第27章
相当类似地，在其他部分理论中也发生颇似荒谬的无限大，然而，所有這些情形下的无限大都可用称之为重正化的過程消除掉。這牵涉到引入其他的无限大去消除這些无限大。虽然在数学上這個技巧相当令人怀疑，而在实际上似乎确实行得通，并用来和這些理论一起作出预言，這预言极其精确地和观测相一致。然而，从企图找到一個完全理论的观点看，由于重正化意味着质量和力的强度的实际值不能从理论中得到预言，必须被選擇以去适合观测，因此重正化有一严重的缺陷。
试图将不确定性原理合并到广义相对论时，人们只有两個可以调整的量：引力强度和宇宙常数的值。但是调整它们不足以消除所有的无穷大。所以人们得到一個理论，它似乎预言了诸如空间一時間的曲率的某些量真的是无穷大，但是观察和测量表明它们地地道道是有限的！奇书人们对于合并广义相对论和不确定性原理的問題怀疑了许久，直到1972年才为仔细的计算所最后确证。4年之后，人们提出了一种叫做“超引力”的可能的解答。它的思想是将携带引力的自旋为2称为引力子的粒子和某些其他具有自旋为3/2、1、1/2和0的新粒子结合在一起。在某种意义上，所有這些粒子可认为是同一“超粒子”的不同侧面。這样就将自旋为1/2和3/2的物质粒子和自旋为0、1和2的携带力的粒子统一起来了。自旋1/2和3/2的虚的粒子反粒子对具有负能量，因此抵消了自旋为2、1和0的虚的粒子对的正能量。這就使得许多可能的无限大被抵消掉。但是人们怀疑，某些无穷大仍然存在。然而，人们需要找出是否還留下未被抵消的无穷大，這计算是如此之冗长和困难，以至于沒有人会准备着手去进行。即使使用一個计算机，预料至少要用4年功夫，而且犯至少一個或更多错误的机会是非常高的。這样，只有其他人重复计算，并得到同样的答案，人们才能判断已取得了正确的答案，但這似乎是不太可能的！
尽管存在這些問題，尽管超引力理论中的粒子似乎不与观察到的粒子相符合的這一事实，大部分科学家仍然相信，超引力可能是对于物理学统一問題的正确答案。看来它是将引力和其他力相统一起来的最好办法。然而1984年，人们的看法显著地改变为更喜歡所谓的弦理论。在這些理论中，基本的对象不再是只占空间单独的点的粒子，而是只有长度而沒有其他线度、像是一根无限细的弦這样的东西。這些弦可以有端点（所谓的开弦），或它们可以自身首尾相接成闭合的圈子（闭弦）（图和图）。在每一时刻每一個粒子占据空间的一点。這样，它的歷史可以在空间一時間用一根线代表（“世界线”）。另一方面，在每一时刻一根弦占据空间的一根线。所以它在时空裡的歷史是一個叫做世界片的二维面（在這世界片上的任一点都可用两個数来描述：一個指明時間，另一個指明這一点在弦上的位置。）一根开弦的世界片是一带子，它的边缘代表弦的端点通過时空的路径（图）；一根闭弦的世界片是一個圆柱或一個管（图）；一個管的截面是一個圈，它代表在一特定时刻的弦的位置。
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两根弦可以连接在一起，形成一根单独的弦。在开弦的情形下只要将它们端点连在一起即可（图）；在闭弦的情形下，像是两條裤腿合并成一條裤子（图）。类似地，一根单独的弦可以分成两根弦。在弦理论中，原先以为是粒子的东西，现在被描绘成在弦裡传播的波动，如同振动着的风筝的弦上的波动。一個粒子从另一個粒子发射出来或者被吸收，对应于弦的分解和合并。例如，太阳作用到地球上的引力，在粒子理论中被描述成由太阳上的粒子发射出并被地球上的粒子所吸收的引力子（图）。在弦理论中，這個過程相应于一個h形状的管（图）（弦理论有点像管道工程）。h的两個垂直的边对应于太阳和地球上的粒子，而水平的横杠对应于在它们之间传递的引力子。
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弦理论有一個古怪的歷史。它原先是60年代后期发明来试图找出一個描述强作用的理论。其方法是，诸如质子和中子這样的粒子可被认为是一根弦上的波动。這些粒子之间的强作用力对应于连接于其他一些弦之间的弦的片段——正如蜘蛛網一样。這弦必须像具有大约10吨拉力的橡皮带，才能使理论给出粒子之间强作用力的观察值。
