我在这个讲演里，打算探讨理论物理的目标，有否可能在不太远的将来，比如说在本世纪的末了，可以达到。我的意思是指，我们是否能够获得一个有关物理相互作用的、前后一致的、统一的理论，这样的一个理论，对所有可能观察到的现象，都能加以描述。当然，在作出这样的预言时，必须非常谨慎：我们以前曾经至少有过两次，自以为是到了很快就可以作出最终综合的时候。头一次是在本世纪的初期，当时就有人认为我们可以靠连续介质力学而了解掌握一切。我们所需要的，只是要对某些弹性、粘性、传导性等系数进行度量就行，到后来原子结构及量子力学的发现，把这种希望全打破了。第二次是在20年代的后期，麦克斯 · 玻恩（Max Born）对当时访问哥廷根的一批科学家宣称：据我们所知，物理学再过6个月，就将成为过去的东西了。他说这话的时候，正是在狄拉克（Paul Dirac）发现支配电子作用过程的狄拉克方程之后不久，狄拉克便是卢卡西恩讲座的前任教授，当时大家都认为还有一个支配质子的类似方程。质子乃是那时候所知道的唯一的另一种所谓基本粒子。然而后来中子及核力的发现，又使这种希望成为泡影。我们现在知道，质子及中子，事实上都不是基本粒子，它们本身都是由更小的粒子构成的。但不管怎样，近年来我们已有很多新进展，使我们可以有根据地作出审慎的乐观看法，认为在我们在座有些人的有生之年里，将能够看到一个完整的理论的诞生。

即使是我们能搞出了一个完整的统一的理论，我们除了一些极简单的情况之外，也还无法作出详细的预测。例如，我们已经知道支配我们日常生活所经历到的各种事物的物理定律。正如狄拉克指出的那样：他的方程乃是“物理的极大部分以及化学的全部”的基础。然而，我们还只能解出这个方程的最简单的系统，即仅含有一个质子和一个电子的氢原子。对于含有更多电子的更复杂的原子，更不用说含有不止一个核的分子，我们只能靠近似方法以及直观猜测，其是否有效，就极难说了。对含有1023粒子之类的宏观系统，我们就只能采用统计方法，而不必希图求出精确解了。虽然我们在原则上能知道支配全部生物学的方程，我们还没有能够把人类行为的研究，变成应用数学的一个分支。

所谓一个完整的统一的物理理论，究竟指的是什么呢？我们所要搞出的现实物理世界的模型，一般说来，包括这样两个方面：

1. 各种物理量所服从的一套局部的物理定律，这种定律通常是用微分方程来表达的；

2. 若干组边际条件，说明宇宙之某些区域在某一时间的状态，以及之后，宇宙的其余部分传播给这个部分的是什么样的效应。

有很多人认为科学的任务只限于上述的第一个方面，并认为只要我们能搞出一全套局部物理定律，那么理论物理就算完成它的使命了。他们把宇宙的初始条件，看成为只是形而上学或宗教范围里的事。从某一方面说来，这种态度颇像若干世纪之前，有人反对进行科学研究，他们说，所有自然现象，都是神的作为，因此不应加以研究探讨。我认为宇宙的初始条件，是和局部的物理定律一样，都是同样适合作为科学研究及理论的课题来探讨的。如果我们想搞出一个完全的理论，而仅仅是念念有词：“因为事物过去是那样，所以它现在是这样”，那是不行的。

初始条件的唯一性，是与局部物理定律的任意性密切联系着的。一个理论，如果里面含有若干个可调节的参数（如可以任意给定数值质量，或耦合常数），那么这个理论就不可能是完全的。事实上，物理理论中的初始条件及参数的数值，看来都并不是任意的，而乃是经过缜密选择的，举个例子，如果质子 - 中子质量之差，不是电子质量的2倍左右，那么就不会有几百个稳定的核种，而元素就是这种核种构成的，并且是化学和生物学的基础。同样地，如果质子的引力质量是与现在有显著的差异，那么就不会有核种形成的那些星体。再如果宇宙的原始膨胀的速度略大或小，那么宇宙就会在这些星体形成之前坍缩，或会膨胀得太快，而致这些星体无法靠重力凝聚而形成。的确，甚至有人把这种对于初始条件及参数的限制，提高到原理的地位，即人择原理：“因为我们是这样的，所以事物才是那样的”。这个原理有一种提法，说是早先有数目众多不同的、互相分离的宇宙，各具有互不相同的物理参数，和互不相同的初始条件。这些宇宙中的大多数，并不具有适于产生智能生命的复杂结构所需的条件。只有很少数宇宙，其条件和参数和我们自己的宇宙的条件和参数一样，所以才能产生智能生命，并能提出这样的问题：“宇宙为什么是像我们所看到的这个样子？”其答案当然是，如果不是这个样子，就不会有人问出这样的问题了。

