领导理论有哪些它们的观点是什么

弦论最初提出来，是为了统一自然的所有粒子和力。但经过1984年革命以来的10年研究，发生了意想不到的事情。这个本以为统一的理论分裂成了许多不同的理论：10维空间里的5个和谐的超弦理论，外加不同卷曲维下的几百万个不同形式的理论。十几年过去了，我们现在明白了弦论本身正需要统一。

第二次超弦革命发生在1995年，它正是那样的一场统一运动。革命的起因通常认为是那年3月威藤在洛杉矶弦论会议上的一个讲话，他提出了一个统一它们的设想。其实他并没有拿出一个新统一的超弦理论，而只是说存在那样的理论，它会有哪些特征。威藤的建议是基于最近的系列发现，它们揭示了弦论的一些新面目，极大增进了我们的理解。那些发现还揭示了规范理论和广义相对论之间更多的共性和联系，进而用它们统一了弦理论。这些进步（其中有的是现代理论物理学史上前所未有的）最终赢得了很多怀疑者，也包括我。起初，5个和谐的理论似乎描述了不同的世界，但到90年代中期，我们开始明白它们并不像表面那么不同。

如果出现了两种不同的方式来看同一个现象，我们就说它们有对偶性。分别让一对夫妻给你讲他们的故事，他们的说法会不同，但每个重要事件都能相互得到印证。和他们谈话多了，你就能指出两人说的故事有什么不同和联系。例如，丈夫觉得妻子过于自信，这正好印证了妻子抱怨丈夫太懦弱。我们可以说，两个人的话是互为对偶的。

弦理论家在寻找5个理论的相互关系时，开始运用不同类型的对偶性。有些对偶性是精确的：两个理论不是真的不同，只是描述同一现象的两种不同方式。其他对偶性是近似的，在这些情形，两个理论确实不同，但一个理论的现象类似于另一个理论的现象，这样就可以通过研究一个理论的某些特征来近似地了解另一个理论。

5个超弦理论中最简单的对偶性叫T对偶。“T”代表“拓扑的”，因为这种对偶性与空间的拓扑有关。52当某个紧化的空间维是圆时，就出现这种对偶。这时，弦可以缠绕在圆周上。实际上，它可以缠绕很多圈（图9-1）。弦缠绕圆周的圈数叫缠绕数。

图9-1　弦可以缠绕一个隐藏维。在这里的情形，空间是1维的，隐藏维是个小圆。图中的弦分别缠绕零圈、一圈和两圈

另一个数度量弦如何振动。这种弦和钢琴或吉他的弦一样，也有泛音，可以用自然数标记不同振动的音阶。T对偶就是两个缠绕着圆的弦理论之间的关系。两个圆的半径不同，但相互关联；一个等于另一个的倒数（以弦长为单位）。在这种情形，一个弦理论的缠绕数完全表现为另一个弦理论的振动音阶。这种对偶性出现在5个弦理论的某些对之间。它们看似从不同的理论出发，但把它们的弦缠绕在圆圈上时，就成为同一个理论了。

还有第二类对偶，人们也猜想它是精确的，尽管还没有证明。我们在第七章讲过，每个弦理论都有一个数决定弦分裂或结合的几率。这是弦的耦合常数，约定以字母g标记。当g很小时，弦分裂或结合的几率就小，我们就说相互作用弱。当g很大时，弦随时都在分裂或结合，我们就说相互作用强。

于是，两个理论又可能以下面的方式发生联系：每个理论都有耦合常数g。但是，当一个理论的g等于另一个理论的1/g时，两个理论的表现就会是一样的。这叫S对偶（S代表strong-weak，强弱）。如果g小，意味着弦相互作用弱，而1/g大，所以另一个理论中的弦相互作用强。

耦合常数不同的两个弦理论怎么可能有相同的行为呢？难道我们连弦分裂或结合的几率是大还是小都说不准了吗？只要知道了弦是什么，我们是能说清楚的。但事实是，在S对偶的情形下，我们相信两个理论拥有的弦比我们想象的更多。

