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愛因斯坦在生命的最後30年裡一直在尋找所謂的統一場論——一個能在單獨的包羅萬象的協和的框架下描繪自然力的理論。激勵愛因斯坦的不是我們常想的那些與科學事業相關的東西,例如,為了解釋這樣或那樣的實驗數據。實際上,驅使他的是一種熱忱的信念:對宇宙的最深刻認識將揭示一個最大的宇宙奇跡,那就是,它所依賴的基本原理是那麼簡單而有力。愛因斯坦渴望以前所未有的清晰來表現宇宙的活動,讓每一個人都敬畏它那美妙動人的旋律。

愛因斯坦從未實現他的夢,主要原因是那底牌還沒看清楚:那時,自然力和物質的許多基本特徵我們還不知道,或者知之甚少。但在過去的半個世紀,每一代新生物理學家——經歷無數的曲折,走過數不清的死胡同——都不斷在前輩的基礎上添磚加瓦,構築起越來越完整的宇宙行為知識體系。當年,愛因斯坦滿懷熱情追求統一理論,卻空手歸來;如今,物理學家相信他們終於發現了一個框架,能把這些知識縫合成一個無縫的整體——一個單一的理論,一個原則上能描述一切現象的理論,這就是超弦理論,我們這本書的主題。

我寫《宇宙的琴弦》,是為了把物理學研究前沿的驚人發現帶給廣大的讀者,特別是那些沒有經過數學和物理學訓練的人。在過去的幾年裡,我開過一些超弦理論的普及演講,發現很多人都渴望瞭解當代研究說了哪些關於宇宙定律的東西,那些定律如何要求重建一個不朽的宇宙概念,在對終極理論追求的背後,藏著哪些挑戰。這本書解釋了愛因斯坦、海森堡以來的主要物理學成就,描述了那些發現是如何在我們時代的科學突破中四處開花結果的,我希望這能豐富讀者的知識和滿足讀者的好奇。

我也希望《宇宙的琴弦》能令那些有一定科學修養的讀者感興趣,對自然科學的學生和老師來說,我希望這本書不但能具體提供一些現代物理學的基本材料,如狹義相對論、廣義相對論和量子力學;同時也能把從四面八方走來尋求統一理論的研究者們動人的興奮和激動傳給大家。對於熱心的科普讀者,我向他們解釋了近10年來我們在認識宇宙的過程中獲得的振奮人心的進展;對於其他學科領域的同事,我希望這本書能給他們一種忠實而平靜的感覺,使人瞭解為什麼弦理論家會那麼津津樂道追求終極自然理論的那麼一點點進步。

超弦理論撒開了一張大網。它是一個深廣的主題,融合著許多重要的物理學發現。這個理論統一了大與小的定律,大到統領宇宙的盡頭,小到深入物質的核心。我們能通過許多不同的道路走近它。我選擇的是我們不斷演化著的空間和時間的認識,我認為這是一條特別扣人心弦的發展道路,它掃蕩舊觀念,引來了許多迷人的新發現。愛因斯坦向世界證明空間和時間在以一種陌生的令人驚訝的方式活動著。如今,前沿的研究已經通過許多捲縮在宇宙纖維裡的隱藏維度把他的發現綜合進量子宇宙——那些維度的複雜幾何很可能是打開某些空前幽深的問題的鑰匙。我們將看到,儘管有些概念令人難以捉摸,還是可以通過實際的類比來把握它們。理解了這些思想,一個驚人的革命性的宇宙圖景將展現在面前。

貫穿全書,我都緊扣科學,同時也常常通過類比和比喻,讓讀者對科學家如何達到當今的宇宙概念有一個直觀的認識。儘管我避開了專業術語和數學方程,但因為涉及的新概念太多,為了能完全跟上概念的發展,讀者可能還得不時停下來,想想這兒,想想那兒。第四篇的幾章(集中談最新進展)比其他部分更抽像;我會小心地先警告讀者,內容結構也經過了適當安排,以便讀者可以匆匆瀏覽或者跳過它們,而不會對全書的邏輯有太大的影響。為便於讀者記住正文裡引進的概念,我編了一個科學詞彙表。當然,馬虎的讀者可能會完全跳過書後的註釋,但認真的讀者會在註釋中看到正文的一些觀點被擴充了,簡化的思想也更清晰了,經過數學訓練的人還能在那兒發現一些更富專業情趣的東西。