这个人择原理，对于我们所观测到的许多物理参数之间的某些卓著的关系，也可算是作了些解释。但并不很令人满意。人们总觉得应该有更深刻的解释。再者，这个人择原理也无法运用到宇宙的所有各个部分中去。举个例子。我们的太阳系，肯定是我们人类存在的一个先决条件，就像附近的早一代的星体一样，都是我们存在的先决条件。在那些星体中，重元素能通过核合成而形成起来。也可能是甚至需要我们整个星系作为我们存在的先决条件。可是这并不见得就需要其他星系也存在，更不用说我们所看到的亿万个星系，这些星系是大致上均匀地分布在我们可观测到的整个宇宙里。宇宙的这种大规模的均匀性，看来很难用人择的观点来解释，或认为宇宙的结构，会是由一颗不大的行星上面某种复杂的分子构造的东西［人——译注］所决定的，这颗行星也只不过是位于一个很典型的螺旋状星系的外缘的、绕着一颗很普通的星体旋转的一颗次要行星而已。

如果我们不打算讲人择原理，那么我们就需要某个统一的理论来解释宇宙的初始条件，以及各种物理参数的数值。然而，要想一下子搞出一个无所不包的完备的理论，那是非常困难的（虽然有不少人并不因此知难而退，我每星期都收到邮局寄来两三个这样的统一理论。），我们的做法是要搞出一些部分的理论，用它来描述某些情况，而把这些情况中的某些相互作用略去不论，或用简单的方法取其近似值。我们先把宇宙中的物质内容分为两部分“物质”粒子，如夸克、电子、μ子等，以及“相互作用”，如引力作用、电磁作用等。物质粒子是用一个半整数自旋的场来加以描述的，并服从泡利的不相容原理，使不能同时有一个以上的同一类的粒子处于同一状态中。我们之所以能有固体物质不至于坍缩到一个点，或辐射到无限远处，其根据便是这个原理。物质粒子分为两大类：由夸克所构成的强子，其余的都称为轻子。

相互作用按现象上可分为四大类：按其强弱顺序，为强核力，这种力只与强子发生作用；电磁力，它与带电荷的强子及轻子发生作用；弱核力，它与所有的强子及轻子都发生作用；最后是最弱的引力，它与所有的一切东西都发生作用。这种种相互作用都是用整数自旋的场来表示的，这种场并不服从泡利的不相容原理。这便是说，在这种种相互作用之下，可以有很多粒子处于同一状态。电磁作用和引力作用而且还是长距离的作用，即是说，巨量的物质粒子所产生的场，可以叠加起来而产生的一个场，可以在宏观上加以检测。由于这种原因，所以这些相互作用便最早得到理论上的阐发：牛顿在17世纪就建立了引力理论，麦克斯韦在世纪建立了电磁理论。然而这些理论基本上是互不相容的，因为如果整个系统有个均匀速度，则牛顿理论乃是不变的，而麦克斯韦理论则定义了一个特定速度，即光速。到后来是牛顿的引力理论必须加以修改，以便能与麦克斯韦理论的不变性质相容。这是由爱因斯坦的广义相对论来完成的，时在1915年。

广义相对论和麦克斯韦的电磁理论，都是所谓经典理论，即是说，其中所含的量，都是连续变化的而且（至少在理论上是）可以量度到任意的精确度。然而如果要用这些理论来建立一个原子的模型，就发生了问题。人们已经发现原子乃是由一个小小的带正电荷的原子核，和周围那些带负电荷的电子云所构成的。那么很自然地就会假设那些电子乃是沿着轨道环绕着原子核旋转，就好像地球沿着轨道绕着太阳旋转那样。然而根据经典理论，那些电子会辐射出电磁波，这种电磁波会把能量带走，使电子旋入原子核，结果造成原子坍缩。

