我們在前幾章中看到了，長期以來人們關於時間性質的觀點是如何變化的。直到本世紀初，人們還相信絕對時間。也就是說，每壹事件可由壹個稱為"時間"的數以唯壹的方式來標記，所有好的鐘在測量兩個事件之間的時間間隔上都是壹致的。然而，對於任何正在運動的觀察者光速總是壹樣的這壹發現，導致了相對論；而在相對論中，人們必須拋棄存在壹個唯壹的絕對時間的觀念。代之以每個觀察者攜帶的鐘所記錄的他自己的時間測量--不同觀察者攜帶的鐘不必要讀數壹樣。這樣，對於進行測量的觀察者而言，時間變成壹個更主觀的概念。
當人們試圖統壹引力和量子力學時，必須引入"虛"時間的概念。虛時間是不能和空間方向區分的。如果壹個人能往北走，他就能轉過頭並朝南走；同樣的，如果壹個人能在虛時間裏向前走，他應該能夠轉過來並往後走。這表明在虛時間裏，往前和往後之間不可能有重要的差別。另壹方面，當人們考察"實"時間時，正如眾所周知的，在前進和後退方向存在有非常巨大的差別。這過去和將來之間的差別從何而來？為何我們記住過去而不是將來？
科學定律並不區別過去和將來。更精確地講，正如前面所解釋的，科學定律在稱作C、P和T的聯合作用（或對稱）下不變。（C是指將反粒子來替代粒子；P的意思是取鏡象，這樣左和右就互相交換了；T是指顛倒所有粒子的運動方向，也就是使運動倒退回去。）在所有正常情形下，制約物體行為的科學定律在CP聯合對稱下不變。換言之，對於其他行星上的居民，若他們是我們的鏡像並且由反物質而不是物質構成，則生活會剛好是同樣的。
如果科學定律在CP聯合對稱以及CPT聯合對稱下都不變，它們也必須在單獨的T 對稱下不變。然而，在日常生活的實時間中，前進和後退的方向之間還是有壹個大的差異。想像壹杯水從桌子上滑落到地板上被打碎。如果妳將其錄像，妳可以容易地辨別出它是向前進還是向後退。如果將其倒回來，妳會看到碎片忽然集中到壹起離開地板，並跳回到桌子上形成壹個完整的杯子。妳可斷定錄像是在倒放，因為這種行為在日常生活中從未見過。如果這樣的事發生，陶瓷業將無生意可做。
為何我們從未看到碎杯子集合起來，離開地面並跳回到桌子上，通常的解釋是這違背了熱力學第二定律所表述的在任何閉合系統中無序度或熵總是隨時間而增加。換言之，它是穆菲定律的壹種形式：事情總是趨向於越變越糟：桌面上壹個完整的杯子是壹個高度有序的狀態，而地板上破碎的杯子是壹個無序的狀態。人們很容易從早先桌子上的杯子變成後來地面上的碎杯子，而不是相反。
無序度或熵隨著時間增加是壹個所謂的時間箭頭的例子。時間箭頭將過去和將來區別開來，使時間有了方向。至少有三種不同的時間箭頭：第壹個，是熱力學時間箭頭，即是在這個時間方向上無序度或熵增加；然後是心理學時間箭頭，這就是我們感覺時間流逝的方向，在這個方向上我們可以記憶過去而不是未來；最後，是宇宙學時間箭頭，在這個方向上宇宙在膨脹，而不是收縮。
我將在這壹章 論斷，宇宙的無邊界條件和弱人擇原理壹起能解釋為何所有的三個箭頭指向同壹方向。此外，為何必須存在壹個定義得很好的時間箭頭。我將論證心理學箭頭是由熱力學箭頭所決定，並且這兩種箭頭必須總是指向相同的方向。如果人們假定宇宙的無邊界條件，我們將看到必然會有定義得很好的熱力學和宇宙學時間箭頭。但對於宇宙的整個歷史來說，它們並不總是指向同壹方向。然而，我將指出，只有當它們指向壹致時，對於能夠發問為何無序度在宇宙膨脹的時間方向上增加的智力生命的發展，才有合適的條件。
