七、理論物理已經接近尾聲了嗎？

我要在這幾頁討論在不太遠的將來，譬如講本世紀末實現理論物理學目標的可能性。我這裏是說，我們會擁有一套物理相互作用的完整的協調的統一理論，這一理論能描述所有可能的觀測。當然，人們在做這類預言之時必須十分謹慎。以前我們至少有過兩回以為自己瀕於最後的綜合。人們在本世紀初相信，任何東西都可以按照連續體力學來理解。所要做的一切只不過是測量一些諸如彈性係數、粘滯性和傳導性等等參數。原子結構和量子力學的發現粉碎了這一希望。又有一回，在本世紀二十年代末，馬克斯-玻恩對一群訪問格丁根的科學家說：“盡我們所知，物理學將在六個月內完結。”這是在保羅-狄拉克發現狄拉克方程之後不久講的。狄拉克是盧卡遜教席的一位前任。以他命名的方程制約電子的行為。人們預料類似的方程會制約質子，質子是另一種當時僅知的假設為基本的粒子。然而。中子和核力的發現又使那些希望落空。現在我們已經知道，事實上不管是質子還是中子都不是基本的，它們是由更小的粒子構成的。儘管如此。我們近年來取得了大量的進步，而且正如我將要描述的，存在某些謹慎樂觀的根據，相信在某些閱讀這篇文章的讀者有生之年我們能看到一套完整的理論。

[9]作者註：1980年4月29日我在劍橋就職為盧卡遜數學教授。這篇文章即是我的就職講演，由我的一名學生宣讀。

即使我們的確得到了完整的統一理論，我們除了最簡單的情形外，仍然不能作任何細節的預言。例如，我們已經知道制約我們日常經歷的任何事物的物理定律。正如狄拉克指出的，他的方程是“大部分物理學以及全部化學的基礎”。然而，我們只有對非常簡單的系統，包括一顆質子和一顆電子的氫原子才能解這個方程。對於具有更多電子的更複雜的原子，且不說具有多於一個核的分子，我們就只能藉助於近似法和直覺猜測，其有效性堪疑。對於由大約10↑23顆粒子構成的宏觀系統，我們必須使用統計方法而且拋棄獲得方程準確解的任何幻想。我們雖然在原則上知道制約整個生物學的方程，但是不能把人類行為的研究歸結為應用數學的一個分支。

我們說的物理學的一個完整的統一理論是什麼含義呢？我們對物理實在的模型通常由兩個部分組成：

1.一族各種物理量服從的局部定律。這些定律通常被表達成微分方程。

2.一系列邊界條件。這些邊界條件告訴我們宇宙某些區域在某一時刻的狀態以及後來從宇宙的其他部分傳遞給它的什麼效應。

許多人宣稱，科學的角色是局限於這兩個部分的第一個，也就是說一旦我們得到局部物理定律的完整集合，理論物理也就功德圓滿了。他們把宇宙初始條件的問題歸入形而上學或者宗教的範疇。這個看法在某種方面像本世紀以前勸阻科學研究的那些人的觀點，他們說所有自然現象都是上帝的事務，所以不應加以探索。我認為，宇宙的初始條件和局部科學定律可以同樣地作為科學研究和理論的課題。只有在我們比僅僅宣稱“事情現在之所以如此是因為它過去是過去的那種樣子”更有作為時，我們才算有了一個完整的理論。

初始條件的唯一性問題和局部物理定律的任意性問題密不可分：如果一個理論包含有一些諸如質量或者偶合常數的人們可以隨意賦值的可調節參數，則我們不把它當成是完整的。事實上，無論是初始條件還是理論中的參數值似乎都不是任意的，它們是被非常仔細地選取或者挑選出來的。例如，質子——中子質量差若不為兩倍電子質量左右，人們就不能得到大約二百種穩定的核，這些核構成元素，並且是化學和生物的基礎。類似的，如果質子的引力質量非常不同，就不能得到這些核在其中合成的恆星。此外，如果宇宙的初始膨脹稍微再慢一些或稍微再快一些，則宇宙就會在這種恆星演化之前就坍縮了，或者會膨脹得這麼迅速，使得恆星永遠不可能由引力凝聚而形成。

