前所介紹的那樣，創(chuàng)世的剎那，開(kāi)始于“大爆炸”Big Bang，自10E－34秒開(kāi)始，歷經(jīng)150億年形成我們今天的宇宙。

宇宙“大爆炸”的實(shí)驗(yàn)證據(jù)主要有以下四點(diǎn)：

1、經(jīng)由測(cè)量恒星光線的扭曲的現(xiàn)象，一再證實(shí)恒星正以高速遠(yuǎn)離我們而去，而且，離我們?cè)竭h(yuǎn)的恒星或星系，會(huì)以越高的速度遠(yuǎn)離我們而去；

2、“大爆炸”理論預(yù)測(cè)宇宙中氦與氫的比例應(yīng)該接近25% : 75%，實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與該預(yù)測(cè)高度吻合；

3、通過(guò)對(duì)放射性物質(zhì)衰變的測(cè)量，我們可以為地球上的巖石和隕石斷年，目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何物體可以追溯到“大爆炸”之前；

4、“大爆炸”產(chǎn)生了宇宙回音，這種微波輻射至今仍在宇宙回響，一九六五年，人類(lèi)偵測(cè)到了這個(gè)微波背景輻射（microwave backgroundradiation）。

二、宇宙的滅亡

我們先看看每顆恒星的生命歷程： 

恒星由大量氫氣聚合形成，氫元素融合形成氦，由于氫質(zhì)子的重量超過(guò)氦質(zhì)子的重量，因此氫聚合成氦時(shí)就會(huì)有多余的質(zhì)量，這些質(zhì)量依據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)－能公式 E＝mc2成為能量，這個(gè)能量將原子核束縛在一起，并將部分能量釋放出來(lái)，使太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱。

之后，經(jīng)過(guò)數(shù)十億年光陰，氫氣逐漸耗盡，核熔爐逐漸熄滅，重力成為優(yōu)勢(shì)作用力使恒星兩次塌陷，恒星溫度此時(shí)會(huì)急劇升高，成為“紅巨星”，再然后成為“白矮星”，“白矮星”爆炸成為“超新星”和“中子星”，“中子星由于重力繼續(xù)塌陷，最后成為“黑洞”。

在這一歷程中，恒星內(nèi)部的元素按照“結(jié)合能量曲線“依次變化。

恒星中的氫元素按照這個(gè)曲線一再融合成為更重元素之后便會(huì)到達(dá)鐵，而無(wú)法再制造出額外的能量，這時(shí)，恒星崩潰并釋放出大量熱量，超新星于焉誕生，這種劇烈爆炸將星體炸碎并將殘骸遍灑星際空間，成為孕育新恒星的種子。

在描述完恒星的生命周期后，我們?cè)倏纯窗瑹o(wú)數(shù)顆恒星并見(jiàn)證無(wú)數(shù)次恒星生滅的宇宙本身，它將何去何從？

根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，宇宙的結(jié)局無(wú)限悲泣。要么，就是不斷膨脹，直到溫度接近絕對(duì)零度；要么，就是大崩墜，收縮成一團(tuán)火球。如果宇宙是一個(gè)無(wú)限邊界的開(kāi)放宇宙，它就會(huì)被“冰”毀滅；如果宇宙是一個(gè)有邊界的封閉宇宙，它就會(huì)被火毀滅。

物理學(xué)家通過(guò)平均密度來(lái)判斷宇宙到底是不斷膨脹還是會(huì)逆轉(zhuǎn)走向大崩墜，如果宇宙平均密度小于10E－29 克/立方公分，宇宙就會(huì)不斷膨脹，否則，將會(huì)陷入大崩墜。

量子力學(xué)還描述了另外一種宇宙消亡的情景，那就是質(zhì)子和中子衰變。根據(jù)大一統(tǒng)理論，我們所知道的一切物質(zhì)，包括太陽(yáng)系和地球、也包括智慧生物身體內(nèi)的質(zhì)子和中子最終都會(huì)分解。

在了解了恒星乃至整個(gè)宇宙的生命歷程之后，必須要回答的問(wèn)題是：在這個(gè)剎那之前吶？是否有那個(gè)第一推動(dòng)力？或者說(shuō)，是否有那個(gè)點(diǎn)燃Big Bang的上帝存在吶？