弦的增生是一种常见但少有人认识的所谓“突现”现象的一个例子，“突现”一词所描述的是从巨大的复杂系统中生出新的性质。我们也许知道基本粒子满足的定律，但许多粒子束缚在一起时，各种新现象就会涌现出来。质子束、中子束和电子束可以结合生成新的金属；同样数目的其他东西可以结合生成生命的细胞。不论金属还是细胞，都不过是质子、中子和电子的集合体。那么，我们该如何来描述是什么让金属成为金属，细胞成为细胞的呢？区别二者的性质就叫突现性质。

看一个例子：金属最简单的行为大概就是振动；如果你敲击金属棒的一端，就会有声波从它穿过。金属振动的频率就是一种突现性质，声波在金属内传播的速度当然也是。想想量子力学中的波粒对偶，意思是每个波都伴随着一个粒子。反过来也是对的：每个粒子都伴随着一个波，也包括伴随着在金属中传播的声波的粒子，它叫声子。

声子不是基本粒子，当然也不是构成金属的粒子，因为它只能凭借构成金属的大量粒子的集合运动才能存在。但声子仍然还是粒子。它具有粒子的一切性质。它有质量，有动量，也携带能量。它的行为和量子力学规定的任何粒子应有的行为是一样的。我们说声子是突现粒子。

我们相信，弦也会发生这样的事情。当相互作用强时，有许许多多弦在分裂、结合，因而很难分辨哪根弦发生了什么。于是我们寻求大量弦的集合的某些简单的突现性质——通过那些性质来认识发生了什么。结果真的出现了有趣的事情。正如一束粒子的振动可以表现得像一个简单的粒子（声子），从大量弦的集合运动中也生出一根新弦，我们称它为突现弦。

突现弦的行为与普通的弦（我们不妨称其为基本弦）恰好相反。相互作用的基本弦越多，突现弦就越少。说得更准确一点儿：假如两根基本弦相互作用的几率正比于弦耦合常数g，那么在某些情形下，突现弦发生相互作用的几率就正比于1/g。

怎么区分基本弦与突现弦呢？事实证明区分不了——至少在某些情形是这样的。实际上，我们可以转换图像，把突现弦看作基本弦。那是强弱对偶性的一个奇异技巧。那就像我们在考虑金属时，把声子（声波的量子）看成基本的，而把构成金属的所有质子、中子和电子看成由声子构成的突现粒子。

和T对偶一样，这种强弱对偶也关联着5个弦理论中的某些对。唯一的问题是，这种关系仅适用于理论的某些状态抑或有着更深层的意义？这之所以成为问题，是因为我们必须研究某些理论对的状态——特定的对称性约束下的状态，才可能揭示那种关系。否则，我们就不能充分控制计算而得出好的结果。

接着，理论家们面临着两条可能的路线。乐观的一派——那时多数弦理论家都很乐观——走得很远，他们在证明结果的基础上，进而猜想他们在理论对中检验的特殊对称状态之间的关系，可以扩展到所有5个理论。就是说，他们假定即使没有特殊对称性，也总会存在突现弦，而那些突现弦也总是表现为其他理论中的基本弦。这意味着S对偶不仅联系着理论的某些方面，而且证明了它们的完全等价。

另一方面，少数悲观者担心5个弦理论也许真的彼此不同。在他们看来，哪怕只有在很少的情形下，一个理论的突现弦能像其他理论的基本弦，也是相当了不起的了。但他们意识到，这种事情即使在所有理论都不同的时候也可能是真的。

很多人曾观望（现在仍然在观望）乐观派与悲观派的对错。如果乐观派对了，那么原来的所有5个超弦理论都不过是同一个理论的不同描述形式。如果悲观派对了，那么它们真是不同的理论，因而没有唯一性，没有基本理论。只要我们不知道强弱对偶是近似的还是精确的，我们就不能知道弦理论是不是唯一的。