我在寫這本書的過程中得到過許多人的幫助,我要感謝他們。David Steinhardt以極大的耐心閱讀了原稿,以編輯的眼光慷慨地提出了很好的建議,並給了我極大的鼓勵。David Morrison, Ken Vineberg, Raphael Kasper, Nicholas Boles, Steven Carlip, Arthur Greenspoon, David Mermin, Michael Popowits和Shani Offen認真讀了原稿,具體談了讀後的感覺,提出了令本書大為增色的意見。另外還有不少朋友也讀過全部原稿,並提出了建議和鼓勵,他們是Paul Aspinwall, Persis Drell, Michael Duff, Kurt Gottfried, Joshua Greene, Teddy Jefferson, Marc Kamionkowski, Yakov Kanter, Andras Kovacs, David Lee, Megan McEwen, Nari Mistry, Hasan Padamsee, Ronen Plesser, Massimo Poratti, Fred Sherry, Lars Straeter, Steven Strogatz, Andrew Strominger, Henry Tye, Cumrun Vafa和Gabriele Veneziano。我要特別感謝Raphael Gunner,他在本書寫作初期曾提出過很有遠見的批評,使它在整體上能有現在的樣子;我還要特別感謝Robert Malley,從本書的思考到落筆,他總是在一直激勵著我。另外,Steven Weinberg和Sidney Coleman也給了我重要的指導和幫助。我很高興與下列朋友進行過有益的交流:Carol Archer, Vicky Cassel, Anne Coyle, Michael Duncan, Jane Forman, Wendy Greene, Erik Jendresen, Gary Kass, Shiva Kumar, Robert Maw-hinney, Pam Morehouse, Pierre Ramond, Amanda Salles和Eero Si-moncelli。我感謝Costas Efthimiou幫我核對事實,尋找資料,還把我的說明正文的草圖繪成線條圖,而Tom Rockwell又憑他神聖的藝術家的眼光將那些圖重新創作出來。我也感謝Andrew Han-son和Jim Sethna,他們曾幫助我準備幾幅特殊的圖件。

感謝Howard Georgi, Sheldon Glashow, Michael Green, John Schwarz, John Wheeler, Edward Witten,當然還有Andrew Stromi-nger, Cumrun Vafa和Gabriele Veneziano,他們同意我借用和比較他們各人對不同問題的觀點。

我也樂意感謝W.W.Norton出版公司的兩位編輯,感謝An-gela Von der Lippe透徹的眼光和珍貴的建議,感謝Traci Nagle對細節的敏銳和認真的態度。我還要感謝我的著作代理人John Brockman和Katinka Matson,他們一直以專家的眼光指引著本書從開篇走到出版。

我做理論物理研究快20年了,要感謝國家科學基金委員會(NSF)、Alfred P.Sloan基金會和美國能源部的大力支持。我自己的研究主要是超弦理論對我們時空概念的影響,這大概也沒有什麼可奇怪的;在後面的幾章,我談了一些我有幸參與的發現。儘管我希望讀者能夠喜歡讀這些「內線」材料,但我也意識到他們可能會過高估計我在超弦理論發展中所扮演的角色。所以我借這個機會來感謝全世界成千的物理學家,感謝他們為追尋宇宙終極理論所做的貢獻。由於所選主題的原因,也因為篇幅的限制,還有很多人的工作沒能在書裡提到,我向所有那些作者說聲抱歉。

最後,我衷心感謝Ellen Archer堅定不移的愛與支持,沒有她,這本書是不可能寫出來的。

B·格林