“第一次超弦革命”由此爆發了,前不久還對超弦不屑一顧,極其冷落的物理界忽然像著了魔似的,傾注出罕見的熱情和關注。成百上千的人們爭先恐後,前仆後繼地投身於這一領域,以致於後來格勞斯(David Gross)說:“在我的經曆中,還從未見過對一個理論有過如此的狂熱。”短短3年內,超弦完成了一次極為漂亮的帝國反擊戰,將當年遭受的壓抑之憤一吐為快。在這期間,像愛德華·威頓,還有以格勞斯為首的“普林斯頓超弦四重奏”小組都作出了極其重要的貢獻,不過我們沒法詳細描述了。網上關於超弦的資料繁多,如果有興趣的讀者可以參考這個詳細的資料索引:

第一次革命過後,我們得到了這樣一個圖像:任何粒子其實都不是傳統意義上的點,而是開放或者閉合(頭尾相接而成環)的弦。當它們以不同的方式振動時,就分別對應於自然界中的不同粒子(電子、光子……包括引力子!)。我們仍然生活在一個10維的空間裏,但是有6個維度是緊緊蜷縮起來的,所以我們平時覺察不到它。想象一根水管,如果你從很遠的地方看它,它細得就像一條線,隻有1維的結構。但當真把它放大來看,你會發現它是有橫截麵的!這第2個維度被卷曲了起來,以致於粗看之下分辨不出。在超弦的圖像裏,我們的世界也是如此,有6個維度出於某種原因收縮得非常緊,以致粗看上去宇宙僅僅是4維的(3維空間加1維時間)。但如果把時空放大到所謂“普朗克空間”的尺度上(大約10-33厘米),這時候我們會發現,原本當作是時空中一個“點”的東西,其實竟然是一個6維的“小球”!這6個卷曲的維度不停地擾動,從而造成了全部的量子不確定性!

這次革命使得超弦聲名大振,隱然成為眾望所歸的萬能理論候選人。當然,也有少數物理學家仍然對此抱有懷疑態度,比如格拉肖,費因曼。霍金對此也不怎麼熱情。大家或許還記得我們在前麵描述過,在阿斯派克特實驗後,BBC的布朗和紐卡斯爾大學的戴維斯對幾位量子論的專家做了專門訪談。現在,當超弦熱在物理界方興未艾之際,這兩位仁兄也沒有閑著,他們再次出馬,邀請了9位在弦論和量子場論方麵最傑出的專家到BBC做了訪談節目。這些記錄後來同樣被集合在一起,於1988年以《超弦:萬能理論》為名,由劍橋出版社出版。閱讀這些記錄可以發現,專家們雖然吵得不像量子論那樣厲害,但其中的分歧仍是明顯的。費因曼甚至以一種飽經滄桑的態度說,他年輕時注意到許多老人迂腐地抵製新思想(比如愛因斯坦抵製量子論),但當他自己也成為一個老人時,他竟然也身不由己地做起同樣的事情,因為一些新思想確實古怪——比如弦論就是!

人們自然而然地問,為什麼有6個維度是蜷縮起來的?這6個維度有何不同之處?為什麼不是5個或者8個維度蜷縮?這種蜷縮的拓撲性質是怎樣的?有沒有辦法證明它?因為弦的尺度是如此之小(普朗克空間),所以人們缺乏必要的技術手段用實驗去直接認識它,而且弦論的計算是如此繁難,不用說解方程,就連方程本身我們都無法確定,而隻有采用近似法!更糟糕的是,當第一次革命過去後,人們雖然大浪淘沙,篩除掉了大量的可能的對稱,卻仍有5種超弦理論被保留了下來,每一種理論都采用10維時空,也都能自圓其說。這5種理論究竟哪一種才是正確的?人們一鼓作氣衝到這裏,卻發現自己被困住了。弦論的熱潮很快消退,許多人又回到自己的本職領域中去,第一次革命塵埃落定。

一直要到90年代中期,超弦才再次從沉睡中蘇醒過來,完成一次絕地反攻。這次喚醒它的是愛德華·威頓。在1995年南加州大學召開的超弦年會上,威頓讓所有的人都吃驚不小,他證明了,不同耦合常數的弦論在本質上其實是相同的!我們隻能用微擾法處理弱耦合的理論,也就是說,耦合常數很小,在這樣的情況下5種弦論看起來相當不同。但是,假如我們逐漸放大耦合常數,它們應當是一個大理論的5個不同的變種!特別是,當耦合常數被放大時,出現了一個新的維度——第11維!這就像一張紙隻有2維,但你把許多紙疊在一起,就出現了一個新的維度——高度!

換句話說,存在著一個更為基本的理論,現有的5種超弦理論都是它在不同情況的極限,它們是互相包容的!這就像那個著名的寓言——盲人摸象。有人摸到鼻子,有人摸到耳朵,有人摸到尾巴,雖然這些人的感覺非常不同,但他們摸到的卻是同一頭象——隻不過每個人都摸到了一部分而已!格林(Brian Greene)在1999年的《優雅的宇宙》中舉了一個相當搞笑的例子,我們把它發揮一下:想象一個熱帶雨林中的土著喜歡水,卻從未見過冰,與此相反,一個愛斯基摩人喜歡冰,但因為他生活的地方太寒冷,從未見過液態的水的樣子(無疑現實中的愛斯基摩人見過水,但我們可以進一步想象他生活在土星的光環上,那就不錯了),兩人某天在沙漠中見麵,為各自的愛好吵得不可開交。但奇妙的事情發生了:在沙漠炎熱的白天,愛斯基摩人的冰融化成了水!而在寒冷的夜晚,水又重新凍結成了冰!兩人終於意識到,原來他們喜歡的其實是同一樣東西,隻不過在不同的條件下形態不同罷了。

這樣一來,5種超弦就都被包容在一個統一的圖像中,物理學家們終於可以鬆一口氣。這個統一的理論被稱為“M理論”。就像沒人知道為啥007電影中的那個博士發明家叫做“Q”(扮演他的老演員於1999年車禍去世了,在此紀念一下),也沒人知道這個“M”確切代表什麼意思,或許發明者的本意是指“母親”(Mother),說明它是5種超弦的母理論,但也有人認為是“神秘”(Mystery),或者“矩陣”(Matrix),或者“膜”(Membrane)。有些中國人喜歡稱其為“摸論”,意指“盲人摸象”!