首先，我要討論熱力學時間箭頭。總存在著比有序狀態更多得多的無序狀態的這壹事實，是使熱力學第二定律存在的原因。譬如，考慮壹盒拼板玩具，存在壹個並且只有壹個使這些小紙片拼成壹幅完整圖畫的排列。另壹方面，存在巨大數量的排列，這時小紙片是無序的，不能拼成壹幅畫。
假設壹個系統從這少數的有序狀態之中的壹個出發。隨著時間流逝，這個系統將按照科學定律演化，而且它的狀態將改變。到後來，因為存在著更多的無序狀態，它處於無序狀態的可能性比處於有序狀態的可能性更大。這樣，如果壹個系統服從壹個高度有序的初始條件，無序度會隨著時間的增加而增大。
假定拼板玩具盒的紙片從能排成壹幅圖畫的有序組合開始，如果妳搖動這盒子，這些紙片將會采用其他組合，這可能是壹個不能形成壹幅合適圖畫的無序的組合，就是因為存在如此之多得多的無序的組合。有壹些紙片團仍可能形成部份圖畫，但是妳越搖動盒子，這些團就越可能被分開，這些紙片將處於完全混亂的狀態，在這種狀態下它們不能形成任何種類的圖畫。這樣，如果紙片從壹個高度有序的狀態的初始條件出發，紙片的無序度將可能隨時間而增加。
然而，假定上帝決定不管宇宙從何狀態開始，它都必須結束於壹個高度有序的狀態，則在早期這宇宙有可能處於無序的狀態。這意味著無序度將隨時間而減小。妳將會看到破碎的杯子集合起來並跳回到桌子上。然而，任何觀察杯子的人都生活在無序度隨時間減小的宇宙中，我將論斷這樣的人會有壹個倒溯的心理學時間箭頭。這就是說，他們會記住將來的事件，而不是過去的事件。當杯子被打碎時，他們會記住它在桌子上的情形；但是當它是在桌子上時，他們不會記住它在地面上的情景。
由於我們不知道大腦工作的細節，所以討論人類的記憶是相當困難的。然而，我們確實知道計算機的記憶器是如何工作的。所以，我將討論計算機的心理學時間箭頭。我認為，假定計算機和人類有相同的箭頭是合理的。如果不是這樣，人們可能因為擁有壹臺記住明年價格的計算機而使股票交易所垮臺。
大體來說，計算機的記憶器是壹個包含可存在於兩種狀態中的任壹種狀態的元件的設備，算盤是壹個簡單的例子。其最簡單的形式是由許多鐵條組成；每壹根鐵條上有壹念珠，此念珠可呆在兩個位置之中的壹個。在計算機記憶器進行存儲之前，其記憶器處於無序態，念珠等幾率地處於兩個可能的狀態中。（算盤珠雜亂無章地散布在算盤的鐵條上）。在記憶器和所要記憶的系統相互作用後，根據系統的狀態，它肯定處於這種或那種狀態（每個算盤珠將位於鐵條的左邊或右邊。）這樣，記憶器就從無序態轉變成有序態。然而，為了保證記憶器處於正確的狀態，需要使用壹定的能量（例如，移動算盤珠或給計算機接通電源）。這能量以熱的形式耗散了，從而增加了宇宙的無序度的量。人們可以證明，這個無序度增量總比記憶器本身有序度的增量大。這樣，由計算機冷卻風扇排出的熱量表明計算機將壹個項目記錄在它的記憶器中時，宇宙的無序度的總量仍然增加。計算機記憶過去的時間方向和無序度增加的方向是壹致的。
所以，我們對時間方向的主觀感覺或心理學時間箭頭，是在我們頭腦中由熱力學時間箭頭所決定的。正像壹個計算機，我們必須在熵增加的順序上將事物記住。這幾乎使熱力學定律變成為無聊的東西。無序度隨時間的增加乃是因為我們是在無序度增加的方向上測量時間。拿這壹點來打賭，準保妳會贏。
但是究竟為何必須存在熱力學時間箭頭？或換句話說，在我們稱之為過去時間的壹端，為何宇宙處於高度有序的狀態？為何它不在所有時間裏處於完全無序的狀態？畢竟這似乎更為可能。並且為何無序度增加的時間方向和宇宙膨脹的方向相同？