的確，有些人走得如此之遠，他們甚至把對初始條件和參數的這些限制提高到原理的地位，這就是人擇原理，可以把它敘述如下：“事物之所以如此是因為我們如此。”根據這一原理的一種版本，存在非常大量不同的分開的宇宙，它們具有不同的物理參數值和初始條件。這些宇宙中的大多數不能為智慧生命所需要的複雜結構發展提供恰當的條件。只有在少數具有和我們自己宇宙的類似的條件和參數的宇宙中，才可能讓智慧生命得以發展，並且詢問道：“宇宙為何像我們所觀測的那樣？”其答案當然是，如果宇宙換一種樣子，就不存在任何人去問這個問題。

人擇原理的確為許多令人注目的數值關係提供了某種解釋，我們在不同的物理參數值之間可以觀察到這些關係。然而，它不是完全令人滿意的。人們不禁覺得應該存在某種更深刻的解釋。此外，它不能解釋宇宙中的所有區域。例如，我們太陽系肯定是我們存在的先決條件，先決條件還包括更早代的鄰近恆星，重元素可由核聚變在這些恆星中形成。甚至我們整個銀河系也是必須的。但是似乎其他星系沒有必要存在，更不用說在整個能觀測到的宇宙中大體均勻分佈的我們看得見的億萬個星系了。宇宙的大尺度均勻性使如下的論證非常難以使人信服，像在一顆小行星上的某種複雜的分子結構這麼外在的微不足道的東西決定了宇宙的結構，這顆行星繞着一顆在相當典型的螺旋星系的外部區域的一顆非常平凡的恆星公轉。

如果我們不準備藉助於人擇原理，就需要某種統一理論來解釋宇宙的初始條件和各種物理參數值。然而，要一蹴而就地杜撰出一種包羅萬象的完整理論是太困難了(雖然這似乎不能阻止某些人這麼做，我每周都從郵政收到兩三種統一理論)。相反的，我們要做的是尋找部分理論，它能描述在忽視或以簡單方式去近似某些相互作用下的情形。我們首先把宇宙的物質內容分成兩個部分：“物質”即為諸如夸克、電子和繆介子等粒子，以及“相互作用”諸如引力和電磁力等等。物質粒子由具有半自旋的場來描寫，它服從泡利不相容原理，該原理保證同一狀態下最多只能有一顆同類的粒子。這就是我們能有不坍縮成一點或輻射到無窮遠去的固體的原因。物質要素又分成兩組：由夸克組成的強子，以及包括其餘的輕子。

相互作用被唯象地分成四個範疇。它們按照強度依序為：強核力，這只是強子之間的相互作用；電磁力，它是在帶電荷的強子和輕子之間的相互作用；弱核力，它是在所有強子和輕子之間的相互作用；最後還有迄今為止最弱的，即引力，它是在任何東西之間的相互作用。這些相互作用由整自旋的場所表示，這些場不服從泡利不相容原理。這表明它們在同一態上可有許多粒子。在電磁力和引力的情形下，其相互作用還是長程的，這表明由大量物質粒子產生的場可以疊加起來，得到在宏觀尺度上能被檢測到的場。正因為這些原因，它們首先獲得為之發展的理論：十七世紀牛頓的引力論，以及十九世紀馬克斯韋的電磁理論。牛頓理論在整個系統被賦以任何均勻的速度時保持不變，而馬克斯韋理論定義了一個優越的速度——光速，所以這兩種理論在本質上是相互矛盾的。人們最後發現，牛頓引力論必須被修正，使之和馬克斯韋理論的不變性相協調。愛因斯坦在1915年提出的廣義相對論達到了這種目的。

引力的廣義相對論和電磁力的馬克斯韋理論是所謂的經典理論。經典理論牽涉到至少在原則上可以測量到任意精度的連續變化的量。然而，當人們想用這種理論去建立原子的模型時產生了一個問題。人們發現，原子是由一個很小的帶正電荷的核以及圍繞它的帶負電荷的電子云組成的。自然的假定是，電子繞着核公轉，正如地球繞着太陽公轉一樣。但是經典理論預言，電子會輻射電磁波。這些波會攜帶走能量，並因此使電子以螺旋軌道撞到核上去，導致原子坍縮。