支持乐观派观点的一个证据是，相似的对偶性也存在于比弦理论更简单也更容易理解的理论中。有一种形式的杨-米尔斯理论，所谓“N=4超杨-米尔斯理论”，就是那样一个例子，它有着尽可能多的超对称性。为简单起见，我们将称它为最大超理论。有很好的证据表明这个理论具有某种形式的S对偶。它的行为大致是这样的：理论有大量带电荷的粒子，也有某些带磁荷的突现粒子。在通常情况下没有磁荷而只有磁极。每个磁体有两个磁极，分别叫南极和北极。但在特殊情况下，可以有彼此独立运动的磁极——它们就是著名的磁单极。最大超理论发生的情况是，存在某种电荷与磁单极交换的对称性。当两者交换时，如果将电荷值改变为原来数值的倒数，则理论描述的物理不会有任何改变。最大超理论是一个非同寻常的理论，我们很快就会看到，它将在第二次超弦革命中发挥巨大作用。不过，既然我们对不同的对偶性已经有了一点认识，我可以来解释威藤在洛杉矶的著名讲话中讨论的那个猜想了。

我说过，威藤讲话的关键思想是5个和谐的超弦理论其实是同一个理论。但那个单独的理论本来是什么呢？威藤没说，不过他确实描述了一个大胆的猜想，认为那个统一5个超弦理论的理论需要再多一维，这样空间就有10维，而时空是11维。53

这个特别的猜想首先是两个英国物理学家赫尔（Christopher Hull）和汤森（Paul Townsend）在一年前提出的。54人们已经发现，对偶性不仅存在于那5个理论中，也存在于任何弦理论以及11维的理论中，威藤在此基础上为猜想找到了大量的证据。

为什么弦理论的统一需要多1维呢？额外维的性质——卡鲁扎-克莱因理论中的圆半径——可以解释为在其他维上变化的场。威藤根据这个类比提出，弦理论的某个场其实就是在第11维延展的那个圆周的半径。

引进1个额外的空间维有什么用呢？毕竟，在11维时空里没有一个和谐的超对称弦理论。但在11维时空里还真有那么一个超对称的引力理论。你大概还记得，第七章说过那是所有超引力理论中维数最高的一个，是超引力的真正的珠穆朗玛峰。所以，威藤猜想那个11维的世界（额外的场指示了它的存在），在没有量子理论的情形下，可以用11维超引力来描述。

而且，尽管11维里没有弦理论，但关于在11维时空中运动的2维曲面，却自有它的理论。那个理论至少在经典水平上是很美妙的。它是1980年代初出现的，有个富有想象的名字，叫11维超膜理论。

在威藤之前，多数弦理论家因为很好的理由忽略了这个超膜理论。他们不知道是否能使这个理论与量子力学相容。有人尝试将它与量子论结合，失败了。当第一次超弦革命在1984年发生时，基于10维理论的迷人性质，多数理论家抛弃了这些11维理论。

可是现在，弦理论家在威藤的带领下，想起要复活11维的膜理论。他们这么做是因为他们发现了几个令人惊奇的事实。首先，如果我们将11维之一看作圆，就能将膜的一个维绕在那个圆上（图9-2）。这样，膜的另一维可以在其余9个空间维里自由运动。那就成了在9维空间里运动的1维物体。它看起来就是一根弦！

图9-2　左边是一个2维膜，我们可以想象它绕在一个隐藏维的小圆上。从远距离看（右图），它就像缠绕在大空间维的一根弦

威藤发现，将膜的一个维以不同方式缠绕在圆上，就可以得到那5个和谐的超弦理论；而且只能得到那5个理论，没有别的。

事情还不仅如此。我们说过，当弦缠绕圆时，有一种叫T对偶的变换。这些对偶和其他的对偶不同，它们是精确的。当膜的一维缠绕圆时，我们也看到了这种对偶变换。如果用从缠绕的膜得到的弦理论来解释这些变换，它们恰好就是联系那些弦理论的强弱对偶。你大概还记得，那种特别的对偶原来除了某些特殊情形外都是猜想的，还没有证明。而现在我们认识了它们来自11维理论的变换。这个美妙的结果令人不得不相信11维统一理论的存在。我们剩下的唯一问题就是怎么去把它找出来。

那年下半年，威藤为那个未知的理论起了一个名字。起名字是很了不起的艺术：他干脆就称它为M理论。他不想解释M代表什么，因为理论还没有呢。我们的责任是构建那个理论来填补那个名字的空白。