在經典廣義相對論中，因為所有已知的科學定律在大爆炸奇點處失效，人們不能預言宇宙是如何開始的。宇宙可以從壹個非常光滑和有序的狀態開始。這就會導致正如我們所觀察到的、定義很好的熱力學和宇宙學的時間箭頭。但是，它可以同樣合理地從壹個非常波浪起伏的無序狀態開始。在那種情況下，宇宙已經處於壹種完全無序的狀態，所以無序度不會隨時間而增加。或者它保持常數，這時就沒有定義很好的熱力學時間箭頭；或者它會減小，這時熱力學時間箭頭就會和宇宙學時間箭頭相反向。任何這些可能性都不符合我們所觀察到的情況。然而，正如我們看到的，經典廣義相對論預言了它自身的崩潰。當空間--時間曲率變大，量子引力效應變得重要，並且經典理論不再能很好地描述宇宙時，人們必須用量子引力論去理解宇宙是如何開始的。
正如我們在上壹章 看到的，在量子引力論中，為了指定宇宙的態，人們仍然必須說清在過去的空間-時間的邊界的宇宙的可能歷史是如何行為的。只有如果這些歷史滿足無邊界條件，人們才可能避免這個不得不描述我們不知道和無法知道的東西的困難：它們在尺度上有限，但是沒有邊界、邊緣或奇點。在這種情形下，時間的開端就會是規則的、光滑的空間-時間的點，並且宇宙在壹個非常光滑和有序的狀態下開始它的膨脹。它不可能是完全均勻的，否則就違反了量子理論不確定性原理。必然存在密度和粒子速度的小起伏，然而無邊界條件意味著，這些起伏又是在與不確定性原理相壹致的條件下盡可能的小。
宇宙剛開始時有壹個指數或"暴漲"的時期，在這期間它的尺度增加了壹個非常大的倍數。在膨脹時，密度起伏壹開始壹直很小，但是後來開始變大。在密度比平均值稍大的區域，額外質量的引力吸引使膨脹速度放慢。最終，這樣的區域停止膨脹，並坍縮形成星系、恒星以及我們這樣的人類。宇宙開始時處於壹個光滑有序的狀態，隨時間演化成波浪起伏的無序的狀態。這就解釋了熱力學時間箭頭的存在。
如果宇宙停止膨脹並開始收縮將會發生什麽呢？熱力學箭頭會不會倒轉過來，而無序度開始隨時間減少呢？這為從膨脹相存活到收縮相的人們留下了五花八門的科學幻想的可能性。他們是否會看到杯子的碎片集合起來離開地板跳回到桌子上去？他們會不會記住明天的價格，並在股票市場上發財致富？由於宇宙至少要再等壹百億年之後才開始收縮，憂慮那時會發生什麽似乎有點學究氣。但是有壹種更快的辦法去查明將來會發生什麽，即跳到黑洞裏面去。恒星坍縮形成黑洞的過程和整個宇宙的坍縮的後期相當類似；這樣，如果在宇宙的收縮相無序度減小，可以預料它在黑洞裏面也會減小。所以，壹個落到黑洞裏去的航天員能在投賭金之前，也許能依靠記住輪賭盤上球兒的走向而贏錢。（然而，不幸的是，玩不了多久，他就會變成意大利面條。他也不能使我們知道熱力學箭頭的顛倒，或者甚至將他的贏錢存入銀行，因為他被困在黑洞的事件視界後面。）
起初，我相信在宇宙坍縮時無序度會減小。這是因為，我認為宇宙再變小時，它必須回到光滑和有序的狀態。這表明，收縮相僅僅是膨脹相的時間反演。處在收縮相的人們將以倒退的方式生活：他們在出生之前即已死去，並且隨著宇宙收縮變得更年輕。