數(shù)百年來(lái)，伴隨著科學(xué)發(fā)現(xiàn)的不斷積累，宗教界關(guān)于上帝存在的堅(jiān)持已經(jīng)退守到這樣一個(gè)境地，那就是說(shuō)：大霹靂之前到底發(fā)生了什么？牛頓生前并沒(méi)有能夠解答這個(gè)關(guān)于“第一推動(dòng)”的問(wèn)題，他把它歸功于“上帝之手”。

但事實(shí)上，以超弦理論為集大成者，今天的科學(xué)家群體，不僅給出了Big Bang創(chuàng)世之后的宇宙發(fā)展歷程（包括宇宙消亡的歷程），同時(shí)也給出了Big Bang之前的宇宙存在的假說(shuō)，那就是關(guān)于平行宇宙、黑洞、蟲(chóng)洞等相關(guān)理論。這些理論在解答了“第一推動(dòng)”這個(gè)疑問(wèn)的同時(shí)，再次撼動(dòng)了上帝存在的證明。

昔日尼采有言“上帝已死”，現(xiàn)在霍金在《大設(shè)計(jì)》第一頁(yè)上就宣稱(chēng)“哲學(xué)已死”，因?yàn)椤罢軐W(xué)跟不上科學(xué)，特別是物理學(xué)現(xiàn)代發(fā)展的步伐”。這是一個(gè)極為傲慢的“宣言”。他的意思是，世界本源是所有哲學(xué)流派的終極思考，而現(xiàn)在科學(xué)界已經(jīng)給出了世界本源和宇宙發(fā)展的全部解釋?zhuān)?，哲學(xué)的使命已經(jīng)終結(jié)了。

的確！“唯物”、“唯心”，甚至“客觀存在”，都已經(jīng)被量子理論、超弦理論徹底動(dòng)搖！

與此同時(shí)，上帝也被霍金“掃地出門(mén)”，他在《大設(shè)計(jì)》末尾宣稱(chēng)：因?yàn)榇嬖谙褚@樣的法則，所以宇宙能夠“無(wú)中生有”，自發(fā)生成可以解釋宇宙為什么存在，我們?yōu)槭裁创嬖?。所以“不必祈求上帝去點(diǎn)燃導(dǎo)火索使宇宙運(yùn)行”。也就是說(shuō)，上帝現(xiàn)在不再是必要的了。（請(qǐng)參看霍金《哲學(xué)已死》，朱清時(shí)《物理學(xué)步入禪境：緣起性空》）

黑洞是使霍金名滿(mǎn)天下的研究，在那之后，他創(chuàng)立了量子宇宙學(xué)（quantum cosmology），以愛(ài)因斯坦的古典宇宙學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，再將整個(gè)宇宙量子化，試圖完成那個(gè)前輩物理學(xué)家的未竟事業(yè)“統(tǒng)一場(chǎng)論”，統(tǒng)合小到夸克、大到銀河星際甚至整個(gè)宇宙的所有自然律。事實(shí)上，霍金的理論甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的宇宙！

他的新構(gòu)想是將整個(gè)宇宙看成一個(gè)量子粒子，用宇宙波函數(shù)來(lái)描述多重宇宙（不止一個(gè)，是無(wú)數(shù)個(gè)宇宙）的無(wú)窮集合。按照霍金的理論，我們的宇宙，只是無(wú)數(shù)的平行宇宙之一，每個(gè)宇宙都透過(guò)復(fù)雜的蟲(chóng)洞系統(tǒng)與其他宇宙相連結(jié)。

如果霍金說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)，世上就存在著無(wú)數(shù)的平行宇宙。其中很多宇宙具有不同的物理常數(shù)，大多數(shù)宇宙都是一片死寂，不具備孕育生命的物理定律。但是在某一個(gè)宇宙中，它的物理定律恰好符合生命的條件，這就是我們的宇宙。

如果這種理論屬實(shí)，我們就不必把生命的起源歸諸于上帝。

前文說(shuō)過(guò)，太陽(yáng)系乃至這個(gè)宇宙，終究難逃消亡的命運(yùn)。那么，智慧生物是否作為宇宙的一部分因而最終難逃滅亡的宿命吶？

我們的希望，就在十維宇宙和超弦理論！

按照超弦理論，我們的宇宙誕生于一個(gè)十維宇宙，由于這個(gè)十維宇宙的對(duì)程結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在“大爆炸”時(shí)分解為一個(gè)四維宇宙（我們現(xiàn)在的宇宙）和一個(gè)六維宇宙。四維急劇膨脹，歷經(jīng)150億年形成了我們今天的宇宙；而六維宇宙則急劇收縮成為一個(gè)10E－32公分的微小世界。