威藤的讲话提出了很多问题。假如他是对的，就有很多东西等着我们去发现。听讲的人中有个叫波尔琴斯基（Joseph Polchin-ski），是圣塔巴巴拉的弦理论家。他告诉我们，“爱迪讲话过后，为更好理解它，我为自己列出了20个家庭作业问题。”55那些作业领着他做出了一个对第二次超弦革命起着关键作用大发现——弦理论并不仅仅是关于弦的理论，10维时空里还有别的东西存在。

不熟悉水族馆的人认为那儿的东西都是鱼。但水族爱好者知道，鱼不过是吸引你第一眼的东西。健康的水族馆都养着植物。如果你只养鱼，它是不会好起来的，很快就会成为一个死鱼塘。现在看来，在第一次超弦革命期间，从1984年到1995年，我们就像只知道养鱼的业余爱好者，遗漏了很多系统必需的东西，直到波尔琴斯基才发现了那些遗失的要素。

1995年秋，波尔琴斯基证明，弦理论为了和谐一致，不但需要弦，还需要在背景空间中运动的高维曲面。56这些曲面也是动力学对象。它们和弦一样，在空间自由运动。如果说一维的弦是基本的，那么二维的曲面为什么不能也是基本的呢？在高维下，空间更大了，为什么不能有三维、四维、甚至五维的曲面呢？波尔琴斯基发现，除非有了这些高维的东西，否则弦理论间的对偶性不可能和谐出现。他称那些东西为D膜。（膜是二维的东西，D代表的专业意思我不想在这儿解释。）膜在弦的历程中起着重要作用：它们是开弦的端点所在的地方。通常情况下，开弦的端点在空间自由运动，但有时弦的端点可能被约束在膜的曲面上（图9-3）。这是因为膜可以携带电荷和磁荷。

图9-3　一个二维膜上约束着一根弦的端点

从弦的观点看，膜是背景几何的额外特征。它们的存在带来了更多可能的背景几何，从而极大丰富了弦理论。我们除了可以缠绕某个复杂几何中的额外的维，还可以将膜缠绕在那个几何的圆和曲面上。你想要多少膜就有多少膜，它们可以任意多圈地缠绕紧化的维。这样，我们就为弦理论制造了无限多个背景几何。波尔琴斯基的这幅图景将产生巨大的影响。

膜也深化了我们对规范理论与弦理论之间的关系的认识。事情是这样的：几张膜叠加在一起，使弦理论以一种新的方式产生对称。正如我刚才讲的，开弦可以终结在膜上。但如果几张膜在同一个位置，那么弦终结在哪张膜就无关紧要了。这意味着某种对称性在起作用，而我们在第四章说过，对称性可以产生规范理论。于是，我们就这样发现了弦理论与规范理论的新联系。但膜的作用还不止这一点。例如，我们将在下一章看到，它们还会引出更多可能的统一理论。

膜还为我们开辟了一条崭新的思路，去思考我们的三维世界如何能与弦理论的多个空间维相联系。波尔琴斯基发现的有些膜是三维的。将三维膜叠在一起，可以得到一个漂浮在多维空间里的具有任意对称性的三维世界。我们的三维宇宙会不会就是高维空间里的那样一个曲面呢？这是一个伟大的思想，有可能关联着一个叫膜世界的研究领域，在那儿，我们的宇宙就被看作漂浮在高维空间里的一个曲面。

膜实现了这一切；膜还做了更多的事情。因为它们，才可能在弦理论中描述某些特殊的黑洞。这是斯特罗明戈和维法（Cum-rum Vafa）在1996年发现的，那也许是第二次超弦革命的最大成就。

膜与黑洞的关系是间接的，然而也是牢固的。事情是这样的：我们先将引力去掉（可以令弦耦合常数为零）。以这种方式描述黑洞似乎很荒唐，因为黑洞什么也没有，惟独只有引力。不过我们接着往下看。没有了引力，我们可以考虑膜缠绕额外维的几何。现在我们利用膜携带电荷和磁荷的事实。结果发现，膜带多少荷是有极限的，与膜的质量有关。具有最大可能荷的构形很特别，我们称它为极端构形。它们构成我们以前讲过的一种特殊情形，存在能使我们进行更精确计算的额外的对称性。特别是，那些情形的特征在于具有联系费米子和玻色子的几种不同的超对称性。