量子力學的發現克服了上述的困難。它的發現無疑是本世紀理論物理的最偉大的成就。其基本假設是海森堡的不確定性原理，它是講某些物理量的對，譬如講一顆粒子的位置和動量不能同時以無限的精度被測量。在原子的情形下，這表明處於最低能態的電子不能靜止地呆在核上。這是因為在這種情形下，其位置是精確定義的(在核上)，而且它的速度也被精確地定義(為零)。相反的，不管是位置還是速度都必須圍繞着核以某種概率分佈抹平開來。因為電子在這種狀態下沒有更低能量的狀態可供躍遷，所以它不能以電磁波的形式輻射出能量。

在本世紀的二十年代和三十年代，量子力學被極其成功地應用到諸如原子和分子的只具有有限自由度的系統中。但是，當人們嘗試將它應用到電磁場時引起了困難，電磁場具有無限數目的自由度，粗略地講，時空的每一點都具有兩個自由度。這些自由度可被認為是一個諧振子，每個諧振子具有各自的位置和動量。因為諧振子不能有精確定義的位置和動量，所以不能處於靜止狀態。相反的，每個諧振子都具有所謂零點起伏和零點能的某一最小的量。所有這些無限數目的自由度的能量會使電子的表觀質量和電荷變成無窮大。

在本世紀四十年代晚期，人們發展了一種所謂的重正化步驟用來克服這個困難。其步驟是相當任意地扣除某個無限的量，使之留下有限的余量。在電磁場的情形，必須對電子的質量和電荷分別作這類無限扣除。這類重正化步驟在概念上或數學上從未有過堅實的基礎，但是在實際中卻相當成功。它最大的成功是預言了氫原子某些光譜線的一種微小位移，這被稱為藍姆位移。然而，由於它對於被無限扣除后餘下的有限的值從未做出過任何預言，所以從試圖建立一個完整理論的觀點看，它不是非常令人滿意的。這樣，我們就必須退回到人擇原理去解釋為何電子具有它所具有的質量和電荷。

在本世紀五十年代和六十年代，人們普遍相信，弱的和強的核力不是可重正化的，也就是說，它們需要進行無限數目的無限扣除才能使之有限。這樣就遺留下無限個理論不能確定的有限余量。因為人們水遠不能測量所有這些無限個參量，所以這樣的一種理論沒有預言能力。然而，1971年傑拉德-特符夫特證明了電磁和弱相互作用的一個統一模型的確是可重正化的，只要做有限個無限扣除。這個模型是早先由阿伯達斯-薩拉姆和史蒂芬-溫伯格提出的。在薩拉姆——溫伯格理論中，光子這個攜帶電磁相互作用的自旋為1的粒子和三種其他的自旋為1的稱為W+，W-和Z-的夥伴相聯合。人們預言，所有這四種粒子在非常高的能量下的行為都非常相似。然而，在更低的能量下人們用所謂的自發對稱破缺來解釋如下事實，光子具有零靜質量，而W+、W-和Z-都具有大質量。該理論在低能下的預言和觀測符合得十分好，這導致瑞典科學院在1979年把諾貝爾物理獎頒給薩拉姆、溫伯格和謝爾登-格拉肖。格拉肖也建立了類似的理論。然而，因為我們還沒有足夠高能量的粒子加速器，它能在由光子攜帶的電磁力以及由W+、W-和Z-攜帶的弱力真正發生相互統一的範疇內檢驗理論，所以正如格拉肖自己評論的，諾貝爾委員會這次實際上冒了相當大的風險。人們在幾年之內就會擁有足夠強大的加速器，而大多數物理學家堅信，他們會證實薩拉姆——溫伯格理論[10]。

[10]作者註：事實上，1983年人們在日內瓦的歐洲核子中心觀測到W和Z粒子。1984年另一次諾貝爾獎頒給了卡拉-魯比亞和西蒙-范德-米爾，他們領導的小組作了此發現。只有特符夫特失去了得獎機會。

