第十章 宇宙是一首交响乐
万物皆空唯有音乐
我们这个世界的万物到底是由什么构成的？
这个朴素的问题从2000多年前的古希腊就开始不断地被人类追问，德谟克利特第一个提出了原子说，他认为世间万物都是由一种叫做原子的小球构成的，每个小球都是一模一样的，它们的不同组合构成了万物的不同形态，包括你和我。2000多年弹指一挥间，人类对世界的认识就像爆炸一样增长，很快，化学元素被发现，门捷列夫发现了元素周期表，再后来，现代的原子理论发展起来，卢瑟福发现原子也不是不可分割的，可以分解为原子核和电子，再往下，原子核又可以分割为质子和中子，质子和中子又继续可以分割为夸克，然后又是形形色色的“子”被发现，什么费米子，玻色子等等，似乎物质没有尽头，可以无限分割下去……
但是，终于有到头的一天了，根据现代最新的物理理论，到头来，一切都是——空。
“拜托，刚才还一本正经给我们上科学史课，怎么突然跟我们玩起哲学概念了。”我已经听到了你心里面的嘀咕声。
NO，这次我是很认真地告诉你，真的，到头来一切都是空。比如，你拿起一杯水，仰头一口气喝下去了，我来问你，你喝到的是什么？
你说：“水啊，化学分子式为H2O，两个氢原子，一个氧原子组成了水。”
我说：“好，我承认你喝下了无数的氢原子和氧原子。那你知道原子又是怎样的一番情景吗？让我来告诉你，原子是由原子核和电子组成，原子核只占到整个原子体积的几千亿分之一，而电子比原子核还要小1000倍。我给你打个比方，整个原子就像一个足球场那么大的一个气泡，原子核就是当中的一粒沙子，而电子就像一小颗灰尘一样在里面飞来飞去，如果你看到这样的一个气泡，你会认为这是完全空无一物的气泡，你再仔细也无法找到原子核和电子。你喝下去的一杯水，就是由无数个这样的气泡组成的，你看起来满满一杯水，其实里面99.9999999999999％是空的，如果把这杯水中所有原子中空的部分全部抽走，只留下原子核和电子，那么这杯水剩下来的东西你要用现在全世界最强大的电子显微镜放大差不多一亿倍才能看到，现在你还认为喝下的是一杯水吗？”
你说：“好吧，我承认我其实只喝下了很小很小的一点东西，但你也不能就认为我喝下的是空，好歹还有点原子核和电子嘛。”
我说：“很遗憾，我的话还没说完。那么原子核和电子又是由什么组成的呢？由一些更小更小的基本粒子组成，这些基本粒子又是什么东西构成的，我告诉你，这些基本粒子到头来都是一根根的‘橡皮筋圈’，就像吉他弦一样在空间中振动着，构成这些橡皮筋的材料不是别的，也正是空间本身，一段弯曲的六维空间，到头来什么也没有，只有一段弯曲的六维空间蜷缩在你无法想象的小的三维空间中，构成一个橡皮筋圈，以不同的频率振动着。”
这下，你该明白，你其实喝下去的什么也没有，只是空间本身而已。
慧能禅师诗云：
菩提本无树，
明镜亦非台。
心本无一物，
何处惹尘埃。
没想到，物理学到头来变成了哲学，这个宇宙除了空间本身真的是什么也没有，你和我，世间万物，到头来，一切都是空。
以上，我所说的一切都不是胡思乱想。上面这些，正是最近一二十年在物理学界迅猛发展起来的“超弦理论”，也是谢耳朵的专业方向，它现在是TOE“万物理论”的候选理论，而且是唯一的候选理论。
在超弦的世界中，一个个振动着的橡皮筋圈就是构成物质的最小单位，不同的振动频率构成了不同的基本粒子，不同的基本粒子组合又构成了质子、中子和电子，质子和中子组合在一起构成了原子核，原子核和电子一起构成了原子，原子构成分子，分子构成材料，材料构成了世间万物，包括你和我。