黑洞能携带多少电荷或磁荷而依然保持稳定，也存在一个极大上限。那样的黑洞叫极端黑洞，广义相对论专家已经研究过多年了。如果研究在这些背景下运的粒子，你也会发现几种不同的超对称性。

令人惊奇的是，尽管引力消除了，极端膜系统却保留着极端黑洞的某些性质。特别是，两个系统的热力学性质是相同的。于是，通过研究缠绕额外维的极端膜的热力学，我们可以重现极端黑洞的热力学性质。

黑洞物理学的一个挑战是解释贝肯斯坦和霍金关于黑洞熵和温度的发现（见第六章）。根据弦论的新观点——至少在极端黑洞的情形——通过研究类似的缠绕额外维的极端膜系统，我们能取得进步。实际上，两个系统的许多性质都可以对应起来。之所以出现这种几乎奇迹般的巧合，是因为两种情形都存在几种不同的联系费米子和玻色子的超对称变换。结果，我们可以构造强有力的数学类比，迫使两个系统的热力学完全等价。

但事情不仅如此。我们还可以研究几乎极端的黑洞，即它们携带的荷比最大可能的数略小。对膜来说，我们也可以研究具有比最大荷略小的膜的集合。那么膜与黑洞的对应还存在吗？答案是肯定的，而且确实存在。只要离极端情形很近，两个系统的性质也几乎可以对等。这是对应的更严格验证。不论在哪个系统，温度与其他量（如能量、熵和荷）之间都存在复杂而精确的关系。两种情形非常一致。

1996年，我听了年轻的阿根廷博士后马尔德希纳（Juan Mal-dacena）就这些结果发表的演讲，那是在意大利的里雅斯特（我常在那儿避暑）的一次会议上。我被征服了。膜的行为与黑洞的物理学在那么高的精度上对应，立刻令我心动，决定挤出一些时间重新回到弦理论上来。我请马尔德希纳共进晚餐，来到一家俯瞰亚德里亚海的比萨店。我发现他是我遇到的最聪明、最敏锐的年轻弦理论家之一。那天晚上，我们喝着酒，吃着比萨饼，讨论的一个问题是，膜系统应该不仅仅只是黑洞模型吧？它们是不是为黑洞的熵和温度提供了真正的解释呢？

我们不能回答那个问题，它现在仍然没有答案。答案要看那些结果到底有多重要。我们在这儿遇到的情形，我在其他场合已经说过了，即额外的对称性引出重大的发现。这里还是存在两种观点。悲观的观点认为两个系统的关系可能是它们同样具有很多额外对称性的偶然结果。对悲观者来说，计算的优美并不意味着它们带来了黑洞的一般认识。相反，悲观者担心，计算之所以优美是因为它们依赖于非常特殊的条件，而那些条件不能推广到典型的黑洞。

然而，乐观者相信，所有黑洞都可以用同样的思想来理解，特殊情形下表现的额外对称性只不过使我们把计算做得更精确。和强弱对偶的情况一样，我们还是不能确定悲观者和乐观者谁对谁错。这里，我们还有一点忧虑，即膜的叠加不是黑洞，因为引力已经被清除了。人们猜想，当引力慢慢恢复时，那些膜可以变成黑洞。实际上，可以想象这种事情会在弦论中发生，因为引力的强度正比于某个在空间和时间中变化的场。但问题在于这样的过程——其中引力场随时间变化——总是很难用弦理论进行具体描述。

虽然马尔德希纳的黑洞研究很精彩，那才是他的开始。1997年秋，他发表了一篇惊人的论文，提出了一类新的对偶性。57我们前面讲的那些对偶性都发生在同类理论之间，处于相同维数的时空。马尔德希纳的革命性思想是，弦理论可以有一个规范理论的对偶描述。这是令人惊讶的，因为弦理论是引力的理论，而规范理论却在固定背景的时空里描述没有引力的世界。而且，弦理论描述的世界比代表它的规范理论有着更多的空间维。