薩拉姆——溫伯格理論的成功誘使人們尋求強作用的類似的可重正化理論。人們在相當早以前就意識到，質子和諸如π介子的其他強子不能是真正的基本粒子，它們必須是其他，叫做夸克的粒子的束縛態。這些粒子似乎具有古怪的性質：雖然它們能在一顆強子內相當自由地運動，人們卻發現得不到單獨夸克自身。它們不是以三個一組地出現(如質子和中子)，就是以包括夸克和反夸克的對出現(如π介子)。為了解釋這種現象，夸克被賦予一種稱作色的特徵。必須強調的是，這和我們通常的色感無關，夸克太微小了，不能用可見光看到，它僅是一個方便的名字。其思想是夸克帶有三種色——紅、綠和藍——但是任何孤立的束縛態，譬如講強子必須是無色的，要麼像是在質子中是紅、綠和藍的組合，要麼像在n介子中是紅和反紅、綠和反綠以及藍和反藍的混合。

人們假定，夸克之間的強相互作用由稱作膠子的自旋為1的粒子攜帶。膠子和攜帶弱相互作用的粒子相當相像。膠子也攜帶色，它們和夸克服從稱作量子色動力學(簡稱為QCD)的可重正化理論。重正化步驟的一個結論是，該理論的有效耦合常數依所測量的能量而定，而且在非常高的能量下減少到零。這種現象被稱作漸近自由。這表明強子中的夸克在高能碰撞時的行為幾乎和自由粒子相似，這樣它們的微擾可以用微擾理論成功地處理。微擾理論的預言在相當定性的水平上和觀測一致，但是人們仍然不能宣稱這個理論已被實驗驗證。有效耦合常數在低能下變成非常大；這時微擾理論失效。人們希望這種“紅外束縛”能夠解釋為何夸克總被禁閉於無色的束縛態中，但是迄今為止沒有人能真正信服地展現這一點。

在分別得到強相互作用和弱電相互作用的可重正化理論之後，人們很自然要去尋求把兩者結合起來的理論。這類理論被相當誇張地命名為“大統一理論”或簡稱為GUT。因為它們既非那麼偉大，也沒有完全統一，還由於它們具有一些諸如耦合常數和質量等等不確定的重正化參數，因此也不是完整的，所以這種命名是相當誤導的。儘管如此，它們也許是朝着完整統一理論的有意義的一步。它的基本思想是，雖然強相互作用的有效耦合常數在低能量下很大，但是由於漸近自由，它在高能量下逐漸減小。另一方面，雖然薩拉姆——溫伯格理論的有效耦合常數在低能量下很小，但是由於該理論不是漸近自由的，它在高能量下逐漸增大。如果人們把在低能量下的耦台常數的增加率和減少率向高能量方向延伸的話，就會發現這兩個耦合常數在大約1015吉電子伏能量左右變成相等。(一吉電子伏即是十億電子伏。這大約是一顆氫原子完全轉變成能量時所釋放出的能量。作為比較，在像燃燒這樣的化學反應中釋放出的能量只具有每原子一電子伏的數量級。)大統一理論提出，在比這個更高的能量下，強相互作用就和弱電相互作用相統下，但是在更低的能量下存在自發對稱破缺。

1015吉電子伏能量遠遠超過目前的任何實驗裝置的範圍。當代的粒子加速器能產生大約10吉電子伏的質心能量，而下一代會產生100吉電子伏左右。這對於研究根據薩拉姆——溫伯格理論電磁力應和弱力統一的能量範圍將是足夠的，但是它還遠遠低於實現弱電相互作用和強相互作用被預言的統一的能量。儘管如此，在實驗室中仍能檢驗大統一理論的一些低能下的預言。例如，理論預言質子不應是完全穩定的，它必須以大約1031年的壽命衰減。現在這個壽命的實驗的低限為1030年，這應該可以得到改善。