這個(gè)六維宇宙在哪里？它就在我們的周?chē)?！只是因?yàn)樗⑿∫灾劣跓o(wú)法觀測(cè)得到。假如，我們能夠觀測(cè)得話(huà)，它會(huì)是什么樣子吶？這是近幾十年內(nèi)大量數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家研究的課題。其中，以華裔科學(xué)家丘成桐命名的卡拉比－丘流形是比較得到認(rèn)可的一個(gè)答案。

上圖是一個(gè)六維卡拉比－丘流形的二維截面圖。也是說(shuō)，該圖相當(dāng)于是一個(gè)六維空間的“影子”。

接著說(shuō)，當(dāng)我們的四維宇宙崩潰時(shí)，與大爆炸那一刻相反，原本收縮的那個(gè)六維宇宙開(kāi)始慢慢展開(kāi)，智慧生物有機(jī)會(huì)在這一個(gè)瞬間，由四維宇宙逃入六維宇宙，獲得新生。

這一個(gè)過(guò)程，需要我們掌握更強(qiáng)大的力和能量，才能駕控宇宙，獲得新生。舉例說(shuō)：那時(shí)我們需要極高速的宇宙飛船，但根據(jù)狹義相對(duì)論我們知道我們永遠(yuǎn)不可能達(dá)到光速，那么我們?cè)趺纯缭絼?dòng)輒以光年計(jì)數(shù)的漫漫長(zhǎng)路吶？不違反愛(ài)因斯坦的自然律而又能夠?qū)崿F(xiàn)可能的時(shí)空跨越的方法，就是人為把時(shí)空彎曲。

打一個(gè)容易理解的比方，就好比在地毯的另一邊有一個(gè)瓶子，我們不需要走到地毯的那一邊去拿到它，我們可以坐在原地，把地毯逐漸拉向我們，通過(guò)使地毯逐漸卷曲，來(lái)拉近我們和瓶子的距離，以這樣的方法最終拿到瓶子。

這就是不需要跨越距離，但是卻可以從一點(diǎn)到達(dá)另一點(diǎn)的方法：彎曲時(shí)空。而彎曲時(shí)空所需要的能量，是我們現(xiàn)在所掌握能量的一千億倍。這就是統(tǒng)合自然力的目的所在。

前文說(shuō)到，量子力學(xué)還描述了另外一種宇宙消亡的情景，那就是質(zhì)子和中子衰變。根據(jù)大一統(tǒng)理論，我們所知道的一切物質(zhì)，包括太陽(yáng)系和地球、也包括智慧生物身體內(nèi)的質(zhì)子和中子最終都會(huì)分解。

那時(shí)，智慧生物就需要用新的質(zhì)子和中子合成新的原子核。這同樣需要巨大的能量，和彎曲時(shí)空所需要的數(shù)量級(jí)相當(dāng)。這也是統(tǒng)合自然力的意義所在。

我們贊美數(shù)百多年來(lái)科學(xué)進(jìn)步過(guò)程中的這些先驅(qū)，是他們智慧的心智，讓我們?nèi)祟?lèi)只憑借頭腦和一些工具，就可以計(jì)算出支配數(shù)十億光年外的物質(zhì)的定律，我們只有微不足道的能源，甚至還沒(méi)有離開(kāi)太陽(yáng)系，但我們已經(jīng)知道恒星深處的核子反應(yīng)或原子核內(nèi)的情況。

我們?cè)谶@個(gè)不起眼的小行星上發(fā)現(xiàn)的物理定律，卻適用于宇宙的各個(gè)角落，我們的思想能了解并控制星星的宇宙法則，我們體內(nèi)的原子原是某個(gè)恒星的核融合反應(yīng)的產(chǎn)物，我們的原子比山的年代還久遠(yuǎn)，我們是由宇宙塵造成的，這些原子又凝聚成能了解宇宙法則的智慧生物。

讓我們以霍金的一段話(huà)作為結(jié)語(yǔ)：

“如果我們真能發(fā)現(xiàn)一個(gè)完全的理論，如果我們能討論出答案，這將是人類(lèi)理智的最大成就－屆時(shí)我們就能知道上帝的想法了?！?/span>