这个难题由量子理论克服了。量子理论的发现，无疑是本世纪理论物理的最伟大的成就。量子理论的基本假设是海森堡的测不准原理。这个原理说，某A成对的量，例如粒子的位置和动量，是不可能同时量度到任意的精确度。就原子而言，测不准原理是说，在最低能级状态时，电子在原子中不可能是静止的，因为在那种情况下，电子的位置及速度就会精确地确定下来。而实际上是，电子会模糊起来，它会在原子核的附近形成某种概率分布，在这个状态时，电子不会以电磁的形式辐射出能量，因为没有更低的能级状态可供其降下去。

在20年代及30年代，量子力学应用到一些系统上，例如原子或分子之类的系统上，非常成功。可是这些系统只有有限的几个自由度。而人们想把它应用到电磁场上去的时候，就发生麻烦了。因为这种场具有无限数目的自由度。大致上说来，凡时 - 空上每一个点，都有两个自由度、人们可以把这种自由度看作为振子，每一个都有其本身的位置及动量。振子是不会停下来的，因为如果停了下来，就会具有明确的位置和动量。而每个振子又必须有某种最低限度的所谓“零点振动”，及一个非零的能量。所有无穷多自由度的零点振动的能量，就会使表面的质量及电子电荷变成无穷大。

40年代后期搞出了一种叫做“重正化”的方法，来克服这种困难。这种方法是把某些无穷大数量，用一种颇带有任意性的减法，得出有限大的余数。就以电磁现象来说，就需要作两次这种无穷大的减法，一次是质量，一次是电子的电荷。这种重正化方法从来没有被放到很牢固的概念或数学的基础之上，但在实践中，它却行之颇为有效，它有过一次很大的成功，便是预测到氢原子的某些光谱线的一个小小位移，叫做兰姆位移。然而如果要用这个方法来建立一个完整的理论，那还差得远，因为这种重正化方法并不能预测出在作了无穷大减法后，其有限的余数应为多少，因此我们又得回到那个人择原理，来解释电子为什么具有它现在所具有的质量及电荷。

在50及60年代，一般都认为弱核力及强核力都是无法加以重正化的，即是说，必须做无穷多次的无穷大减法，才能使其变成有限的量。那么就会有无穷多个有限的余数，而这却不是这个理论所能求得出来的。这样的理论是不会有预测的能力的，因为人们是无论如何不可能对所有无穷多的参数进行度量的。然而在1971年，吐夫特（t' Hooft）证明出，前些时候萨拉姆 - 温伯格所提出的电磁及弱相互作用的统一模型，只要用有限多的无穷大减法，是可以加以重正化的。在萨拉姆 - 温伯格的理论中，光子（即携载电磁相互作用的自旋1粒子）是和另外三种自旋1粒子，叫做W+、W-及Z°，在一起起作用的。在很高的能量时，据预测这4种粒子的特性都很相似。可是在低能量时，会出现一种现象，叫做“自发对称破缺”现象，能说明为什么光子具有零质量，而W+、W-及Z°的质量却很大。这个理论所预测的低能量时的情况，和实验观测所得结果，非常一致，遂使瑞典科学院于去年授予萨拉姆、温伯格及格拉肖3人以诺贝尔奖。后面的这位格拉肖也搞出了一个类似的统一理论。不过，格拉肖本人却说，诺贝尔奖金委员会此举确实带有点冒险性质，因为我们现在的高能粒子加速器还没有大到能检测该理论所预言的，电磁作用力（由光子所携载）与弱相互作用力（由W+、W-及Z°所携载）在高能范围里的结合，是否能真正出现，那样大的加速器要几年后才能建造起来，但大多数物理学家都抱有信心，相信到时候萨拉姆 - 温伯格的理论将会得到证实。

萨拉姆 - 温伯格理论的成功，引起物理学家进而探求想搞出一个类似的重正化理论，可以应用到强相互作用上去。好些时候以来，就有人怀疑质子及有些强子（例如π介子）可能并不是真正的基本粒子，而是另外一些粒子，叫做夸克的束缚状态。这种夸克似乎有一种奇怪的特性：虽然这些夸克能在强子中相当自由地移动，但却不是以单独一个夸克出现的，而总是3个一伙（如质子或中子），或是一个夸克一个反夸克成对地出现（例如π介子）。为了解释此种现象，夸克被赋予一种性质，叫做“色”，但必须着重指出，这种色和我们日常所说的色，毫不相干。夸克是太小太小了，根本无法在可见光里看得到。这所谓“色”，只不过是一个方便的说法，其意思是以红、绿、蓝3种颜色出现，但任一种孤立的束缚状态（例如强子）必须是无色的，或是红绿蓝3种色的结合（例如质子），或红与反红、蓝与反蓝、绿与反绿的混合（例如π介子）。

