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第七部分 邁向已知世界之外的第一步 第5章一個關於弦的理論

你的機器人同伴現在呈現出一個剪影,身後是奇怪的藍色電光薄霧,看上去就像是它內部的電子被激發,從它體內的電路板中向外擴散。你們倆現在一起漂浮在外太空裡,周圍是遙遠的星系,就在那個你從完全消失的命運中逃脫的黑洞邊上。

你已經看到了所能看到的一切。

你曾經乘坐過飛得非常快的飛機。

你見過量子場的真空波動並熟悉了物質與光。

你還看見恆星爆炸產生新的世界,以及白矮星和黑洞的形成,隨後你還看到了黑洞的蒸發,暗示著一種尚未被我們知曉的量子引力理論的存在。

「現在讓我們探索更遠的地方。」機器人說道。

話音未落,你倆同時開始變小。你看到微粒們從身邊飛過。光射過你的身體。你看到所有已知場的真空正發生著波動起伏,而你還在繼續變小。你正處於大統一尺度,在這裡所有三種量子場被認為以相同的方式行事。你還在變小,已經遠遠小過了那個曾經縮微版的你的大小。你需要把自己周圍的物件放大一千億億億倍才能得到大概人類一根頭髮絲的寬度。在這裡,一開始你什麼都看不見。然後,你看見了。

在你面前,有些什麼東西。一根弦。一根並不由任何東西形成的弦,構成它的甚至不是時間或空間。當你看著它時,你甚至有一種感覺,覺得在你目光下扭動的這個東西似乎取代了時間與空間這兩個概念。

你還沒有到達普朗克尺度,你也到不了。在你現在所進入的理論世界裡,與你可能的想法相反,那個你曾經確信存在的普朗克尺度根本不存在。但這並不意味著你前面所看到的東西都是錯的。它表示的是,在這裡,你所熟悉並使用的概念都不再可靠,除了量子理論;但量子理論在這裡被用於弦上,而非粒子上。

那個在你眼前扭動的東西或許就是宇宙中最基本的元素。它是量子弦。

有了它的存在,你或許能夠解釋你之前看到的一切現象,包括引力。包括你所在的整個宇宙的存在。

那個量子弦就在你的眼前,正在振動。量子化的。你無法真正確認它的邊緣,但你知道它們的存在,雖然所有關於這個弦的一切都以非常非常快的速度運動著。

它很美,以一種輕快的能量振動著,你感到自己被它吸引。難以抑制地,你伸出手去,撿起了它,就像它就是一根吉他弦。

雖然這根弦並不由任何東西構成,但你看到其中包含著許多種振動,互相堆積疊加,就像樂器上的和弦。在真正的吉他上,最粗的那根弦給出了基調,其他的弦給出了更高的泛音或和弦。當你在這裡看著弦時,它就像是一根吉他弦的模糊影像……但又不是吉他弦本身。這是一根沒有任何實體的弦,或者如果你願意的話,可以稱它為量子弦,卻又能夠振動。記得當「量子」一詞出現在一個普通名詞之前,它所暗示的就是這個普通名詞所表示的東西在「量子」之後已經面目全非。在這裡,「量子弦」也已經完全不是普通的弦了。弦的振動產生的不是聲音,而是光。一顆光子。電磁作用力的攜帶者。

你前面見過的所有量子粒子,那些構成你身體和宇宙中所有物質的粒子,都能用這些弦的振動來表示……

這時,你右邊有些東西引起了你的注意,你轉過自己那比微小還要微小的腦袋,看到了另一根弦,一根與原先那根不一樣的弦。這次的弦不再像一根吉他弦,而是一個閉合的環。它也在振動。也是量子化的。但它的基本振動所對應的不是光子,而是引力子,引力的攜帶者。它就是量子化的引力。這個環,閉合的弦,告訴你正在引力的量子理論裡穿行。將它置於任何地方,它的振動都會產生與引力完全相同的效應。弄亂了量子引力理論的無窮大不見了。永遠消失了。因為你擺脫了事件的時間與空間的概念。在一個光滑連續的時空概念中,考慮點狀的微粒們,你很容易就會聯想到某個具體的時空點讓它們碰撞。在量子場理論中,雖然它本質上相當怪異,但在考慮粒子們相互作用時,依然會說發生在時空上的某個特殊位置。而在弦理論中,就不再如此。在弦理論中,粒子就是弦的振動。弦的振動就是粒子。在它們整個長度與時間中,它們是散發開的。當它們互相作用時,並不發生在某個特定的地點或特定的時間。相互作用發生在整個弦上。這樣你就移除了你先前碰到的那許多無窮大。

這個環,這根閉合的弦,含著引力,它就是引力。因為你又有了能釋放光子的開放的弦,這兩種弦就統一了引力與電磁力……於是量子弦不只是一種量子引力理論。量子引力理論「僅僅」是解決引力問題,以量子的方式。它可不管別的什麼量子場。但你在這裡看到的量子弦卻不同。

那麼其他的場會怎樣呢?

