若想一劳永逸地为世间万物构筑一种完整的统一理论，那会是非常困难的。所以，我们走的是另一条路，那就是通过发现局部性理论以求得进展。这些理论对有限范围内的事物作了描述，而对其他因素的影响则不予考虑，或者以一些确定的数字作为它们的近似。例如，在化学中，我们可以计算原子间的相互作用，而无需知晓原子核的内部结构。但是，归根结底人们总是希望能找到一种完美而又自洽的统一理论，而且它应能包容作为其近似表述的所有那些局部性理论。对此类理论的探求被称为“物理学的统一性”。

爱因斯坦把他晚年的大部分时光用于探索一种统一理论，但未取得成功，不过在那个年代时机尚未成熟，因为当时人们对核力所知甚少。另外，爱因斯坦拒不相信量子力学的真实性，尽管他对量子力学的发展曾发挥了重要作用。但是，测不准原理看来正是我们生活之宇宙的一个基本特征。因此，一种成功的统一理论必须明确地能包容这一原理。

到了今天，能找到此类理论的前景似乎要好得多了，因为我们对宇宙的认识已取得长足的进步。不过，我们必须谨防过分自信，因为之前已经有过似是而非的教训。例如，在20世纪初，人们曾以为世间万物都可以用连续物质的一些性质，如弹性和热传导性来加以解释。鉴于原子结构的发现和测不准原理，这种想法便告寿终正寝。

后来又有过一次：1928年马克斯·波恩曾对访问哥廷根大学的一批人说，“就我们所知，物理学将在六个月内终结”。他的这种自信，是基于不久前狄拉克发现了支配电子的方程53。有人认为应当有一个类似的方程支配质子（质子是当时所知唯一的一种另类粒子），而理论物理也就到此为止了。然而，中子和核力的发现又一次给持有此类观点的人当头一棒。

尽管说了上面这些话，我仍然以一种谨慎乐观的态度相信，现在有理由说我们可能已经接近探知自然界终极规律的目标。今天，我们已掌握了若干局部性理论。我们有了广义相对论，这是有关引力的局部性理论，以及还有支配弱力、强力和电磁力的局部性理论。后三种理论可以合并为所谓的大统一理论。不过这类理论并不非常令人满意，因为它们没有把引力包括在内。要想找到一种理论，以能把引力与其他几种力统一起来，其主要困难在于广义相对论乃是一种经典理论。这就是说，它并不包容量子力学的测不准原理。相反，其他三种局部性理论都与量子力学紧密地联系在一起。因此，必须做的第一步工作是，要把广义相对论与测不准原理结合起来。正如我们已看到的那样，这样做可以导出一些很值得注意的结论，如黑洞并非黑不可知，宇宙是完全自足的，而且没有边界。麻烦在于，测不准原理意味着即使是完全真空的空间也充满了虚的粒子和反粒子对。这些虚粒子对会具有无限大的能量，而这意味着它们的引力作用会使宇宙高度弯曲成无限小的尺度。

在其他一些量子理论中，也会出现一些颇为类似的、看上去很荒唐的无限大问题。不过，在这些理论中，此类无限大可以通过一种所谓重正化54的处理方法而不复出现。这种方法涉及对理论中粒子的质量和力的强度进行调整，而调整的范围也是无限大。尽管这种方法就数学上来说颇为令人生疑，但在实际应用上看来却是有效的。人们已经利用这种方法做出了一些预言，而且以异乎寻常的精确度与观测结果相一致。但是，从力图找到一种完美理论的观点来看，重正化有一个严重的缺陷。一旦从无限大中扣除无限大，那么您想要什么答案就可以取得什么答案。这意味着，从这种理论不可能预言质量和力的强度之实际数值。相反，它们不得不通过与观测结果间的拟合来加以选定。对广义相对论来说，只有两个量是可以调整的，那就是引力强度和宇宙学常数。然而，调整这两个量尚不足以避开所有的无限大。为此，有人提出了一种理论，这种理论看来能对某些量（如时空曲率）做出预言，这些量尽管实际上为无穷大，但它们是可以观测的，且测定值必然是有限的。为了解决这一难题，1976年有人提出了一种称之为“超引力”的理论。这种理论本质上就是广义相对论，只是补充了一些粒子。