上帝就像是一个神奇的魔术师，在空无一物的空间中，随手这么一抓，然后在手中一搓，一段空间被搓成了一根弦，然后他捏起弦的两头，在空中打了一个结，再用手指这么轻轻一弹，于是，弦振动了起来，这就是夸克，接着上帝又用同样的手法制作了胶子、中微子、费米子、玻色子……最后，他用眼花缭乱的迅捷手法不知怎么地就用这些“子”组成了质子、中子、电子、原子、分子、金子、银子……
如果上帝可以听见振动着的弦发出的声音，那么每一个基本粒子就是一个音符，原子就是乐句，分子就是乐段，世间万物、你和我就是乐章，整个宇宙就是一首恢弘的交响乐。这首交响乐从宇宙诞生的那天起就开始演奏，直到宇宙消失的那天为止，永不停歇。
宇宙是一首永不停歇的交响乐，我们都是这首交响乐中的华美乐章！
这些听起来美妙但又不可思议的事情到底是怎么被发现的？物理学家何以敢向世人宣布“到头来一切都是空”这样的哲学宣言呢？超弦理论家们到底有些什么样的线索？未来我们又需要怎样去证明它？
这就让我带你去了解一下他们是如何探索隐藏在物质最深处的秘密的，你一定会被人类所展现出来的惊人智慧所折服。宇宙让我们敬畏，但是物理学家们也同样值得我们敬畏。
击碎原子
如果有一种理论能称之为万物理论的话，那么它首先要解决我们这个宇宙中最基本的两个问题：第一个问题就是物质到底由什么东西构成，是怎么形成的，物质有没有最小单位？第二个问题是宇宙中的“力”到底是什么，有没有一种最基本的理论和一个统一的公式能描述宇宙中所有的“力”？
让我们先从第一个问题开始——寻找物质的最小单位。
观察一个篮球，我们用眼睛看就可以了。如果要观察一粒灰尘，那么我们就不得不拿一个放大镜仔细地看。如果要观察一个病毒，我们就不得不用显微镜。可是，如果我们要观察一个比病毒还要小几千万、几亿倍的东西，你觉得我们应该怎么办呢？我知道你肯定抓耳挠腮想不出办法了，等着我告诉你答案。
其实，要观察一个东西的形状和性质不是一定要直接观察，我们还可以通过一种间接的办法去了解这个东西，我把它叫做“子弹射击法”。
我打个比方，我现在把一样东西用一根棍子支在空中，然后我在这样东西的周围裹上一层白雾（假设我发明了这样一种不会散去的雾气），你无法看到雾气中的东西到底是什么，自然也就不知道它的形状、性质等，现在我给你一把枪，装满一种轻柔的橡皮子弹，你用这把枪不断地对着白雾中的东西射击。射击几次以后，通过橡皮子弹被反弹的次数和反弹的角度，你大概就能感到这个东西的大小，还能模糊地感觉到这个东西的硬度。
随着射击次数的增加，以及观察反弹子弹的细致程度，你越来越有经验，你现在连这样东西的形状都已经能大致确定下来了：是一个圆形的东西。但是你很快就发现，子弹的大小是个瓶颈，虽然你已经发现了那样东西的表面肯定是不光滑的，但是这种橡皮子弹太大了，以至于你无法进一步地了解那个东西的表面性质到底粗糙到什么程度。
于是，你要求我把橡皮子弹换成米粒子弹，当你开始用米粒子弹加大射击频率，仔细地观察反弹出去的米粒，你对这样东西的外形已经掌握得越来越清晰了，这是一个近似椭圆形的东西，上下似乎有两个尖头。