這裡弦能夠成為統一一切的理論嗎?將引力和所有我們知道的量子場整合在一起?

為此,它們還得對物質作出解釋。

物質在哪裡?你沒有看到任何物質。為什麼這些弦如此特殊?它們存在的詭異之處何在?為什麼理論家對弦如此著迷?

你完全有理由這麼想。雖然借助你所看到的那兩根弦(一根閉合,一根開放),你已經能夠解釋很多現象,但很多並不是全部。「我們繼續前進吧。」機器人說道,於是你倆又進一步收縮。

與你相比,那根開放的弦現在已經變得巨大無比,你仔細看著它,發現與你看到它的第一眼相比,又有了更多細節。你接下來所要做的,沒有一個由物質構成的人類能夠做到,但現在,你能夠做到。記住這一點:要想超越已知領域,就意味著總有一些東西需要被放棄。在這裡,你需要放棄的是你所在宇宙的特殊性,也就是你或許認為你所在宇宙獨一無二的這種想法。但還不止這些。

從牛頓到愛因斯坦,你放棄了宇宙是靜態的和一成不變的,以及引力是一種作用力的想法,你不得不引進時空這一概念,三維空間與一維時間交織在一起,成為四維的時空這一單一概念,而且時空自身還在質量與能量周圍變形。從牛頓到量子物理學,你不得不放棄粒子是一個固定的點,你必須引入波、場、不確定性以及不同歷史這些概念。現在,從引力理論、量子場理論到弦理論,你必須將所有一切基本概念轉化成由閉合的或開放的弦所構成的理論。

如果只是這樣就簡單了,可惜並不止這些。你在這裡不得不放棄的是現實只有四維的觀念。弦無法存在於一個只有四維的時空之中。它們需要更多空間。它們生活在一個十維宇宙中。

當你隨著機器人向弦靠近時,你開始看到在你所認為的被包含在我們宇宙中的每一點,還有另外六個全新的空間維度,每個都含著它們自己的世界。就是從這些微小的額外維度中,產生了構成我們自身的各種物質。

如果我們世界的四維已經讓你難以想像,更不要說十維了。不過不用擔心。你只要知道它們從我們所熟悉的三維世界的上下、左右和前後的三個方向之外還向著不同的方向延伸就行了。它們過於微小,所以在真實生活中你無法感覺到它們的存在,也無法沿著這些新的方向移動。但現在機器人與你已經縮得足夠小,所以你們可以。

它們看起來是怎樣的?

這個問題無法回答。它們有那麼多!有那麼多可能性來綜合多餘的維度以構成一根弦……有那麼多方式來將多餘的維度包裹弦自身,每一種不同的包裹都產生一種不同的現實……理論物理學家們甚至猜測到底有多少種可能,他們得到的數字是大約:100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000種不同的可能性。每種可能性都有對應於一種宇宙的可能,雖然那種宇宙未必會與我們的宇宙相似。

非常非常多的可能性。一個「1」後面跟著五百個零的數字。而你與我出生於其中的那一個宇宙或許只是這麼多可能宇宙中的一個,或者是其中許多箇中的一個。現在還沒有人知道。甚至有可能所有這些可能的宇宙在某個階段都的確存在,就在你不久前剛瞭解到的因永久暴脹而產生的那些泡泡宇宙之中。但在這麼多可能的宇宙中,只有少數幾個所遵循的自然規則與你所熟悉的我們宇宙的規則相同。你能夠成為你自己,作為人類存在,這個宇宙必須選中一組特殊維度的組合,否則它的自然規則將無法允許我們存在。這種選擇是如何發生的?依然沒有人知道,只知道這種選擇必然已經發生,否則你就不會存在此處,存在我們的宇宙之中。這種選擇的論點被稱為人擇原理。它闡述的是在那些難以想像之多的可能存在的宇宙之中,我們只需要考慮與我們人類存在相容的那些,因為只有那些宇宙的存在才確保了我們人類的存在,讓我們能夠談論這些宇宙,否則從人類的角度而言,一切都無從談起。這是一個好主意。而且更好的是,並非所有的維度都必然微小,這些額外維度中的一個或幾個可能很大。

「跟我來。」機器人說道,用它的粒子發射管示意你跟上,「我們或許永遠都不會再看到這些。」

最最不可思議的事發生了。

從一開始,你就被告知自己無法從宇宙之外來看我們所在的宇宙。那種所謂對於宇宙邊緣、邊界之類的討論沒有意義。根據定義,宇宙就是一切存在,討論從上面或下面觀察宇宙是什麼樣子是完全沒有意義的。但是現在,你的機器人將你帶到了宇宙之外。現在看起來,它的邊緣的確存在。但它們並不存在於你的感官通常能夠感知的那些維度之中。

