卷缩成极小维度的大量方式又是怎么回事呢?在M理论中那些额外的空间维度不能以任意方式卷缩。该理论的数学限制内空间维度能被卷缩的方式。内空间的准确形状既确定物理常数的值,比如电子的荷,又确定基本粒子之间的相互作用。换言之,它确定自然的表观定律。我们说“表观”是因为我们说的定律是指在我们的宇宙中观测到的——四种力的定律,以及诸如那些表征基本粒子的质量和电荷的参数。但是更基本的定律是M理论中的那些定律。
因此,M理论的定律允许拥有不同表观定律的不同宇宙,依内空间如何卷缩而定。M理论具有允许不同内空间,也许多达10的500次方的解,这意味它允许10的500次方的不同宇宙,各自具有自己的定律。为了得到那有多少的印象,这么考虑:如果某种生物只在一毫秒就能分析为那些宇宙中的每一个预言的定律,并且从大爆炸就开始进行,至今那个生物才研究了其中的10的20次方个。而且那是连在喝咖啡的时间都不休息。
几个世纪之前,牛顿证明,数学方程能对物体相互作用给出令人惊讶的准确描述,无论是在地球还是在天穹。科学家们由此相信,如果我们知道正确的理论并拥有足够的计算能力,便能预见整个宇宙。后来出现了量子不确定性,弯曲空间,夸克,弦,以及额外维,而他们工作的最后结果是10的500次方个宇宙,各拥有不同定律,其中只有一个对应于正如我们所知道的宇宙。物理学家原先希望创造一个单独的理论,把我们宇宙的表观定律解释成一些简单假设的唯一可能的结果,这种希望也许必须被抛弃。那我们该怎么办?如果M理论允许10的500次方族的表观定律,那我们为何落到这个宇宙,并拥有我们可见到的定律?其它那些可能的世界又是怎样的呢?<!--PAGE 5-->
你也许会以为检查超对称的成立是件容易的事——就检查存在粒子的性质,并看它们是否配对。这样的伙伴粒子没有被观察到。然而,物理学家进行过各种计算表明对应于我们观察到的粒子的伙伴粒子应是质子一千倍那么重,如果不是更重的话。这种粒子太重了。以至迄今在任何实验中都看不到,但在日内瓦的大型强子碰撞机中有望最终创生这样的粒子。
超对称的思想是创造超引力的关键,但此概念实际起源于多年前研究所谓弦论的理论雏形的理论家们。根据弦论,粒子不是点,而是具有长度没有高度或宽度的象无限细的一段弦的振动模式。弦论也导致无限,但人们相信,这种无限在合适的版本中将被对消掉。它们还有另外不寻常的特征:只有在时空为十维而不是通常的四维时,它们才是协调的。十维也许听起来激动人心。但是你若忘记何处泊车它们就会引起真正的问题。如果它们存在的话,为何我们没有觉察到这些额外的维度呢?根据弦论,它们被卷缩成非常小尺度的空间。为了描述这个,想象一个二维的平面。
因为你需要两个数(例如水平和垂直坐标)去定位平面上的任何点,所以称平面是两维的。另一个两维的空间是麦秸的表面。为了在这个空间定位,你要知道这一点在沿着麦秸长度的何处,还需要位于沿其圆周维度的何处。然而如果麦秸非常细,那么只用沿着麦秸长度的坐标你就能得到近似得非常好的位置,这样你可不考虑圆周的维度。而如果麦秸在直径方向是亿亿亿亿亿分之一百英寸,你就根本不会觉察到圆周的维度。这就是弦理论家拥有的额外维的图像——这些额外维在小至我们看不见的尺度上,高度弯曲或卷曲的。在弦论中额外维被卷曲成所谓的内空间,相对于我们日常生活中经验到的三维空间。正如我们正要看到的,这些内部状态不仅是毫无声息的隐藏的维度。它们具有重要的物理意义。
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弦论除了维数的问题,还受另一个令人困惑的问题的折磨:似乎至少存在五种理论以及几百万种额外维卷缩的方式,对于那些提倡弦论是万物的唯一理论的人而言,这是非常令人困窘的可能性。后来,大约在1994年左右,人们开始发现对偶性——不同的弦论以及不同的卷缩额外维的方式,是描写四维中的同样现象的全然不同的方式。此外,他们发现超引力也以这种方式和其它理论相关联。弦理论家现在坚信,五种弦理论和超引力只是一个更基本理论的不同近似,各自在不同的情形成立。
正如我们早先提到的,那个更基本的理论称为M理论。似乎无人知道“M”代表什么,它可能代表“主要”“奇迹”或者“神秘”。它似乎是所有这三者。人们仍然努力去释明M理论的性质,但那也许是不可能的。在传统上,物理学家期望自然有一个单独理论,这或许难以获得支持,并且也不存在一个单独的表述。我们要描述宇宙,可能只好在不同的情形下用不同的理论。每一种理论都拥有它自己的关于实在的版本。但是根据依赖模型的现实主义,只要在理论一旦交叠,也就是它们都能适用之处,它们的预言一致,那就可以被接受。
不管M理论是作为一个单独的表述,还是只作为一个网络而存在,我们的确知道它的一些性质。首先,M理论具有十一维时空,而不是十维时空。弦理论家早就怀疑,十维的预言也许必须调整,而最近的研究显示,一维的确被忽略了。还有,M理论不仅包含有振动的弦,还包含点粒子,二维膜,三维块,以及其它更难被想象的占据直至九维的更多空间维度的其它物体。这些物体被称作P—膜(这儿P从零到九)。