然后你开始专注于研究那些反弹角度很小的米粒，因为这些米粒能反映出这样东西表面的粗糙程度，一段时间以后，你发现米粒被反弹的角度呈现周期性变化，于是你可以确定这样东西的表面有一些明显的沟壑，但问题是米粒还是太大了，你无法细致地掌握这些沟壑的粗细和深浅。这次你换上了沙粒子弹，于是这样东西的表面细节被你掌握得更多了，你再换上更小的沙粒子弹，于是每更换一次子弹的大小，你对那样东西的掌握程度就增加一分，直到最后你轻而易举地猜出了我放在支架上的那样东西：一个大核桃。
如果你想通了我上面说的“子弹射击法”，并且接受了这种方法能够确定一样不能被直接看到的东西的形状和性质，那么我恭喜你，你已经掌握了人类探索隐藏在物质最深处的秘密的方法，那就是尽可能地找到更小的子弹，不断地轰击你要研究的对象。如果对象穿着“衣服”就把衣服打下来后继续打，没错，这个方法很黄很暴力，但是真的很管用。不管对象是什么东西，我就是这一招鲜，只要我的子弹和对象相比足够小，我就能搞清楚对象的所有细节。
人类很快发明了一种用电子作为子弹的探测装置，这种装置就是被我们称为电子显微镜的东西，用这种显微镜甚至能“看到”原子的形状和大小。虽然电子这种子弹很小，但问题是电子的“力道”太小，打到原子上就被反弹开（后来人们知道是因为电子带电，因为同性相斥的道理，电子被包裹着原子飞行的电子排斥开了），就好像我们用沙子去击打篮球，虽然我们能掌握篮球的形状和大小，但是我们却无法进一步地了解篮球内部到底是由什么组成的。
勇敢无畏的物理学家们很快又在自然界中找到了一些神奇的矿物质，这些矿物质会天然地放射出大量的很小很小的粒子（被称之为α粒子，读作阿尔法粒子），而且这些粒子和电子比起来，那就好像是真手枪子弹和玩具手枪子弹的区别一样，它们的速度甚至可以达到光速的十分之一，力道大得惊人，可以轻而易举地穿透金属制成的箔片，更不要说人体了。
被人类发现的第一种这样的物质叫做镭，它是由大名鼎鼎的居里夫人发现的，但是就像我前面说的，镭时时刻刻都在放射出看不见的超级子弹，可以把人体细胞中的DNA都打得稀烂，居里夫人就是这样被镭夺去了宝贵的生命，为人类的科学事业献了身。除了镭，还有名震四海的铀，因为它是制造原子弹的材料（笔者就是在核工业部某大队长大的，这个大队的主要任务就是四处寻找铀矿，笔者的父亲就是新中国第一批学习这个专业的大学生，找了大半辈子的铀矿。只是据我所知，他们金矿找到了不少，铀矿却没找到多少，也好在找到的不多，幸使家父至今身体健康）。这些矿物质被统称为“放射性材料”，有时候也被简单地称为“核材料”。
英国物理学家卢瑟福第一个想到了用这种放射性材料做成“枪”，用它们放射出来的力道实足的粒子作为子弹，去轰击原子，看看会发生什么。1909年3月，卢瑟福用一把“镭射枪”对着一张金箔（就是把金子做成薄薄的一张纸）猛烈开火，然后详细地记录了所有发射出去的子弹在遇到金箔后的散射情况。他发现几乎绝大部分阿尔法粒子都如入无人之境，直接射穿了金箔，但是有大概八千分之一的阿尔法粒子发生了大角度的偏转，然后大概有十万分之一的阿尔法粒子竟然被反弹了回来。卢瑟福后来回忆说，当时发现居然有被反弹回来的粒子，他实在是相当的吃惊：“这是我一辈子中遇到的最不可思议的一件事情，这就好像用一门大炮对着一张纸轰击，打了十万发炮弹出去，全都直接穿透那张纸（这太正常了），但第十万零一发炮弹打过去，居然这发炮弹没有穿过纸，直接被反弹了回来，打着了自己，你说炮手要是当时在喝咖啡的话，还不把咖啡洒得全身都是。”