另一個可觀測的預言是宇宙中的重子光子比率。物理定律似乎對粒子和反粒子一視同仁。更準確地講，如果粒子用反粒子來替換，右手用左手來替換，以及所有粒子的速度都反向，則物理定律不變。這被稱作CPT定理，並且它是在任何合理的理論中都應該成立的基本假設的一個推論。然而地球，其實整個太陽系都是由質子和中子構成，而沒有任何反質子或者反中子。的確，這種粒子和反粒子間的不平衡正是我們存在的另一個先決條件。因為如果太陽系由等量的粒子和反粒子所構成，它們會相互湮滅殆盡，而只遺留下輻射。我們可以從從未觀測到這種湮滅輻射的證據得出結論，我們的星系完全是由粒子而不是由反粒子組成的。我們沒有其他星系的直接證據，但是它們似乎很可能是由粒子構成的，而且在整個宇宙中存在粒子比反粒子的大約每108個光子一顆粒子的過量。人們可以採用人擇原理對此進行解釋，但是大統一理論實際上提供了一種可能的機制來解釋這個不平衡。雖然所有相互作用似乎都在C(粒子用反粒子來取代)，P(右手改變成左手)以及T(時間方向的反演)的聯合作用下不變，人們已經知道，有些作用在T單獨作用下不是不變。在早期宇宙，膨脹給出非常明顯的時間箭頭。這些相互作用產生的粒子就會比反粒子多。然而它們產生的數量太過依賴於模型，使得和觀測的相符根本不能當作大統一理論的證實。

迄今為止的大部分努力是用於統一前三種物理相互作用，強核力、弱核力以及電磁力。第四種也就是最後一種的引力被忽略了。為這麼做的一個辯護理由是，引力是如此之微弱，以至於量子引力效應只有在粒子能量遠遠超過任何粒子加速器的能量下才會顯著起來。另一種原因是，引力似乎是不可重正化的。人們為了得到有限的答案，就必須作無限個無限扣除，並相應地留下無限個不能確定的有限余量。然而，如果人們要得到完全統一的理論，就必須把引力包括進來。此外，廣義相對論的經典理論預言，在時空中必須存在引力場在該處變成無限強大的奇性。這些奇性在過去發生在宇宙的現在膨脹的起點(大爆炸)，在將來會發生在恆星還可能宇宙本身的引力坍縮之中。關於奇性的預言表明經典理論將會失效。然而，在引力場強到使量子引力效應變得重要以前，似乎沒有理由認為它會失效。這樣，為了描述早期宇宙並對初始條件給出有別於僅僅藉助人擇原理以外的解釋，則量子引力論具有根本的重要性。

這樣的一種理論對於回答如下問題也是不可或缺的：時間是否正如經典廣義相對論所預言的那樣，真的有起始而且可能有終結嗎？抑或在大爆炸和大擠壓處的奇性以某種方式被量子效應所抹平？當空間和時間結構本身必須服從不確定性原理時，這是個很難給出確切含義的問題。我個人的直覺是，奇性也許仍然存在，雖然人們在某種數學意義上可以把時間延拓並繞道這些奇點。然而、任何和意識或進行測量能力相關的時間的主觀概念都會到達終點。

獲得量子引力論並和其他三類相互作用統一的前景如何呢？人們寄最大希望於把廣義相對論推廣到所謂的超引力。在這個框架中，攜帶引力相互作用的自旋為2的粒子，引力子可由所謂的超對稱變換和其他一些具有更低自旋的場相關聯。這種理論具有一個偉大的功績，即它拋棄由半整數自旋粒子代表的“物質”和整數自旋粒子代表的“相互作用”之間的古老的二分法。它還具有的偉大優點是，量子理論中產生的許多無窮大會相互抵消。它們是否完全被抵消掉而給出一種不用做任何無限扣除的有限理論尚在未定之天。人們希望事情果真如此。因為可以證明，包含引力的理論要麼是有限的，要麼是不可重正化的，也就是說，如果人們要做任何無限扣除，那麼你就要做無限個無限扣除，並且留下無限個相應的不能確定的余量。這樣，如果在超引力中所有的無窮大都被相互抵消掉，我們就得到一種理論，它不僅完全統一了所有的粒子和相互作用，而且在它不再有任何未確定的重正化參數的意義上是完整的。