這個觀念是吸引人的，因為它表明在膨脹相和收縮相之間存在壹個漂亮的對稱。然而，人們不能置其他有關宇宙的觀念於不顧，而只采用這個觀念。問題在於：它是否由無邊界條件所隱含或它是否與這個條件不相協調？正如我說過的，我起先以為無邊界條件確實意味著無序度會在收縮相中減小。我之所以被誤導，部分是由於與地球表面的類比引起的。如果人們將宇宙的開初對應於北極，那麽宇宙的終結就應該類似於它的開端，正如南極之與北極相似。然而，北南二極對應於虛時間中的宇宙的開端和終結。在實時間裏的開端和終結之間可有非常大的差異。我還被我作過的壹項簡單的宇宙模型的研究所誤導，在此模型中坍縮相似乎是膨脹相的時間反演。然而，我的壹位同事，賓夕凡尼亞州立大學的當·佩奇指出，無邊界條件沒有要求收縮相必須是膨脹相的時間反演。我的壹個學生雷蒙·拉夫勒蒙進壹步發現，在壹個稍復雜的模型中，宇宙的坍縮和膨脹非常不同。我意識到自己犯了壹個錯誤：無邊界條件意味著事實上在收縮相時無序度繼續增加。當宇宙開始收縮時或在黑洞中熱力學和心理學時間箭頭不會反向。
當妳發現自己犯了這樣的錯誤後該如何辦？有些人從不承認他們是錯誤的，而繼續去找新的往往互相不協調的論據為自己辯解--正如愛丁頓在反對黑洞理論時之所為。另外壹些人首先宣稱，從來沒有真正支持過不正確的觀點，如果他們支持了，也只是為了顯示它是不協調的。在我看來，如果妳在出版物中承認自己錯了，那會好得多並少造成混亂。愛因斯坦即是壹個好的榜樣，他在企圖建立壹個靜態的宇宙模型時引入了宇宙常數，他稱此為壹生中最大的錯誤。
回頭再說時間箭頭，余下的問題是；為何我們觀察到熱力學和宇宙學箭頭指向同壹方向？或換言之，為何無序度增加的時間方向正是宇宙膨脹的時間方向？如果人們相信，按照無邊界假設似乎所隱含的那樣，宇宙先膨脹然後重新收縮，那麽為何我們應在膨脹相中而不是在收縮相中，這就成為壹個問題。
人們可以在弱人擇原理的基礎上回答這個問題。收縮相的條件不適合於智慧人類的存在，而正是他們能夠提出為何無序度增加的時間方向和宇宙膨脹的時間方向相同的問題。無邊界假設預言的宇宙在早期階段的暴漲意味著，宇宙必須以非常接近為避免坍縮所需要的臨界速率膨脹，這樣它在很長的時間內才不至坍縮。到那時候所有的恒星都會燒盡，而在其中的質子和中子可能會衰變成輕粒子和輻射。宇宙將處於幾乎完全無序的狀態，這時就不會有強的熱力學時間箭頭。由於宇宙已經處於幾乎完全無序的狀態，無序度不會增加很多。然而，對於智慧生命的行為來說，壹個強的熱力學箭頭是必需的。為了生存下去，人類必須消耗能量的壹種有序形式--食物，並將其轉化成能量的壹種無序形式--熱量，所以智慧生命不能在宇宙的收縮相中存在。這就解釋了，為何我們觀察到熱力學和宇宙學的時間箭頭指向壹致。並不是宇宙的膨脹導致無序度的增加，而是無邊界條件引起無序度的增加，並且只有在膨脹相中才有適合智慧生命的條件。
總之，科學定律並不能區分前進和後退的時間方向。然而，至少存在有三個時間箭頭將過去和將來區分開來。它們是熱力學箭頭，這就是無序度增加的時間方向；心理學箭頭，即是在這個時間方向上，我們能記住過去而不是將來；還有宇宙學箭頭，也即宇宙膨脹而不是收縮的方向。我指出了心理學箭頭本質上應和熱力學箭頭相同。宇宙的無邊界假設預言了定義得很好的熱力學時間箭頭，因為宇宙必須從光滑、有序的狀態開始。並且我們看到，熱力學箭頭和宇宙學箭頭的壹致，乃是由於智慧生命只能在膨脹相中存在。收縮相是不適合於它的存在的，因為那兒沒有強的熱力學時間箭頭。