（It was quite the most incredible event that ever happened to me in my life. It was almost as incredible as if you fired a 15-inch shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you.）于是，就这样，卢瑟福发现了原子的秘密，原子内部有一个非常致密的原子核，但是体积只占了整个原子的一丁点儿一丁点儿。伟大的卢瑟福一生培养了13个诺贝尔物理学奖得主，还不包括他自己在内，但是，卢瑟福也步了居里夫人后尘，死于自己最亲密的伙伴——放射性材料的手上。
原子核被发现以后，再往下对人类的挑战就更大了，因为原子核实在是太坚硬了，天然的镭射枪根本打不碎，既然打不碎，自然也就无从知道原子核内部的秘密了。但是，没有什么事情能难倒那些牛逼的物理学家们，他们很快就找到了一种提高子弹力道的方法，那就是“电磁加速”。阿尔法粒子是带正电的一种粒子，读过中学物理的人都知道，一个带电的物体在电磁场中会受到洛伦兹力（啊，好熟悉的名字），于是人们就会想到：可以利用电磁场给阿尔法粒子加速，一旦速度提高了，那么阿尔法粒子的能量就提高了，只要不断地提高能量，总能把原子核轰开。于是人类开始制造这种被称之为“粒子加速器”的机器，用来加速粒子，轰击原子核，从而去探究原子核里面的秘密。粒子加速器一般都是一个超级巨大的环形轨道，粒子在里面被一圈圈地加速，甚至被加速到接近光速，但这玩意儿的耗电巨大。
人类如愿以偿地把原子核给击碎了，并且发现了原子核是由质子和中子组成的，还惊讶地发现了原来我们用来做子弹的阿尔法粒子其实就是由2个质子和2个中子组成的。既然质子能被加速，那么电子也能被加速，用电子做子弹的好处就在于电子比质子还要小1000倍，正如我们前面所说的，子弹越小越能探测得精确。但子弹光是小没用，还要力道足够大，也就是速度足够快，这样才能击碎目标。于是要提高粒子的速度，就需要更强的电力和更长的加速距离。
建造粒子加速器是目前人类认识物质深层次秘密的唯一途径，因此全世界都展开了竞赛，看谁建造的粒子加速器更强大，目前暂时取得世界第一的是坐落于日内瓦附近的欧洲大型强子对撞机（简称LHC），这个庞然大物恐怕是目前人类建造的最大的一部机器，花了整整100多亿美元，它的环形加速轨道的周长有27公里，埋在地底下，下面这张图是用卫星照片来比画大小，让你直观地感受它有多大，
图10-1 LHC的卫星示意图
图10-2 LHC的环形加速轨道
这个庞然大物一旦开动起来，所需要的电力实在惊人，据说它一开动，整个日内瓦市的所有电灯都会变暗，因此往往都在晚上用电低峰的时候开动，它需要一个可以给一座中型城市供电的发电厂专门供电。这么一个庞然大物，里面跑的居然只是一些小得不能再小的电子。当粒子加速器把一些粒子加速到接近光速后，就要让这些粒子对撞，但是你知道要让那么小的粒子正面对撞的概率有多小吗？这就好像一个人在上海，一个人在旧金山，两个人各拿一把手枪，隔着太平洋对射，要让子弹刚好和子弹撞上，你说这个概率有多小。为了提高对撞的几率，只有一个办法，那就是一下子打出去几亿甚至几十、几百亿颗子弹，那么总会有几颗子弹对撞上。LHC有望在2011年底寻找到人类已知的最后一种粒子，被称之为上帝粒子的“希格斯玻色子”。
