我們對於天空的認識最重要的發展之一就是這樣一個現實：為了研究我們所知的最大尺度的事物——宇宙——我們不得不研究我們所知的最小的事物——構成物質的基本粒子。
近年來，奇怪而複雜的弦理論產生了“平行宇宙”的想法。如果實驗能夠驗證多維弦論，那麼我們最終會有一個完全不同的世界觀。就像哥白尼教給我們地球不是宇宙的中心，哈勃教給我們銀河系只是數十億星系中的一個，弦論學家告訴我們，我們的整個宇宙可能只是眾多宇宙中的一個。宇宙的整個集合稱為多重宇宙。
在過去的幾個世紀裡，物理學家已經越來越深入地研究物質的基本構成。下面是一個對我們研究的越來越小粒子的快速總結：
19世紀——我們發現物質由原子組成。
20世紀早期——我們發現原子有一個核。
20世紀中期——我們發現原子核由基本粒子構成。
20世紀後期——我們發現這些基本粒子由夸克構成。
今天——我們推測夸克由叫作“弦”的奇異東西構成。
物理學家史蒂芬·古布澤在他的《弦論小書》開篇說道：“弦論是一個謎。”這些理論的最基本觀點就是：夸克由叫作“弦”的極小實體構成。顧名思義，你可以把它們想象成小提琴或吉他的弦，而不同的夸克對應不同的琴絃的振動模式。有許多弦論的不同版本，但是為了我們的研究目的，我們可以專注於使之尤其有趣的一對特性：
●它們結合了引力和其他基本力，因此可以描述大爆炸的最早階段。
●它們在數學上很複雜，通常涉及10或11個維度的弦振動。
多維空間
我們的日常世界有四個維度——三個空間維度和一個時間維度。空間維度是前後、上下和左右。我們不習慣用這樣的方式去思考時間，但“之前和之後”是我們熟悉的概念。
多重宇宙
當物理學家開始發展弦論時，他們發現能讓計算避免發散到無窮的唯一途徑就是去增加維度。（在物理學的術語中，我們說這個理論只能在多維世界中“可重整標準化”。）所以，如果理論只有在10或11維度才有意義，而對於生活在四維世界中的我們來說，要做什麼呢？
多維空間
一個簡單的比喻說明弦論者可以繞過這個問題。想想躺在草坪上的花園軟管，如果你看遠處的軟管，它是一條線。如果你想沿著軟管移動，你只有兩種選擇——向前和向後。這意味著，從遠處看，軟管是一維物體。然而，如果你接近軟管，你看到它實際上有三個維度——它也有著左右和上下。同樣的道理，弦論者堅信，弦在我們從遠處觀察時創造了一個四維世界，只有我們接近時，其他的維度才會明顯起來，而這卻是我們目前的技術不能做到的事情。物理學家稱這些額外的維度為“緊緻化”。
引力
引力圖
然而，上面提到的第一個特點——引力和其他力量的統一——這也是科學家最感興趣的。弦論似乎能夠解決我們分裂長達一個世紀的自然觀。20世紀早期見證了兩大科學革命。一個是愛因斯坦的相對論，現在仍然是對引力的最好描述；另一個是量子力學，它是對亞原子世界的最好描述。問題是，這兩種理論對力的看法截然不同。在相對論中，引力產生於質量導致的時空扭曲。換句話說，引力是幾何學改變的結果。另一方面，在量子力學中，力產生於粒子的交換——一個本質上是動態的途徑。目前，強相互作用、電磁相互作用和弱相互作用都是用這種方式描述的，而引力是用幾何學來解釋的。幾十年來，調和這兩種觀點的矛盾已經成為理論物理學上的突出問題。
弦論解決了這個長期存在的困境。在某些理論中，引力是叫作“引力子”（尚未被發現）這種微粒交換的結果。因此，引力與其他三種力沒有根本上的不同。事實上，我們可以想象不同年齡不同的科學家回答“我為什麼不從我坐的椅子上浮起來呢？”這一問題的方式。
艾薩克·牛頓：“因為地球和你產生了引力。”
阿爾伯特·愛因斯坦：“因為地球的質量在其表面扭曲了時空網格。”
弦論者：“因為有大量的引力子正在你與地球之間交換。”
這些解釋並不矛盾，而是可以作為補充。把弦論應用到大質量物體上，你就可以得到相對論的結果；把相對論應用到一般的物體上，你就可以回到牛頓的結果。成熟的科學並不是靠一個理論代替另一個理論來發展的，而是將舊的理論融入新理論當中。
膜
離子膜
弦論較新的版本涉及一種叫“膜”（來自於“薄膜”）的物質，你可以把它看作是飄蕩在多維空間中的紙（想象一下，在垂直長度的方向移動一個弦，它走過的路徑會形成一張紙）。物理學家還討論到了弦的最終理論版本，稱之為“M理論”，標誌著我們對物質基本結構認知追求的結束。M理論到目前並沒有被寫下來，儘管有很多聰明的人試著去完成這個任務。更奇怪的是，鑑於其潛在的重要性，似乎沒有人知道M代表什麼（我自己的猜想是“Membrane（薄膜）”）。
寫罷對現代理論前沿的快速介紹，我不得不說在物理學界對它們是否是“科學”存在嚴肅的爭論。數學描述的困難阻礙了弦論者做出可被實驗檢驗的預測。懷疑論者認為，因為無從實現傳統上科學研究所要求的理論和實驗的互相印證，弦論只是一種數學。辯護者反駁稱，這些理論的許多一般特性的真偽還是可以被實驗檢驗，比如它預測了存在一種還未被發現的超對稱粒子。隨著理論和實驗能力的提高，想必這場辯論將得到解決。
粒子
結語
無論如何，弦論給了我們一種跨越最終鴻溝的可能性，就是那橫亙在我們熟知的大爆炸歷史和籠罩在團團迷霧中的引力統一問題之間的鴻溝。它允許我們直面終極問題：所有的一切是怎麼開始的？正如我們即將在下一節看到的，這些理論開闢了一些幾近神學的迷人可能性。（未完待續）
| 參考資料：弦論和宇宙 太空全書