1974年，巴黎的朱勒·谢尔克和加州理工学院的约翰·施瓦兹发表了一篇论文，指出弦理论可以描述引力，但是只不過其张力要大得多，大约是1000万亿亿亿亿吨（1后面跟39個0）。在通常尺度下，弦理论和广义相对论的预言是相同的，但在非常小的尺度下，比10亿亿亿亿分之一厘米（1厘米被1后面跟33個0除）更小时，它们就不一样了。然而，他们的工作并沒有引起很大的注意，因为大约正是那时候。大多数人抛弃了原先的强作用力的弦理论，而倾心于夸克和胶子的理论，后者似乎和观测符合得好得多。谢尔克死得很惨（他受糖尿病折磨，在周围沒人给他注射胰岛素时昏迷死去）。這样一来，施瓦兹几乎成为弦理论的唯一支持者，只不過现在设想的弦张力要大得多而已。
1984年，因为两個明显的原因，人们对弦理论的兴趣突然复活。一個原因是，在证明超引力是有限的，以及解释我們观察到的粒子的种类方面，人们未能真正取得进展。另一個原因是，约翰·施瓦兹和伦敦玛丽皇后学院的麦克·格林发表的一篇论文指出，弦理论可以解释内禀的左旋性的粒子存在，正如我們观察到的一些粒子那样。不管是什么原因，大量的人很快开始作弦理论的研究，而且发展了称之为异形弦的新形式，這种形式似乎能够解释我們观测到的粒子类型。www奇qisuu書com網
弦理论也导致无穷大，但是人们认为，它们在一种类似异形弦的变体中会被消除掉（虽然這一点還沒被確認）。然而，弦理论有更大的問題：似乎只有当时空是十维或二十六维，而不是通常的四维时它们才是协调的！当然，额外的时空维数是科学幻想的老生常谈；的确，它们几乎是必不可少的，因为否则相对论对人们不能旅行得比光更快的限制意味着，由于要花這么长的時間，以至于在恒星和星系之间的旅行成为不可能。科学幻想的办法是，人们可以通過更高的维数抄近路。這一点可用以下方法描述。想像我們生活的空间只有二维，并且弯曲成像一個锚圈或环的表面（图）。如果你是处在這圈的内侧的一边而要到另一边去，你必须沿着圈的内边缘走一圈。然而，你如果允许在第三维空间裡旅行，则可以直穿過去。
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如果這些额外的维数确实存在，为什么我們沒有觉察到它们呢？为何我們只看到三维空间和一维時間呢？一般认为，其他的维数被弯卷到非常小的尺度——大约为1英寸的100万亿亿亿分之一的空间，人们根本无从觉察這么小的尺度。我們只能看到一個時間和三個空间的维数，這儿时空是相当平坦的。這正如一個桔子的表面：如果你靠非常近去看，它是坑坑洼洼的并有皱纹；但若离开一定的距离，你就看不见高低起伏而显得很光滑。对于时空亦是如此。因此在非常小的尺度下，时空是十维的，并且是高度弯曲的；但在更大的尺度下，你看不见曲率或者额外的维数。如果這個图像是正确的，对于自愿的空间旅行者来讲是個坏消息，额外附加的维实在是太小了，以至于不能允许空间飞船通過。然而，它引起了另一個重要問題：为何是一些而不是所有的维数被卷曲成一個小球？也许在宇宙的极早期所有的维都曾经非常弯曲過。为何一维時間和三维空间摊平开来，而其他的维仍然紧紧地卷曲着？
人择原理可能提供一個答案。二维空间似乎不足以允许像我們這样复杂生命的发展。例如，如果二维动物吃东西时不能将之完全消化，则它必须将其残渣从吞下食物的同样通道吐出来；因为如果有一個穿通全身的通道，它就将這生物分割成两個分开的部分，我們的二维动物就解体了（图）。类似的，在二维动物身上实现任何血液循环都是非常困难的。
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多于三维的空间维数也有問題。两個物体之间的引力将随距离衰减得比在三维空间中更快。（在三维空间内，如果距离加倍则引力减少到1/4。在四维空间减少到1/8，五维空间1/16，等等。）其意义在于使像地球這样绕着太阳的行星的轨道变得不稳定，地球偏离圆周轨道的最小微扰（例如由于其他行星的引力吸引）都会引起它以螺旋线的轨道向外离开或向内落到太阳上去。我們就会被冻死或者被烧死。事实上，在维数多于三维的空间中，引力随距离变化的同样行为意味着，太阳不可能由于压力和引力相平衡，而存在于一個稳定的状态，它若不被分解就会坍缩形成黑洞。
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