人类就是靠着这种让粒子对撞，然后再观察对撞后粉碎的粒子的轨迹来研究微观世界，寻找新的粒子。近年来，越来越多的新的粒子在实验室中被发现，这些粒子要么具备以前没有发现过的质量，要么就是自旋的方式不一样。现在，人类基本上已经掌握了一张数据表，里面标明了已经发现的各种各样粒子的各种性质，例如质量、大小、自旋、电荷、相互作用力等等。现在人类不禁要问，有没有一种统一的理论，在这个理论下所有这些基本粒子都可以看成是同一种物质的不同表现形式。就好像石墨和钻石，看起来如此不同的两样东西最后被发现其实都是碳元素（C）的不同表现形式，C原子的不同排列形式决定了材料的性质。那么所有这些看起来质量、自旋、电荷、大小都不同的基本粒子是不是也能够用一种统一的理论去描绘呢，如果有的话，那么是不是就有可能发展成为万物理论（T.O.E.）。
因为我们了解了基本粒子的本质成因，就能了解由基本粒子构成的原子、分子、材料、万物的性质和成因。打个比方，这就好像我们如果掌握了每个大气分子的运动规律，那么我们就能计算出整个大气的运动规律，当然，这需要超级庞大的计算能力，但从理论上来说，就是这样的。而一个分子相对于所有基本粒子来说，就像是整个大气，我们把组成分子的每个基本粒子的规律掌握了，那么要掌握分子的规律也就是顺理成章的事情。
然后，像这样的一种基本粒子成因的理论绝不是可以随意胡思乱想的，你必须找到一种理论，在这种理论下你可以得到描述这个理论的数学方程式，并且用这些数学方程式能够自然而然地运算得到所有已经发现的基本粒子的各种属性，并且不但能解释已经发现的所有基本粒子，还能预言没有发现的基本粒子的各项属性。
就好像广义相对论，虽然成功地解释了水星的进动现象，但是光是能解释已有的现象还是不能让人信服的，只有当广义相对论成功地预言了星光偏转现象之后，才能让全世界的物理学家信服这个新理论。寻找这样的一个可以解释所有基本粒子成因和准确地计算得到各种数据的理论就是人类向万物理论发起冲锋的第一步。
宇宙中的四种“力”
再让我们来看看第二个问题——宇宙中的“力”。
我如果问你“力”是什么，你可能马上想到力不就是力气、力量、力度吗，我如果问你受力的大小怎么理解？你可能会挥起拳头这么一比画，说拳头往沙包上打去，打得越狠，沙包受到的力就越大。可是，这些力都不是物理学家眼中这个宇宙中最根本的力。我们一拳打在沙包上，一个小球撞向另外一个小球，或者一颗子弹洞穿标靶，这些是动量守恒定理在起着作用，我们只要知道物体的运动速度和质量，就可以计算撞击后发生的一切事情。
什么才是最根本的力呢？我们根据牛顿定理就知道，力是改变物体运动状态的作用，那么到底是什么作用在改变着物体的运动状态呢？两个小球相撞，虽然两个小球各自的运动状态都被改变了，可是从整个系统的角度来看，两个小球仍然符合动量守恒，其实并没有什么“力”掺和在这起小球相撞事件中，只不过是“速度”从一个小球转移到了另外一个小球身上。
宇宙中的第一种基本的力是万有引力。你想想，我们平常所感受到的力其实究其本质都是引力在起作用，比如我们每个人自身感受到的重力，其实就是地球对我们的引力，大气压力是空气的重力，静止在高山上的石头滚落，是引力在起作用。
接着，人们又发现了宇宙中的第二种力，那就是电磁力，两块磁铁异性相吸，同性相斥，尤其是当你感受同性相斥的效应时，你尤其能实实在在地感受到磁力的存在。我们看到的火车开动，电梯升降，甚至煤气灶把水烧开，这些现象究其根本，其实，都是电磁力在起着作用。