你已在宇宙之外。

你看見了一切。

你的整個宇宙。

從另一個維度上。你還看到了那些開放的弦,那些像鞋帶似的弦,它們的振動產生了光,現在它們正以許多不同的方式振動著,振動的方式取決於被隱藏的維度所伸展的不同方向。你還看到這些開放的弦的一端都連在你的宇宙上,那個你剛剛離開的宇宙,而那些閉合的弦,那些環,以引力方式振動的弦,則能夠自由出入你的宇宙,從宇宙中離開……

這時候你感覺到身後有些什麼事情發生,你轉過身去,倒吸一口氣。

那裡有著另外一個宇宙。

那個宇宙與你的,我們的,那個你剛離開的宇宙平行。你還看見那些環狀的弦從一個宇宙移動到另一個宇宙,顯然兩者之間可以通過引力存在交流。這是第四種平行宇宙,四種類型裡最令人印象深刻的一種。這種宇宙被稱為「膜」,與薄膜相似但並不僅僅是薄薄的一層,也並不只是二維實體。

你所看到的就是這樣一個膜,另一個宇宙,但或許還有很多。它們也可能有不同的維度。當研究它們的數學物理學家們改變這些宇宙之間的相互作用時,它們之間還能互相轉換,就像弦本身一樣變化。它們既可以是各自獨立的實體,又能被看成同一現實的不同表現,就像是從不同視角看到的同一個現實。而所有這一切又可能是另一個更大現實的一個表象,雖然我們不知道這個「現實」表示的到底是什麼意思。出色的阿根廷理論物理學家胡安·馬爾達西那(Juan Maldacena)和他領導下的一些科學家們甚至還顯示所有這一切都能夠不依靠引力而被解釋,在他的理論裡,每一個宇宙都能通過描述它在某處邊界上的行為而得到表述……你在宇宙之外,真相正向你展現。

周圍還有其他許多東西,到處都是,各自有著不同的維度。有些宇宙的維度非常微小,那裡的弦們包裹著自身,蜷縮其間,這些弦的振動所產生的光與物質無法離開它們所在的膜,它們的宇宙,你的宇宙。它們的末端可以在你生活的維度中自由移動,但卻無法離開。

從你所在的地方,你看著那些閉合的環狀弦從一個膜移到另一個膜,你意識到一些能量或許能夠離開你所在的宇宙。你甚至能夠看到你覺得是黑洞的東西通過扭曲變形的時空管道將兩個鄰近的膜連在一起,兩個宇宙的引力將它們互相吸引在一起,你突然懷疑,是不是有可能,在另外的膜中,有可能也有人類生活……黑洞會不會就是連接你們兩個世界的通道?那個你尚未到達的奇點是不是通向另一個現實?我們的膜,我們的時空的誕生,是不是可能與在此之前存在的其他膜之間的碰撞有關?暗物質和暗能量的源頭是不是也在這個場景之中?

你再次將目光轉向你剛離開的宇宙,突然之間,感覺就像時間的流逝發生了變化,你看到了新的暴脹所產生的泡泡充滿了你的那個宇宙,在你的那個膜中到處出現,在曾經是你的世界中擴散,就如同一滴油滴到了池塘的表面。

「我們應該回去了!」你大聲叫道。

但只有你自己。

機器人早已消失不見。

你滑入離你最近的膜,希望它就是你剛才離開的那個。

你開始變大。

其他膜又變得無法看見了,那些或許構成了我們現實的弦們從遠處消失。

夸克與膠子現在圍繞在你身邊,接下來是質子和電子,原子。分子。塵埃。沙粒。海洋。

你睜開眼睛。

自己依然躺在你那小島的沙灘上。

那個你開始自己奇妙旅程的起點。

星星們還在頭上閃爍。

溫柔的海風給你送來陣陣奇異的花香。

你的朋友們圍繞在你身邊。

他們微笑著。

「他醒過來了!」有人說道,「給他倒杯酒!」

你坐了起來,疑惑不解。

酒送到你的手邊。

你擰了自己一下,感覺到疼痛。

你喝了口酒。

你看著海洋、樹木和星辰。

形狀。

夜空中似乎出現了各種形狀。一些人的臉。

牛頓、麥克斯韋爾、愛因斯坦、普朗克、薛定諤、狄拉克、費曼、霍金、霍夫特、溫伯格、馬爾達西那、威滕。

還有不計其數的其他人的臉。

他們都在微笑著,看著你。

你想與他們交談,但他們卻轉過頭去,注視著浩瀚宇宙。

然後他們突然消失,變成星辰。

然後星星們也消失了,海洋也隨之不見。

你眨了眨眼。

你又回到家中,躺在自己的沙發上。

你的窗戶正打開著。

你坐了起來,環顧四周。

你的咖啡還在那裡,在桌上。

你再次擰了自己一下,依然感到疼痛。

你喝了口咖啡,想讓自己清醒過來。

你的咖啡與你房間的溫度已經達到了平衡。

你將口裡的咖啡吐出。

「我……我很好。」你大聲說著,但還是伸手抓過電話打給你的姨媽,只是想確認一下。

然後,你又眨了眨眼睛。