儘管我們還沒有一種合適的量子引力論，且不說把它和其他相互作用統一起來的理論，但是我們的確知道這種理論應有的某些特徵。其中之一和引力影響時空的因果結構的事實相關，也就是引力決定哪些事件可以是因果相關的。黑洞便是廣義相對論的經典理論中的一個例子。黑洞是時空的一個區域，這個區域中的引力場是如此之強大，以至於任何光線或者其他信號都被拖曳回到這個區域，而不能逃逸到外部世界去。黑洞附近的強大的引力場引起粒子反粒子對的創生，粒子對中的一顆粒子落進黑洞，而另一顆逃逸到無窮遠去。逃逸的粒子顯得是從該黑洞發射出來似的。在離開黑洞遠處的觀察者就只能測量到發射出來的粒子，而且由於他不能觀察到落到黑洞中去的粒子，所以不能把這兩者相關聯。這表明逃逸的粒子具有超越通常和不確定性原理關聯的額外的隨機性和不可預見性。在正常情況下，不確定性原理的含義是，對於一顆粒子人們要麼能明確預言其位置，要麼能明確預言其速度，要麼能明確預言其位置和速度的某種組合。這樣，粗略地講，人們做明確預言的能力被減半了。但是在從黑洞發射出的粒子的情形，就人們不能觀察在黑洞中會發生什麼而言，人們既不能明確預言發射出的粒子的位置，也不能明確預言其速度。人們所能給出的一切只是以一定模式發射出的粒子的概率。

因此，即便我們找到了一種統一理論，我們似乎也只能作統計的預言。我們還必須拋棄只存在我們所觀察的唯一宇宙的觀點。相反的，我們必須採納這樣的一幅圖像，存在所有可能的宇宙的系綜，這些宇宙具有某種概率分佈。這也許可以解釋為什麼宇宙在大爆炸時以一種幾乎完美的熱平衡的狀態開始。這是因為熱平衡對應於最大數目的微觀形態，因此具有最大的概率。我們可以修正伏爾泰的哲學家潘格洛斯[11]的名言：“我們生活在所有可以允許的最有可能的世界中。”

[11]譯者註：潘格洛斯(Pangloss)是伏爾泰小說《贛第德》中的人物，他是一名樂觀主義的哲學家，經常使贛第德陷入困難境地。他的名言為：“我的生活在所有可以允許的最好的世界中。”伏爾泰用他來影射盧梭。

我們在不太遠的將來找到一種完整的統一理論的前景如何呢？在我們每一次把自己的觀測推廣到更小尺度和更高能量時，我們總是發現了新的結構層次。本世紀初，具有3-10-2電子伏典型能量的粒子的布朗運動表明，物體不是連續的，而是由原子所組成的。之後不久，人們發現原先以為看不見的原子是由繞着一個核的電子所構成，其能量為幾電子伏。人們接着發現核子是由所謂的基本粒子質子和中子組成，它們由數量級為106電子伏的核鍵捆綁在一起。這個故事的最新插曲是，我們發現質子和中子是由夸克所組成，它們由能量為數量級109電子伏的鍵捆綁在一起。現在我們需要極其龐大的機器並花費大量金錢去進行結果不能預言的實驗，理論物理在這條路上已經走得如此之遠，真是令人不勝感慨。

我們過去的經驗暗示，在越來越高的能量下也許存在結構層次的無限序列。這種盒子套盒子的無限層次正是中國在“四人幫”時代的正統說法。然而，引力似乎應提供一種極限，但那只是在10-33厘米的非常短的距離尺度或者1028電子伏的非常高的能量下。在比這更短的尺度下，人們預料時空行為不再像光滑的連續統那樣，由於引力場的量子起伏，它會採取一種泡沫狀的結構。

在我們現在大約為1010電子伏和1028電子伏的引力截斷之間還有一個廣闊的待探索的區域。正如大統一理論那樣，假設在這個巨大的區間只有一二個結構層次也許是天真的。然而，存在一些樂觀的理由。至少在此刻情形似乎是，引力只能在某種超引力理論中可與其他的物理相互作用統一。只存在有限數目的這種理論。尤其是存在一種最大的理論，即所謂的N＝8的推廣超引力。它包括一種引力子，八種自旋為3／2的叫做引力微子的粒子，二十八種自旋為1的粒子，五十六種自旋為1／2的粒子，還有七十種自旋為0的粒子。它們就是具有這麼大的數目，還是不足以計及我們似乎在弱和強相互作用中觀測到的所有粒子。例如，N＝8的理論有二十八種自旋為1的粒子。這對於解釋攜帶強相互作用的膠子以及攜帶弱相互作用的四種粒子中的二種已經足夠，但是不能說明其餘的兩種。因此人們不得不相信，觀測到的粒子中的許多或者大多數，例如，膠子或者夸克不像它們此刻所顯示的那樣，不是真正基本的，它們是基本的N＝8粒子的束縛態。如果我們基於目前的經濟趨向作計劃，在可見的將來或者甚至永遠都不太可能擁有足夠強大的加速器去檢測這些複合結構。儘管如此，這些束縛態是從很好定義的N＝8理論產生的事實，可讓我們做一些預言，這些預言可以在現在或者最近的將來能夠達到的能量上得到驗證。這種情形和薩拉姆——溫伯格的弱電統一理論很類似。儘管我們還沒有達到弱電統一應該發生的能量，因為它的低能預言和觀測符合得這麼好，所以人們現在已經廣泛地接受了它。

