第1章 存在之謎

我們個人存在的時間都極為短暫，其間隻能探索整個宇宙的小部分。但人類是好奇的族類。我們驚訝，我們尋求答案。生活在這一廣闊的時而親切時而殘酷的世界中，人們仰望浩渺的星空，不斷地提出一長串問題：我們怎麽能理解我們處於其中的世界呢？宇宙如何運行？什麽是實在的本性？所有這一切從何而來？宇宙需要一個造物主嗎？我們中的多數人在大部分時間裏不為這些問題煩惱，但是我們幾乎每個人有時會為這些問題困擾。

按照傳統，這是些哲學要回答的問題，但哲學已死。哲學跟不上科學，特別是物理學現代發展的步伐。在我們探索知識的旅程中，科學家已成高擎火炬者。本書的目的是給出由最近發現和理論進展所提示的答案。它們把我們引向宇宙以及我們在其中的位置的最新圖像，這種圖像和傳統的，甚至與僅一二十年前我們畫出的圖像都大相徑庭。盡管如此，新概念的最初梗概幾乎可以追溯到一個世紀之前。

根據宇宙的傳統觀念，物體沿著明確定義的途徑運動，而且具有確定的曆史。我們能夠指定其每一時刻的精密位置。盡管，對於日常的目的這種描述已是足夠成功，但在1920年代發現這種“經典”圖像不能解釋在原子和次原子的存在尺度下觀察到的似乎奇異的行為。反而，必須采用一種稱為量子物理的不同的框架。結果發現在預見那種尺度的事件時，量子物理特別精確，而且在應用於日常生活的宏觀世界時，還重複了舊的經典理論的預言。然而，量子物理和經典物理是基於物理實在性的非常不同的觀念之上。

可以用許多不同方式來表述量子論，但是裏查德費恩曼給出的表述大概是最直觀的。他是一位多姿多彩的人物，在加州理工學院工作，並在街上的脫衣舞廳敲擊小鼓。按照費恩曼的說法，一個係統不僅有一個曆史，而且具有每種可能的曆史。隨著我們尋求答案，我們要仔細地解釋費恩曼的方法，並使用它來探討這種思想，即宇宙的本身沒有單獨的曆史，甚至也沒有悠然獨立的存在。這聽起來似乎是激進的思想，甚至對於許多物理學家而言也是如此。的確，正如當今科學中的許多概念，它似乎違反常識。但是常識是基於日常經驗之上，而非基於通過一些無比美妙的技術被揭示的宇宙之上，這些技術中有一部分使我們得以深入窺探原子或者觀測早期宇宙。

直至現代物理的出現，一般認為有關世界的一切知識都可以通過直接觀測而獲取。事物就是它們看起來的樣子，正如通過我們的感官而覺察到的。但是現代物理的輝煌的成功顯示，情況並非如此。現代物理是基於諸如費恩曼的與日常經驗相抵觸的概念之上。因此，實在性的幼稚的觀點和現代物理不相容。為了對付這樣的自相矛盾，我們將采用一種稱之為依賴模型的現實主義的方法。它是基於這樣的觀念，即我們的頭腦以構造一個世界模型來解釋自感官來的輸入。當這樣的模型成功地解釋事件，我們就傾向於將實在性或絕對真理的品格賦予它，以及組成它的元素和概念。但是在為同樣的物理場景作模型時，也許存在不同方法，每種方法使用不同的基本元素和概念。如果兩個這樣的物理理論或模型都精確地預言同樣事件，人們就不能講一個模型比另一個更真實；說得更精確點，哪個模型更方便我們就隨意地使用哪個。

在科學史上，從柏拉圖到牛頓的經典理論，再到現代量子理論，我們發現了越來越好的理論和模型序列。人們很自然詢問：這個序列最後會終結於一個將包括所有的力並能預言所有對宇宙觀測的終極理論嗎？或者我們將永遠尋求越來越好的理論，但永遠找不到不能再改善的那個？我們對這個問題尚無確定答案。但是如果確實存在一個的話，我們現在擁有了一個稱作M理論的萬物終極理論的候選者。M理論上擁有我們認為最後理論所應具備的所有性質的僅有的模型，在下麵討論中，我們要大量地以它作為基礎的正是這個理論。

M理論不是通常意義上的一種理論。它是整個一族不同的理論，其中的每一種隻在物理場景的某一範圍很好地描述觀測。它有點像地圖。眾所周知，人們用一張單獨的地圖不能展現地球的整個表麵。通常應用於世界地圖的麥卡脫投影使遙遠的北方和南方的麵積顯得越來越大，而且不覆蓋北南二極。為了如實地繪製整個地球的地圖，人們必須利用一組地圖，每一張地圖覆蓋有限的範圍。這些地圖相互交疊，在交疊處，它們展現相同的風景。M理論與之類似。M理論族中的不同理論可顯得非常不同，但它們都可認為是同一基本理論的一個方麵。它們是基本理論在隻適用於有限範圍的版本——例如在諸如能量的量的很小的範圍。正如麥卡脫投影中交疊的地圖，在不同版本交疊之處，它們預言相同的現象。然而，正如不存在很好地描繪整個地球表麵的平坦地圖一樣，也不存在很好地描繪在一切情形下觀測的單獨理論。

我們將要描述M理論如何可能為創生問題提供答案。根據M理論，我們的宇宙不是僅有的宇宙。相反地，M理論預言，眾多的宇宙從無中創生。它們的創生不需要某種超自然的存在或上帝的幹預。毋寧說，這些多重宇宙從物理定律自然地發生。它們是科學的預言。每個宇宙在後來，也就是說，在象現在這個時刻，當它創生許久之後，具有許多可能的曆史和可能的狀態。這些狀態的大部分完全不像我們觀察到的宇宙，完全不適宜於任何生命形式的存在。隻有非常少的可允許象我們這樣的生物存在。因而，我們的存在從這個大量集合中隻選取出那些和我們存在相協調的宇宙。盡管在宇宙的尺度下，我們是弱小和微不足道的，然而這使我們在某種意義上成為萬物之靈。

為了最深入地理解宇宙，我們不僅需要知道宇宙是怎樣行為的，還需要知道為什麽。

為什麽存在實在之物，而非一無所有？

我們為何存在？

為什麽是這一族特殊的定律而非別的？

這是生命、宇宙和萬物的終極問題。我們將試圖在本書回答這個問題。不像在《銀河係漫遊指南》中給出的答案，我們的答案不會簡單地為“42”。