除此之外，还有没有第三种力了呢？在爱因斯坦活着的时代，没有了。在爱因斯坦的时代，物理学家们发现，宇宙中一切运动的物理现象，究其根本就是只有两种力在起着作用：引力和电磁力。不论是什么样的运动状态的改变，你研究到最后，发现到头来归根结底是引力和电磁力的作用。
引力我们先有牛顿的万有引力公式后有广义相对论修正了的引力公式来描述，电磁力我们有优美的麦克斯韦电磁方程组来描述。而且我们发现引力比电磁力弱得多得多，比如把一根塑料棒在头上擦两下，就能把桌上的纸片轻而易举地吸起来，也就是说在头上擦两下产生的电磁力就远远地大于整个地球对纸片产生的引力。不过引力也有一个厉害的地方，那就是引力是长程力，无论距离多远，都能影响到，虽然衰减的速度跟距离的平方成反比，但是那也比电磁力要长得多，电磁力虽然很强，但是能影响的距离很短，力的大小随距离衰减得非常快。
爱因斯坦在生命的最后30年中，一直致力于把引力和电磁力统一到一个数学表达式中，这被称之为“统一场理论（GUT）”。爱因斯坦认为如果统一了引力和电磁力，他就找到了这个宇宙中最深的奥秘，并且他坚信利用他发现的广义相对论能够找到这个统一场理论。然而，悲壮的爱因斯坦就像只身去炸碉堡的董存瑞，苦苦追寻了30年，直到去世，也没有把这个理论堡垒给炸掉。其根本原因还在于，广义相对论这个炸药包在统一场理论这个堡垒面前，仍然显得太藐小了。在爱因斯坦之前的所有物理学家都习惯于“自大而小”地寻找理论，也就是先从最大的宏观上找到一个近似的理论，然后逐步地去修正它，使之和实验值符合得越来越精确。在后爱因斯坦时代，人们开始意识到可能这个方法根本就错了，或许“自小而大”才是根本解决之道。
在爱因斯坦死后，人类对微观世界的了解越来越多，尤其是有了威力巨大的粒子加速器之后，人类对原子的了解突飞猛进。于是，又有两种最基本的力被发现，一种叫做弱核力，它是产生物质的放射性现象的根本原因；另一种叫做强核力，这种力把质子和中子结合成了原子核。说到这个强核力，看过《三体2》的朋友都对那个威力无穷的“水滴”印象深刻吧，那个“水滴”又叫“强相互作用力探测器”，“强相互作用力”指的就是“强核力”，它是人类迄今为止发现的最强的“力”，它有多强，看看《三体2》就印象深刻了。
现在，上帝把这四种力摆在人类的面前，就好像是四块“七巧板”，上帝说这四块板子其实原本是一个完全没有缝隙的完整正方形，我用一种巧妙的手法把它分割成了四块，请你们人类思考一下该如何还原回去。
上帝留给了人类两道终极思考题，一道题是请用一个统一的理论解释所有基本粒子的起源和成因；另一道题是请把宇宙中的四种基本作用力用一个统一的数学公式描述。
经过3000年的科学攀登，经过无数的磨难和坎坷，我们曾经掉在陷阱里面几百年出不来，也曾经被困在迷宫中差点找不着出路，终于，这一天来临了。我们，这个居于银河系边缘的一个毫不起眼的叫做太阳系中的一颗美丽蓝色行星上的两足生物，站到了上帝的面前。上帝说如果你们能解开这两道题目，那么请接受我最诚挚的敬意，从此我收回我以前的一句玩笑话“人类一思考，上帝就发笑”。
我们朝上帝微微一笑：“不论你发不发笑，我们都不会停止思考。”
超弦理论
上帝有时候对人类挺好，经常会给我们一点好运气，弦理论的发现也是这样。物理学界流传着这样一句话——“弦理论是21世纪的理论偶然落到了20世纪，被好运气的物理学家们拾到了。”