人類理解宇宙的進步，是在壹個無序度增加的宇宙中建立了壹個很小的有序的角落。如果妳記住了這本書中的每壹個詞，妳的記憶就記錄了大約200萬單位的信息--妳頭腦中的有序度就增加了大約200萬單位。然而，當妳讀這本書時，妳至少將以食物為形式的1千卡路裏的有序能量，轉換成為以對流和汗釋放到妳周圍空氣中的熱量的形式的無序能量。這就將宇宙的無序度增大了大約20億億億單位，或大約是妳頭腦中有序度增量--那是如果妳記住這本書的每壹件事的話--的1幹億億倍。我試圖在下壹章 更增加壹些我們頭腦的有序度，解釋人們如何將我描述過的部分理論結合壹起，形成壹個完整的統壹理論，這個理論將適用於宇宙中的任何東西。
第十章 物理學的統壹
正如在第壹章 中所解釋的，壹下子建立壹個包括宇宙中每壹件東西的完整的統壹理論是非常困難的。取而代之，我們在尋求描述發生在有限範圍的部分理論方面取得了進步。我們忽略了其他效應，或者將它們用壹定的數字來近似。（例如，當我們用化學來計算原子間的相互作用時，可以不管原子核內部的結構。）然而，最終人們希望找到壹個完整的、協調的、將所有這些部分理論當作它的近似的統壹理論。在這理論中不需要選取特定的任意數值去符合事實。尋找這樣的壹個理論被稱之為"物理學的統壹"。愛因斯坦用他晚年的大部分時間去尋求壹個統壹理論，但是沒有成功，因為盡管已有了引力和電磁力的部份理論，但關於核力還知道得非常少，所以時間還沒成熟。並且，盡管他本人對量子力學的發展起過重要作用，但他拒絕相信它的真實性。看來，不確定性原理還是我們在其中生活的宇宙的壹個基本特征。所以，壹個成功的統壹理論必須將這個原理合並進去。
正如我將描述的，由於我們對宇宙知道得這麽多，現在找到這樣的壹個理論的前景似乎是好得多了。但是我們必須小心，不要過份自信--我們在過去有過錯誤的奢望！例如，在本世紀初，曾經以為每件東西都可以按照連續物質（諸如彈性和熱導）的性質予以解釋。原子結構和不確定性原理的發現使之徹底破產。然後又有壹次，1928年物理學家、諾貝爾獎獲得者馬克斯·玻恩告訴壹群來哥丁根大學的訪問者："據我們所知，物理學將在6個月之內結束。"他的信心是基於狄拉克新近發現的能夠制約電子的方程。人們認為質子--這個當時僅知的另壹種粒子--服從類似的方程，並且這是理論物理的終結。然而，中子和核力的發現對此又是當頭壹棒。講到這些，在謹慎樂觀的基礎上，我仍然相信，我們可能已經接近於探索自然的終極定律的終點。
在前幾章中，我描述了引力的部分理論即廣義相對論和制約弱、強和電磁力的部分理論。這後三種理論可以合並成為所謂的大統壹理論（GUT）。這個理論並不令人非常滿意，因為它沒有包括引力，並且因為包含譬如不同粒子的相對質量等不能從理論預言，而必須人為選擇以適合觀測的壹些量。要找到壹個將引力和其他力相統壹的理論，困難在於廣義相對論是壹個"經典"理論；也就是說，它沒有將量子力學不確定性原理合並在裏面。另壹方面，其他的部分理論以非常基本的形式依賴於量子力學，所以第壹步必須將廣義相對論和量子力學結合在壹起。正如我們已經看到的，這能產生壹些顯著的推論，例如黑洞不是黑的；宇宙沒有任何奇點並且是完全自足的、沒有邊界的。正如第七章 所解釋的，麻煩在於不確定性原理意味著甚至"空的"空間也是充滿了虛的粒子和反粒子，這些粒子對具有無限的能量，並且由愛因斯坦的著名方程E＝mc＾2可知，這些粒子具有無限的質量。這樣，它們的引力的吸引就會將宇宙卷曲到無限小的尺度。