为了理解马尔德希纳的建议，我们回想一下第七章讨论过的思想，其中，弦理论可以从电场的流线产生出来。在那儿，电场的流线成了理论的基本对象。因为流线是一维的，看起来就像弦。你可以说线变成了突现的弦。在多数情况下，来自规范理论的突现弦并不像弦理论讨论的弦。特别是，它们似乎与引力毫无关系，而且没有提供力的统一。

然而，波利亚柯夫早就提出，在某些情形，伴随规范理论的突现弦可能像基本弦。但规范理论弦并不存在于我们的世界；相反，波利亚柯夫凭着弦论历史上最惊人的想象力，猜想那些弦可能会在高一维的空间中运动。58

波利亚柯夫是怎么成功猜想到他的弦要在多一维的空间里运动呢？他发现，如果用量子力学方法处理从规范理论生成的弦，则它们具有一种突现性质，而那种性质竟然可以用弦上每一点的一个数字来描述。那个数字还可以理解为距离。在这种情形，波利亚柯夫提出，弦的每一点所赋予的数字，应该认为确定了那一点在额外维的位置。

考虑这种突现性质后，就会很自然地将电场的流线看成是高一维空间里的东西。于是，波利亚柯夫顺着这个思路提出了三个空间维的世界里的规范场与四个空间维的世界里的弦理论之间的对偶性。

如果说波利亚柯夫提出了一般性的思想，那么马尔德希纳将那思想具体化了。在他研究的世界里，我们的三个空间维包容着最大超理论——即具有最多超对称性的规范理论。他研究了可能成为规范理论的对偶描述的突现弦。通过推广波利亚柯夫的论证，他发现描述那些突现弦的弦理论实际上就是一个10维超对称弦理论。在弦所在的9个空间维中，有4个就像波利亚柯夫猜想的样子。这样就还剩下5个空间维，就是卡鲁扎和克莱因描述的额外维（见第三章）。将这些额外的维设计成一个球面，这样的空间有时被称作鞍形空间（图9-4）。它们对应于具有暗能量的宇宙，但那儿的暗能量是负的。

图9-4　鞍形曲面，代表具有负能量密度的宇宙的空间几何

马尔德希纳的猜想比波利亚柯夫最初的设想要大胆得多，它激起了巨大的反响，也成了后来千百篇论文的主题。虽然猜想至今尚未证明，但大量证据表明，在弦理论与规范理论之间至少存在一种近似的对应。

这里有着很大的风险——过去有，现在也有。如果马尔德希纳的对偶猜想是正确的，两个理论是等价的，那么我们将有一个量子弦理论的精确的量子描述。我们想问的关于超弦理论的任何问题都可以转换为一个关于最大超理论——它是规范理论——的问题。从原则上讲，这比我们在其他情形得到的东西要多得多——在那些情形，弦理论只不过是通过一系列的近似在背景相关的水平上定义的。

然而，还有几点警告。即使那种对偶性是真的，猜想也只有在对偶的一方能精确定义时才有用。要为在10维空间运动的弦定义一个和谐的理论，却面临着巨大的障碍。于是，人们将希望寄托在相反的方向，根据猜想，用最大超理论来定义弦理论。可是，虽然我们对最大超理论知道很多，那个理论却也还没精确定义。看来，我们有希望做得更好，但还存在很多技术难题。

如果马尔德希纳的猜想错了，那么最大超理论和弦理论不会等价。然而，即使如此，也有显著的证据表明，两者在某些近似的水平上存在有用的关联。这些近似也许还不足以用一个理论来定义另一个，但它们仍然有可能计算一些喜欢关联的性质。人们沿着这条路线做了大量富有成果的工作。

例如，在最低的近似水平上，10维理论只是广义相对论在10维的一种拥有超对称性的推广形式。它没有量子力学，但有很好的定义。很容易在这个理论中做一些计算，如研究10维时空几何中不同类型的波的传播。值得注意的是，即使马尔德希纳的猜想只在最低近似下成立，也能使我们计算某些与我们三维世界的规范理论相对应的性质。

反过来，这也使我们更好地认识了其他规范理论的物理学。其结果是，至少在最低近似水平上，有很好的证据表明弦理论和规范理论确实像马尔德希纳猜想的那样相互关联。不论马尔德希纳猜想的强形式是对或错——哪怕弦理论本身错了——我们都为理解超对称规范理论找到了强有力的工具。