在广义相对论中，引力可以看作起因于一种自旋为2的粒子，这就是引力子。上述理论的思想是，应增加自旋为3/2、1/2和0的其他几种与之不同的新粒子。于是，从某种意义上说，所有这些粒子都可认为是同一种“超粒子”的不同表现。对于自旋为1/2和3/2的虚粒子/反粒子来说，它们应当具有负能量，而这种负能量往往会与自旋为0、1和2的虚粒子对的正能量相抵消。这样一来，许多可能的无限大也就不复存在，但令人担心的是有些无限大仍然可能留存下来。不过，要想确认是否仍留下某些无限大而未被消除，所需要的计算工作量非常大，且难度很高，因而没有人打算进行此类计算。即使用计算机来算，估计至少也得花上四年时间。在计算中至少出错一次，或者也许多次出错，这种可能性是很大的。所以，若想知道某人得出的答案是正确的，那么必得另有人重复这项计算，并能取得相同的结果，而要做到这一点看来是不太可能的。

鉴于上述难题的存在，另一种与之不同的见解便应运而生，那就是弦论。在此类理论中，基本客体不再是在空间中只占了一个点的粒子，而代之以某种有长度却无其他维度的东西，犹如一条无限细的弦圈。在每一瞬刻，一个粒子仅占了空间中的一点。所以，它的历史便可以用时空中的一条线来表示，称为“世界线”。另一方面，在每一瞬刻，一条弦则占了空间中的一条线，因而它在时空中的历史是一个二维曲面，称为“世界面”。此类世界面上的任意一点，可以用两个数来描述，一个表征时间，另一个则表征点在弦上的位置。弦的世界面乃是一个圆柱面，或者说一根管子。管子的截面是一个圆，它代表了某一特定时刻弦所处的位置。

两段弦可以连接起来，并合成一条弦，这有点像两条裤腿连接成一条裤子。类似地，一条弦也可以分割成两条弦。在弦论中，先前被视为粒子的客体，现在可想象为沿着弦传播的波，就像是冲水管上的波。一个粒子因另一个粒子的作用而被发射或者被吸收，与之相应的就是弦的分割或者连接。例如，与太阳对地球的引力作用相对应的便是h形的水管或导管。弦论多少有点像自来水管道。在h形结构两个竖直管道上的波，对应于太阳和地球上的粒子，而与水平连接管上的波所对应的便是在两者之间传播的引力。

弦论有着一段异乎寻常的历史。最早，它是在20世纪60年代末被虚构出来的，当时有人试图找到一种理论来描述强力。它的构想是，像质子和中子这样的粒子，可以看作为一条弦上的波。粒子间的强力对应于一些弦段，它们游走于其他一些弦段之间，这种情况有点像蜘蛛网。为了用这种理论来说明粒子间强力的观测值，那些弦必须像橡胶带一样，并能承受10吨左右的拉力。

1974年，约埃尔·歇克和约翰·施瓦茨发表了一篇文章，在文中他们证明了弦论可以用来描述引力，条件是弦的张力必须要大得非常多——约达1039吨。在常见的长度范围内，弦论所作的一些预言与广义相对论的预言完全一致，然而在非常小的距离（小于10-33厘米）上两者就迥异了。不过，他们的工作并没有引起太大的注意，因为正是在那一时间前后大多数人抛弃了原始的、有关强力的弦论。歇克去世时景况甚为凄惨。他得的是糖尿病，在处于昏迷状态之际周围没有人为他注射胰岛素。这么一来，孤零零的施瓦茨几乎成了弦论的唯一支持者；然而，今天提出的弦张力之数值还要大得多。

到了1984年，人们突然间再度对弦产生了兴趣，这大概有两方面的原因。其一，人们在证明超引力是有限的，或者说要证明它可以用来解释我们已观测到的那几类粒子方面，实际上并没有取得多大的进展。其二，约翰·施瓦茨和迈克·格林在他们所发表的一篇论文中证明，弦论也许能用来解释内禀左手征粒子的存在，而我们所观测到的某些粒子便具有这种特征。不管是什么原因，许多人很快开始从事弦论方面的工作。一种称为异型弦的新版本弦理论发展起来了，而且看来很有可能用它来解释我们所观测到的各类粒子。

