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欢所谓的弦理论。在这些理论中，基本的对象不再是只占空间单独的点的粒子，而是只
有长度而没有其他线度、像是一根无限细的弦这样的东西。这些弦可以有端点（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10。1和图10。2）。在每一
时刻每一个粒子占据空间的一点。这样，它的历史可以在空间一时间用一根线代表（
“世界线”）。另一方面，在每一时刻一根弦占据空间的一根线。所以它在空间—时间
里的历史是一个叫做世界片的二维面（在这世界片上的任一点都可用两个数来描述：一
个指明时间，另一个指明这一点在弦上的位置。）一根开弦的世界片是一带子，它的边
缘代表弦的端点通过空间—时间的路径（图10。1）；一根闭弦的世界片是一个圆柱或一
个管（图10。2）；一个管的截面是一个圈，它代表在一特定时刻的弦的位置。
图10。1图10。2
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10。3）；在闭弦的情形下，像是两条裤腿合并成一条裤子（图10。4）。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
绘成在弦里传播的波动，如同振动着的风筝的弦上的波动。一个粒子从另一个粒子发射
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10。5）。在
弦理论中，这个过程相应于一个H形状的管（图10。6）（弦理论有点像管道工程）。H的
两个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。
图10。3
图10。4
图10。5图10。6
弦理论有一个古怪的历史。它原先是60年代后期发明来试图找出一个描述强作用的
理论。其方法是，诸如质子和中子这样的粒子可被认为是一根弦上的波动。这些粒子之
间的强作用力对应于连接于其他一些弦之间的弦的片段——正如蜘蛛网一样。这弦必须
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，但是只不过其张力要大得多，大约是1千万亿亿亿亿吨（1后面
跟39个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，
比十亿亿亿亿分之一厘米（1厘米被1后面跟33个0除）更小时，它们就不一样了。然而，
他们的工作并没有引起很大的注意，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，在周围没人给他注射胰岛素时昏迷死去）。这样一来，施瓦
兹几乎成为弦理论的唯一支持者，只不过现在设想的弦张力要大得多而已。
1984年，因为两个明显的原因，人们对弦理论的兴趣突然复活。一个原因是，在证
明超引力是有限的，以及解释我们观察到的粒子的种类方面，人们未能真正取得进展。
另一个原因是，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，正如我们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，这种
形式似乎能够解释我们观测到的粒子类型。
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
（虽然这一点还没被确认）。然而，弦理论有更大的问题：似乎只有当空间—时间是十
维或二十六维，而不是通常的四维时它们才是协调的！当然，额外的空间—时间维数是
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，由于要花这么长的时间，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，人们可以通过更高的维数抄近路。这一点可用以下方法
描述。想像我们生活的空间只有二维，并且弯曲成像一个锚圈或环的表面（图10。7）。
如果你是处在这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里旅行，则可以直穿过去。
图10。7
如果这些额外的维数确实存在，为什么我们没有觉察到它们呢？为何我们只看到三
维空间和一维时间呢？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
一百万亿亿亿分之一的空间，人们根本无从觉察这么小的尺度。我们只能看到一个时间
和三个空间的维数，这儿空间—时间是相当平坦的。这正如一个桔子的表面：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。对于空间—时间亦是如此。因此在非常小的尺度下，空间—时间是十维的，
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。如果这个图像
是正确的，对于自愿的空间旅行者来讲是个坏消息，额外附加的维实在是太小了，以至
于不能允许空间飞船通过。然而，它引起了另一个重要问题：为何是一些而不是所有的
维数被卷曲成一个小球？也许在宇宙的极早期所有的维都曾经非常弯曲过。为何一维时
间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个答案。二维空间似乎不足以允许像我们这样复杂生命的发展。
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；因为如果有一个穿通全身的通道，它就将这生物分割成两个分开的部分，
我们的二维动物就解体了（图10。8）。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。
图10。8
多于三维的空间维数也有问题。两个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这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。我们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，
而存在于一个稳定的状态，它若不被分解就会坍缩形成黑洞。在任一情况下，作为地球
上生命的热和光的来源来说，它没有多大用处。在小尺度下，原子里使电子绕着原子核
运动的电力行为正和引力一样，这样电子或者从原子逃逸出去，或者以螺旋的轨道落到
原子核上去。在任一情形下，都不存在我们所知道的原子。
看来很清楚，至少如我们所知，生命只能存在于一维时间和三维空间没被卷曲得很
小的空间—时间区域里。这表明，只要人们可以证明弦理论至少允许存在宇宙的这样的
区域——似乎弦理论确实能做到这一点，则我们可以用弱人择原理。同样，也会存在宇
宙的其他区域或其他宇宙（不管那是什么含意），那里所有的维都被卷曲得很小，或者
多于四维几乎是平坦的。但在这样的区域里，不会有智慧生物去观察这有效维数的不同
数目。
弦理论被欢呼为物理学的终极统一理论之前，除了空间—时间呈现出来的维的数目
这一问题外，还有几个其他问题必须解决。我们还不能确定，是否所有的无穷大会被对
消去，或如何准确地将弦的波动和我们所观测到的粒子的特殊类型相关联。尽管如此，
很可能在几年的时间里，这些问题的答案就能找到了，并且到了本世纪末，我们将知道
弦理论是否确实是长期梦寐以求的物理学的统一理论。
但是，确实存在这样的一个统一理论吗？或者我们也许仅仅是在追求海市屋楼。看
来存在三种可能性