经过了几年的紧张工作，这些问题仍然混乱不清。关键在于弦理论与最大超理论之间的关系到底是什么。多数证据是用弱形式的马尔德希纳猜想解释的，它只要求一个理论的某些量可以用另一个理论的方法在一定的近似水平上进行计算。正如我说过的，这已经算是很好的结果了，有着重要的应用。但多数弦理论家相信强形式的猜想，即两个理论是等价的。

这种状况令人想起强弱对偶猜想，因为它使我们有可能在一个非常特殊的、具有很多额外对称性的状态子空间上说明强结果。与强弱对偶的情形一样，悲观者担心额外对称性会强迫理论以不容选择的方式达到一致，而乐观者相信额外对称性能帮助我们揭示在更一般情形下也正确的关系。

最后，究竟哪种形式的马尔德希纳猜想正确，有着多方面的影响。一个方面在于黑洞的描述。黑洞可以在具有负暗能量的宇宙中产生，所以我们可以用马尔德希纳猜想来研究如何解决霍金提出的黑洞信息疑难。两个理论是精确对应还是近似对应，将给疑难带来不同的解决方法。

假定黑洞内部的引力理论与规范理论只有部分的对应，那么在这种情形下，正如有些理论家（如惠勒和德维特）在很久以前设想的，黑洞可以永久保存信息——甚至将信息传递到从黑洞中心奇点生成的新宇宙。这样，信息总算没有丢失，因为它存在于新的宇宙；但对在黑洞边界的观察者来说，信息永远地丢失了。如果边界处的规范理论只包含内部的部分信息，那么这种信息丢失是可能发生的。但是，如果假定两个理论的对应是精确的，那么规范理论既无视界也无奇点，信息也就无处可丢。如果它正好对应于黑洞的时空，也就没有信息能在那儿丢失。在第一种情形，观察者失去了所有信息；在第二种情形，他保住了信息。直到我写这些话时，问题还没解决。

我们已经不止一次地看到，超对称在弦理论中扮演着一个基本角色。没有超对称性而构建的弦理论是不稳定的；不仅如此，它们还会通过一个永不停歇的过程发射越来越多的快子，直到理论崩溃。这可一点儿也不像我们的世界。超对称性清除了这些行为，使理论稳定下来。但在某些方面它又做得太过了。因为超对称性意味着有一种时间的对称，结果，超对称理论就不能建立在随时间演化的时空里。于是，使理论稳定的方面却使我们很难研究我们最希望用引力的量子理论回答的问题，如大爆炸后宇宙发生了什么？黑洞视界内部的深处发生了什么？在这些情形，几何都是在时间中瞬息变化的。

这就是我们在第二次超弦革命中认识的弦理论。随着一系列前所未有的激动人心的结果，我们的认识极大地扩展了。它们为我们带来了一些诱人的真理的线索——如果能透过曾经的帷幕看到真实的东西，那该是多好啊！可是，尽管我们努力了，我们想做的很多计算还是可望而不可即。为了得到一个结果，我们不得不选择特殊的例子和条件。在很多情形，我们甚至不知道我们能做的计算是否能真的指引我们通向一般的情形。

我个人觉得这种状况是非常令人沮丧的。也许我们在向着一个万物的理论大踏步前进，也许我们盲目地夸大了结果，过分乐观地解读了我们能做的计算，在迷失的方向上越走越远。90年代中期，当我向弦理论的一些领头人物抱怨时，他们叫我别担心，说那只是因为理论比我们聪明。他们告诉我，我们不能直接向理论提问并要它回答。任何想直接解决大问题的努力是注定要失败的。相反，我们应该相信理论，跟着它走，心安理得地用我们不完美的计算方法去探索它愿意向我们袒露的部分。

只有一个陷阱。真正的量子形式的M理论应该是背景独立的，同样，任何引力的量子理论也必须是背景独立的。但除了我前面说的那些原因而外，M理论之所以必须是背景独立的，还因为5个超弦理论连同它们的所有流形和几何，都应该是M理论的组成部分。这包括那些几何在从1维到10维的空间里的所有不同的卷曲方式。它们都为弦和膜的运动提供背景。但如果它们是一个统一理论的部分，那个理论就不能建立在任何一个背景上，因为它必须囊括所有背景。