1968年，有一个叫做维尼齐亚诺（Gabriele Veneziano）的年轻物理学家，他任职于大名鼎鼎的欧洲核子研究中心（简称CERN，这里面出过很多牛逼哄哄的人物，包括互联网之父蒂姆·伯纳斯·李），我们前面提到的那个全世界最大的粒子加速器LHC也是这个机构建造的。
大多数物理学家都是数学家，这个维尼齐亚诺也不例外，他对数学是相当的有兴趣。有一天，他闲来无事开始把玩200多年前大数学家欧拉发明的一个函数——所谓的欧拉β函数，给一个x值，算出一个y值，再给一个x值，再算出y值，然后写在纸上，就好像小孩子孜孜不倦地把积木摆来摆去一样。
你可能觉得物理学家真变态，这有啥好玩的？我们大多数人都对数字很讨厌，避之唯恐不及，所以我们大多数人就只能当当普通老百姓，当不了神奇的“家”。维尼齐亚诺玩着玩着，突然发现眼前这些数字怎么越看越熟悉啊，你是不是想起来了，我们在第三章中提到赫兹在看到电磁波的速度是31.5万公里／秒这个数字的时候想到了斐索实验中光速也是这个数字，于是人类了解了光的本质。
物理学有时候就充满了这种惊奇和意外，维尼齐亚诺手中的这些数字让他突然就联想到了全世界各地汇集过来的粒子对撞中产生的大量的原子碎片的各种数据，它们似乎有着极其惊人的关联。冥冥之中，似乎200多年前的欧拉获得了上帝的启示，写下了这个欧拉β函数，历经200多年的时空穿越，维尼齐亚诺偶然发现了这个函数的惊人秘密。但问题是，这个函数虽然很管用，但是没有人能知道这个函数到底代表着什么物理意义，就好像一个小孩背会了九九乘法表，可以轻松地帮奶奶算出菜价，但是小孩却完全不知道这个像歌谣一样的九九乘法表是怎么来的，表示什么意义，维尼齐亚诺面临的尴尬就跟这个小孩是一样的。
要把一团乱麻给理成一根线，最关键也是最难的是要找到线头，现在，揭示微观世界秘密的线头被找到了，就是这个欧拉函数。两年之后，芝加哥大学、斯坦福大学、玻尔研究所的几位科学家几乎同时发现，如果用小小的一维的振动的弦来模拟基本粒子，那么它们之间的核作用力就能精确地用欧拉函数来描写。这根弦非常非常小，小到在我们现有的所有实验条件下，它表现出来的都仍然像一个点，实在太小了。
然而，弦理论的这条路非常的坎坷，似乎一堆刚刚冒出一点火星的柴堆，还没蹿出第一个火苗就被当头浇了一盆凉水。弦理论最初的几个预言被实验数据无情地推翻，全世界的物理学家们在一片欷歔中都不情愿地把弦理论扔进了废纸篓，只有谢尔克、格林和施瓦兹等几个少数物理学家仍然没有放弃。他们觉得弦理论所展现出来的数学之美实在是太令人印象深刻了，哪怕在实验数据上有瑕疵，他们也不愿意放弃，他们愿意去修正理论而不是扔到垃圾桶中。经过10多年的努力，终于在一篇里程碑式的文章中，他们解决了矛盾，并且向世人宣告弦理论有能力成为万物理论。这篇文章在物理学界一石激起千层浪，许多物理学家放下手头的工作，激动地阅读格林和施瓦兹的文章；读罢，很多人都马上停掉了手里的研究项目，转而一头奔向这个终极理论的战场，有什么事情能比得上探求统一全宇宙的理论更令人激动呢？