關於描述宇宙的理論必定有某些非常奇異的東西。為什麼這種理論得以實現，而其他理論只能存在於其發明者的頭腦之中呢？N＝8超引力理論確有一些非常獨特之處。它似乎是滿足以下條件的僅有的理論：

1.它是在四維之中；

2.它把引力包括了進去；

3.它是有限的，不必進行任何無限扣除。

我已經指出過，如果我們要有一種沒有參數的完整理論，第三種性質是不可缺少的。然而，不藉助於人擇原理來解釋性質1和性質2就很困難。似乎存在滿足性質1和3的，但是不包含引力的一種協調的理論。然而，在這樣的一個宇宙中可能沒有足夠的吸引力使物質結團，它對複雜結構的發展也許是必要的。時空為何是四維的通常被認為是物理學範疇之外的問題。然而人擇原理也可以為此提供一個好的論證。三維的時空維數——我是說二維空間和一維時間——對於任何複雜機體肯定是不夠的。另一方面，如果空間維數超過三，圍繞太陽公轉的行星或者圍繞原子核旋轉的電子的軌道就變成不穩定，它們就會以螺旋的軌道向中心趨近。還存在時間維數比一更大的可能性，但是我本人發現這種宇宙難以想像。

迄今為止，我已隱含地假定存在一種終極理論，事情真的是這樣的嗎？至少存在三種可能性：

1.存在一種完整的統一理論。

2.不存在終極理論，但是存在理論的無限序列，只要採取這個理論之鏈的足夠遠的一環，就能對任何特定種類的觀測作出預言。

3.不存在理論。在某種程度之後，人們無法描述或者預言觀測，這些觀測只不過是任意的。

這第三種論斷是作為和十七、十八世紀的科學家相對抗的觀點提出的：他們怎麼能提出定律來剝奪上帝改變主意的自由呢？儘管如此，他們這麼做了，並且沒有惹到什麼麻煩。因為量子力學本質是關於我們不知道和不能預言的事物的理論，所以現在我們可以把可能性3合併到這個框架中，從而有效地消除了可能性3。

可能性2歸結為在越來越高能量下的結構的無限序列。正如我早先說過的，這似乎是不太可能的，因為人們預料在1028電子伏的普郎克能量處有一個截斷。這樣只給我們留下可能性1。在此刻N＝8超引力理論是可見的唯一候選者[12]。人們在幾年之內會作一些關鍵的計算，其結果也許證明該理論不行。如果該理論經受得了這些檢驗，似乎還需幾年才能發展出計算方法使我們能做預言，而且能解釋宇宙的初始條件以及局部科學定律。這些將是以後二十多年內理論物理學家的突出的課題。但是在結束之前我願提出一個小小的警告，也許給他們留下的時光比這個也多不了多少了。現在計算機是研究的好助手，但是它們必須服從人類的指揮。然而，如果人們延伸它們現代發展的突飛猛進的速度、很可能會把理論物理完全取代掉。這樣情形也許會變成，如果不是理論物理已經接近尾聲的話，便是理論物理學家的生涯已經接近尾聲了。

[12]作者註：超引力理論似乎是具有性質1，2和3的唯一的粒子理論。但是在寫完這篇文章后，人們把大量興趣投注於所謂的超弦理論。像弦的小圈的廣延的物體而非點粒子是這些理論的基本對象。它的思想是，我的覺得是粒子的東西實際上是圈上的一個振動。這些超弦理論似乎在低能極限下歸結為超弦力，但是迄今在從超弦理論抽取在實驗上可檢驗的預言方面只得到很少的成功。