于是，M理论的关键问题就在于寻找一种能与量子理论和背景独立性相容的形式。这是很重要的问题，也许还是弦理论未解问题中最重要的一个。遗憾的是，这方面几乎没有什么进展。有一些迷人的线索，但我们还不知道M理论是什么，甚至不知道是否存在任何配得上那个名字的理论。

量子力学的M理论有一定的进步，但仍然限于特殊的背景。早在80年代，这就是构造11维膜理论的量子理论的一种尝试。三个欧洲物理学家德威特（Bernad de Wit）、霍普（Jens Hoppe）和尼科莱（Hermann Nicolai）发现，可以通过一种技巧来做到这一点，即将膜表示为数学家所谓的矩阵——即一个二维的数表或数组。他们的公式需要9个这样的数表，由此得到一个逼近膜行为的理论。59

德威特和他的同事们发现，可以使他们的矩阵理论与量子理论相容。唯一的麻烦在于，为了描述膜，必须将矩阵扩张到无限，而量子理论只有在矩阵有限的时候才会有意义。所以，我们留下一个猜想：假如量子理论能和谐地向无限的数组扩张，那么它将生成一个膜的量子理论。

1996年，四个美国弦理论家复活了这个思想，不过有点儿费解。邦克斯（Thomas Banks）、费歇尔（Willy Fischler）、申克尔（Stephen Shenker）和苏斯金提出，在11维平直时空背景下，同样的矩阵理论不仅给出了11维膜理论，还给出了整个M理论。60这个矩阵理论并没有完全回答M理论是什么，因为它处于特殊背景之下。它只能在其他几种背景下有效，但当四个以上的空间维卷曲时，它就给不出合理的答案。如果M理论是对的，我们的世界应该有7个卷曲的空间维，所以它还不够好。而且，我们还不知道它在矩阵变得无限的时候，是不是能导出一个和谐的量子理论。

遗憾的是，M理论仍然只是一个诱人的猜想。它吸引着人们相信它；同时，在它真正建立起来之前，它的确不是一个理论——而是一个关于我们向往的理论的猜想。

当我在那些年思考和弦理论的关系时，想起我的一个艺术收藏家朋友。我们见面时，他说他还是我崇拜的一个年轻作家的朋友；我们可以叫她“M”。几个星期后，朋友来电话说，“我几天前和M谈过话，你知道，她对科学非常感兴趣。你们什么时候见见面怎么样？”我当然有点儿受宠若惊，高兴地答应了。丰盛的晚餐刚吃到一半，收藏家的手机响了。“是M的，”他说。“她就在附近，想顺便过来看看你。行吗？”可她没来。饭后吃点心时，我和收藏家朋友畅谈艺术与科学的关系。后来，我不禁暴露了对M的好奇，真渴望见见她，样子很窘迫，于是告辞回家了。

几个星期以后，他打来电话，说了一大堆抱歉的话，然后又请我去吃饭见她。我当然去了。首先是因为他只在最好的饭店吃饭；看来这些画廊的经纪人的吃喝钱比科学家的薪水还高。不过，那次和后来几次，也都发生了同样的事情。她会来电话，一两个小时或几个小时过后，他的电话又会响起。“哦，我知道了。你感觉不舒服。”或者，“出租司机不知道剧场在哪儿吗？把你带到布鲁克林了？这城市怎么了？好的，我知道，很快……”两年后，我才相信那个年轻女子在书的封面上的照片是假的。一天晚上，我告诉他我终于明白了：他就是M。他只是笑了笑，说，“哦，是的……不过，她真的很高兴见你。”

弦理论的故事也许会像我和M的约会一样，永远拖延下去。虽然你知道那不是真的，却仍然为它工作，因为它距离你所能达到的目标最近。同时，伙伴很迷人，吃的东西也好。你一次次听说真正的理论就要揭开了，但从来没有发生。过后，你开始自己去找它。这样的感觉很好，可永远没有结果。最后，你得到的还是从前的那样东西：一本你不可能打开的书的封面上的一张美丽的图片。