弦理论同样会引出一些无限大，不过人们认为在诸如异型弦一类的变形版本中它们都会互相抵消。可是，弦理论中也存在一个更大的问题：只有当时空为十维或者二十六维、而不是通常的四维时，它们才会是自洽的。当然，额外的时空维度对科幻小说而言乃是司空见惯之事；事实上它们几乎是不可或缺的内容。不然的话，鉴于相对论隐含了人们不可能以超过光的速度旅行，而这一事实意味着要想穿越我们自己的银河系，会因所需时间太长而不可能实现，更不要想去其他星系旅行了。科幻小说中的构思是，人们能借助较高的维度找到一条捷径。我们可以按以下方式来做一番想象。设想我们生活的空间仅有二维，而且它是弯曲形的，就像是甜甜圈或说一个环形曲面的表面。如果您位于环的某一边上，并打算去另一边上的某一点，那么您必得绕着环走。然而，要是您能做到在第三维中旅行，那么您就可以抄近路笔直横穿过去。

如果所有这些额外的维度确实存在，那我们为什么对之毫无察觉呢？为什么我们所看到的只是三维空间和一维时间呢？对此的解释是，其他的维度均弯曲在范围极小的空间内，其尺度大约只有100万亿亿亿分之一英寸。这样的尺度实在是太小了，以至于无法被我们所觉察。我们所看到的只是三维空间和一维时间，而且此类时空是完全平直的。这种情况可比作为橙子的表面：如果您在近距离观察，整个表面是弯曲的，而且布满皱纹；然而要是从远处看，您就看不到那些隆起的结构，它看上去显得很平滑。对于时空来说情况也是如此。在非常小的尺度上它是十维的，而且高度弯曲。但是在较大尺度上，您看不到弯曲，或者说看不到额外的维度。

如果这幅图像是正确的话，对于想要成为空间旅行者的人来说那可是坏消息。额外的维度实在是太小了，空间飞船无法得以通过。然而，这又引起了另一个重要问题。为什么某些维度应该卷成一个小球，而不是所有的维度都是如此呢？据推测，极早期宇宙中所有维度都应当是高度弯曲的。那么为什么三维空间和一维时间展平了，而其他维度仍维持紧卷状态呢？

一个可能的答案是人择原理。为了发展出像我们这样的复杂生命，两维空间看来是不够的。例如，对于生活在一维地球上的两维人来说，两个人若要想彼此穿越而过，那么一个人就必须从另一个人的身上攀爬过去。如果一个两维生命吃了什么东西，那它是不可能完全消化的，它不得不把残留物吐出来，而且吐出的通道与吞食通道是一样的，这是因为要是有一条通道贯穿整个生命体，那么它会把这个生命分割成两个不相连的部分，而我们的两维生命也就解体了。类似地，想要理解两维生命体内如何才能进行某种血液循环亦很困难。当空间的维度大于三时，同样会出现一些问题。这时两个物体之间的引力随距离的增大而减小，会比三维空间中减小得更快。由此引起的一个严重后果是，行星（如地球）绕太阳的运动轨道不会处于稳定态。因诸如其他行星的引力所造成的极微小的扰动，会使地球沿螺旋形轨道远离或跌入太阳。这么一来我们要么会彻底冻结，要么就被焚烧殆尽。实际上，这样一种引力随距离而变的特性，同样会使太阳处于不稳定态。太阳或者会分崩离析，或者会经坍缩而形成黑洞。无论哪种情况，作为地球上生物之光和热的源泉，太阳就没有太大的用处了。在较小尺度上，使原子中电子绕核作轨道运动的电力，也会表现出与引力相同的变化特性。于是，所有的电子都会从原子中逃逸出去，或者按螺旋式运动掉入原子核。不管出现何种情况，原子都不可能保持现在我们所知道的那种模样。

看来，生命——至少是我们所知道的那种生命，显然只能存在于特定的时空区域之中，它们有三维空间和一维时间，而且都不会因卷曲而变得非常小。这意味着人们可以援引人择原理，不过前提条件是可以证明弦理论至少确能容许在宇宙中存在此类区域。而且，看来每一种弦理论确实都容许此类区域的存在。宇宙中很可能存在其他的区域，或者还存在别的宇宙（且不论这意味着什么），而在这些宇宙中所有的维度都卷曲得很小，或者其中有四个以上的维度是近乎平直的。不过，在此类区域中不会有任何智慧生物存在，而对有效维度之不同个数的观测也就无从谈起了。