相當類似地，在其他部分理論中也發生頗似荒謬的無限大，然而，所有這些情形下的無限大都可用稱之為重正化的過程消除掉。這牽涉到引入其他的無限大去消除這些無限大。雖然在數學上這個技巧相當令人懷疑，而在實際上似乎確實行得通，並用來和這些理論壹起作出預言，這預言極其精確地和觀測相壹致。然而，從企圖找到壹個完全理論的觀點看，由於重正化意味著質量和力的強度的實際值不能從理論中得到預言，必須被選擇以去適合觀測，因此重正化有壹嚴重的缺陷。
試圖將不確定性原理合並到廣義相對論時，人們只有兩個可以調整的量：引力強度和宇宙常數的值。但是調整它們不足以消除所有的無窮大。所以人們得到壹個理論，它似乎預言了諸如空間壹時間的曲率的某些量真的是無窮大，但是觀察和測量表明它們地地道道是有限的！人們對於合並廣義相對論和不確定性原理的問題懷疑了許久，直到1972年才為仔細的計算所最後確證。4年之後，人們提出了壹種叫做"超引力"的可能的解答。它的思想是將攜帶引力的自旋為2稱為引力子的粒子和某些其他具有自旋為3／2、1、1／2和0的新粒子結合在壹起。在某種意義上，所有這些粒子可認為是同壹"超粒子"的不同側面。這樣就將自旋為1／2和3／2的物質粒子和自旋為0、1和2的攜帶力的粒子統壹起來了。自旋1／2和3／2的虛的粒子反粒子對具有負能量，因此抵消了自旋為2、1和0的虛的粒子對的正能量。這就使得許多可能的無限大被抵消掉。但是人們懷疑，某些無窮大仍然存在。然而，人們需要找出是否還留下未被抵消的無窮大，這計算是如此之冗長和困難，以至於沒有人會準備著手去進行。即使使用壹個計算機，預料至少要用4年功夫，而且犯至少壹個或更多錯誤的機會是非常高的。這樣，只有其他人重復計算，並得到同樣的答案，人們才能判斷已取得了正確的答案，但這似乎是不太可能的！
盡管存在這些問題，盡管超引力理論中的粒子似乎不與觀察到的粒子相符合的這壹事實，大部分科學家仍然相信，超引力可能是對於物理學統壹問題的正確答案。看來它是將引力和其他力相統壹起來的最好辦法。然而1984年，人們的看法顯著地改變為更喜歡所謂的弦理論。在這些理論中，基本的對象不再是只占空間單獨的點的粒子，而是只有長度而沒有其他線度、像是壹根無限細的弦這樣的東西。這些弦可以有端點（所謂的開弦），或它們可以自身首尾相接成閉合的圈子（閉弦）（圖10.1和圖10.2）。在每壹時刻每壹個粒子占據空間的壹點。這樣，它的歷史可以在空間壹時間用壹根線代表（"世界線"）。另壹方面，在每壹時刻壹根弦占據空間的壹根線。所以它在空間-時間裏的歷史是壹個叫做世界片的二維面（在這世界片上的任壹點都可用兩個數來描述：壹個指明時間，另壹個指明這壹點在弦上的位置。）壹根開弦的世界片是壹帶子，它的邊緣代表弦的端點通過空間-時間的路徑（圖10.1）；壹根閉弦的世界片是壹個圓柱或壹個管（圖10.2）；壹個管的截面是壹個圈，它代表在壹特定時刻的弦的位置。
圖10.1圖10.2
兩根弦可以連接在壹起，形成壹根單獨的弦。在開弦的情形下只要將它們端點連在壹起即可（圖10.3）；在閉弦的情形下，像是兩條褲腿合並成壹條褲子（圖10.4）。類似地，壹根單獨的弦可以分成兩根弦。在弦理論中，原先以為是粒子的東西，現在被描繪成在弦裏傳播的波動，如同振動著的風箏的弦上的波動。壹個粒子從另壹個粒子發射出來或者被吸收，對應於弦的分解和合並。例如，太陽作用到地球上的引力，在粒子理論中被描述成由太陽上的粒子發射出並被地球上的粒子所吸收的引力子（圖10.5）。在弦理論中，這個過程相應於壹個H形狀的管（圖10.6）（弦理論有點像管道工程）。H的兩個垂直的邊對應於太陽和地球上的粒子，而水平的橫杠對應於在它們之間傳遞的引力子。