1984年至1986年，被物理界称为“第一次超弦革命”。为什么在弦理论前面又增加了一个“超”字呢？格林和施瓦兹认为每一个基本粒子必须要有一个“超对称”的伙伴，电子有一个超伙伴叫做超电子，光子的超伙伴叫做光微子等等。弦理论和超伙伴的假想一结合，立即发挥出巨大的威力，就好像脱去普通西装，露出内裤外穿的超人本身，从此，弦理论升级为超弦理论。超弦理论认为，任何基本粒子都不是一个点，而是一根闭合的弦，当它们以不同的方式振动时，就分别对应于自然界中的不同粒子。我们这个宇宙是一个十维的宇宙，但是有六个维度紧紧蜷缩了起来。就像远远地看一根吸管，它细得就像一条一维的线，但是当我们凑近一看，发现其实是一根三维的管，其中的二维卷起来了。那六个维度的空间收缩得如此之紧，以至于你必须要放大一亿亿亿亿多倍（1后面34个零）才能发现，其实所有的粒子都不是一个点，而是一个六维的“橡皮筋圈”，不停地在空间振动，发出曼妙的音乐。
图10-3 超弦假想图
在第一次超弦革命爆发到现在，已经过去了20多年，物理学界又有了很多很多的进展，例如从超弦理论中又派生出M理论，现在正在大热。这个理论把十维的宇宙又扩展了一维，变成了十一维的宇宙（十个空间维加上一个时间维），再往下讲就不是这本书力所能及的了，毕竟这仅仅是一本介绍相对论的闲书，甚至都不能称之为一本严谨的科普书。如果你对超弦理论还想了解得更多，推荐阅读B．格林［美］著《宇宙的琴弦》。
伟大的设计
我们这本书的旅程到这里差不多就要到达终点了，然而终点并不意味着结束，恰恰意味着一个新的起点，这个宇宙留给我们的两道终极思考题还没有找到答案。
1999年，霍金在一次演讲中公开宣称，他愿意1赔1的赔率跟任何人打赌，人类将在20年之内找到万物理论。现在离霍金的赌局结束还有8年的时间，这未来的8年中物理学界还会有些什么激动人心的发现，谁也无法预知。
超弦理论作为目前万物理论的唯一候选仍然面临诸多的挑战，前途似乎非常的坎坷，即便是像LHC这样全世界最大的粒子加速器，也只能探测到100亿亿分之一米大小的尺度，探测更小的尺度需要更高的能量，这意味着把能量聚集到单个粒子的加速器也必须做得很大很大，而弦的尺度比我们今天能探测到的尺度还要小17个数量级。因此，如果用今天的技术，至少要把我们的加速器造得跟银河系那么大才有可能探测出一根根的弦。但是我们不是要等到直接“看”到弦的那一天才能证明出超弦理论是否正确，仍然可以有很多的间接证据和实验信号来验证超弦理论。
从第一只古猿直立身体仰望星空到我们今天建造出LHC这样的庞然大物，不过最多180万年，和宇宙140亿年的历史来比，就如同一个百岁老人的一生中不到七分钟的时间。然而正是在这七分钟里，我们的哈勃太空望远镜已经能看到140亿光年外的宇宙尽头；我们的LHC能探测到比我们肉眼能看到的尺度小一亿亿倍的东西；我们发明的理论大到能推测宇宙的膨胀系数，描述星系的运动轨迹；小到可以解释令人难以置信的量子的行为。现在，或许就差那么最后一步，人类将站到一个全新的高度来审视我们所处的这个神奇宇宙。难怪霍金在《大设计》中发出尼采式的宣言：
它（万物理论）将是人类长达3000年以上智力探索的成功终结，我们将找到这个宇宙中最伟大的设计！
霍金的理想或许已经真的离我们不远了，在我的有生之年很有可能可以等到物理学家向我们宣布找到万物理论的那一天，我从内心深处为生活在这个充满挑战的时代而感到庆幸。唯一遗憾的是，我除了静静地等待，什么也做不了，但是如果我亲爱的读者中有即将选择自己人生方向的学子的话，那么请接受我对你的羡慕，你将有机会投身到这场寻找大设计、解答上帝的两道终极思考题的智力探索中，未来之路刚刚在你脚下展开，你的这一步或许决定了我能不能在有生之年看到答案！