圖10.3
圖10.4
圖10.5圖10.6
弦理論有壹個古怪的歷史。它原先是60年代後期發明來試圖找出壹個描述強作用的理論。其方法是，諸如質子和中子這樣的粒子可被認為是壹根弦上的波動。這些粒子之間的強作用力對應於連接於其他壹些弦之間的弦的片段--正如蜘蛛網壹樣。這弦必須像具有大約10噸拉力的橡皮帶，才能使理論給出粒子之間強作用力的觀察值。
1974年，巴黎的朱勒·謝爾克和加州理工學院的約翰·施瓦茲發表了壹篇論文，指出弦理論可以描述引力，但是只不過其張力要大得多，大約是1千萬億億億億噸（1後面跟39個0）。在通常尺度下，弦理論和廣義相對論的預言是相同的，但在非常小的尺度下，比十億億億億分之壹厘米（1厘米被1後面跟33個0除）更小時，它們就不壹樣了。然而，他們的工作並沒有引起很大的註意，因為大約正是那時候。大多數人拋棄了原先的強作用力的弦理論，而傾心於誇克和膠子的理論，後者似乎和觀測符合得好得多。謝爾克死得很慘（他受糖尿病折磨，在周圍沒人給他註射胰島素時昏迷死去）。這樣壹來，施瓦茲幾乎成為弦理論的唯壹支持者，只不過現在設想的弦張力要大得多而已。
1984年，因為兩個明顯的原因，人們對弦理論的興趣突然復活。壹個原因是，在證明超引力是有限的，以及解釋我們觀察到的粒子的種類方面，人們未能真正取得進展。另壹個原因是，約翰·施瓦茲和倫敦瑪麗皇後學院的麥克·格林發表的壹篇論文指出，弦理論可以解釋內稟的左旋性的粒子存在，正如我們觀察到的壹些粒子那樣。不管是什麽原因，大量的人很快開始作弦理論的研究，而且發展了稱之為異形弦的新形式，這種形式似乎能夠解釋我們觀測到的粒子類型。
弦理論也導致無窮大，但是人們認為，它們在壹種類似異形弦的變體中會被消除掉（雖然這壹點還沒被確認）。然而，弦理論有更大的問題：似乎只有當空間-時間是十維或二十六維，而不是通常的四維時它們才是協調的！當然，額外的空間-時間維數是科學幻想的老生常談；的確，它們幾乎是必不可少的，因為否則相對論對人們不能旅行得比光更快的限制意味著，由於要花這麽長的時間，以至於在恒星和星系之間的旅行成為不可能。科學幻想的辦法是，人們可以通過更高的維數抄近路。這壹點可用以下方法描述。想像我們生活的空間只有二維，並且彎曲成像壹個錨圈或環的表面（圖10.7）。如果妳是處在這圈的內側的壹邊而要到另壹邊去，妳必須沿著圈的內邊緣走壹圈。然而，妳如果允許在第三維空間裏旅行，則可以直穿過去
如果這些額外的維數確實存在，為什麽我們沒有覺察到它們呢？為何我們只看到三維空間和壹維時間呢？壹般認為，其他的維數被彎卷到非常小的尺度--大約為1英寸的壹百萬億億億分之壹的空間，人們根本無從覺察這麽小的尺度。我們只能看到壹個時間和三個空間的維數，這兒空間-時間是相當平坦的。這正如壹個桔子的表面：如果妳靠非常近去看，它是坑坑窪窪的並有皺紋；但若離開壹定的距離，妳就看不見高低起伏而顯得很光滑。對於空間-時間亦是如此。因此在非常小的尺度下，空間-時間是十維的，並且是高度彎曲的；但在更大的尺度下，妳看不見曲率或者額外的維數。如果這個圖像是正確的，對於自願的空間旅行者來講是個壞消息，額外附加的維實在是太小了，以至於不能允許空間飛船通過。然而，它引起了另壹個重要問題：為何是壹些而不是所有的維數被卷曲成壹個小球？也許在宇