夸克与夸克之间的强相互作用是由自旋1的粒子，叫做胶子，来携载的，颇像携载弱相互作用的粒子。胶子也携带色，而且胶子和夸克都服从一种重正化理论，称为量子色动力学（quantum chromodynamics，简称QCD）。重正化过程有一个结果，便是该理论的有效耦合常数，要视量度时的能量而定，在极高能量时，降低到零。这种现象称为渐近自由（asymptotic freedom），其意思是，强子里夸克的表现，和自由粒子在高能碰撞时的表现，十分类似，从而其相互作用，可以用微扰理论来处理。用微扰理论作出的预测，和观测结果在定性上相当一致，但现在还不能就说这个理论已经得到实验的验证。在低能量情况下，有效耦合常数变得非常大，而微扰理论失灵了。人们颇希望这种“红外奴役”能解释为什么夸克总是限制在无色的束缚状态中，但到现在为止，尚未有人能作出令人信服的论证。

有了一个有关强相互作用的重正化理论，又有了一个有关弱相互作用及电磁作用的重正化理论，于是很自然地就会想搞出一个能把两者结合起来的理论。人们给这样一个理论取的名称有点夸张，叫做“大统一理论”（简称GUT）。这个名称起得是有点夸张过头，因为它实际上并不是那么伟大，也并不是那么全面的统一，更不是一个完全的理论，因为其中还有若干个待定的重正化参数，例如耦合常数及质量等。但不管怎样，它总算是朝着一个完全的统一理论迈出了重要的一步。基本的思路是这样的：强相互作用的有效耦合常数，在低能量时很大，由于渐近自由度的原因，它在高能量时逐渐降低下来。另一方面，萨拉姆 - 温伯格理论中的有效耦合常数，则是在低能时很小，而在高能时逐渐增大，因为这个理论不是渐近自由的。如果我们把低能时耦合常数降低和增大的速度加以外推，就会发现这两种耦合常数在1018 GeV左右的能量时变成相等。该理论提出，在高于这个能量时，强相互作用与弱相互作用及电磁相互作用就统一起来，但在低于这个能量时，就会出现自发的对称破缺。

1018 GeV的能量，是远远超过任何实验设备之所能及。目前这一代的粒子加速器所能产生的质心能量，只能达到10 GeV，下一代的加速器也只能达到100 GeV左右。这已足以探讨萨拉姆 - 温伯格理论所提出的电磁力与弱相互作用力统一的能量范围内的情况，但要想靠它来探讨弱作用力及电磁作用力之与强作用力统一所要求的极高能量的情况，那就不行了。但不管怎样，大统一理论中有些低能量方面的预测，仍有可能在实验室里进行测试。比如说，根据理论预测质子并不是完全稳定的，而是会蜕变，其寿命期为1031年。目前所能检测得到的寿命期的实验下限约为1030年，那也只要再提高一步就行了。

另一个可观测得到的预测，是宇宙中重子对光子的比例。物理的定律，看来对于粒子及反粒子，都是一样的，说得更确切些，物理定律中，如果把粒子换成反粒子，把右旋换成左旋，把所有粒子的速度都改变方向，则这些物理定律仍然还是原样不变。这叫做CPT定理，它是任何合理的理论里都能成立的基本假定所推出的必然结果。然而地球及实际上整个太阳系都是由质子及中子构成的，但却没有任何反质子及反中子。的确，这种粒子与反粒子之间的不平衡，确实乃是我们之能存在的另一先天的条件。因为如果太阳系是由同样数量的粒子及反粒子构成的，那么这些粒子和反粒子就会互相湮灭，结果剩下的只有辐射。根据观测所得，并没有这种湮灭的辐射存在，就说明我们的星系完全是由粒子构成的，而不是反粒子构成的，我们还没有别的星系方面的直接数据，但看来它们很可能也是由粒子构成的，而且整个宇宙中，整体上说来粒子的数量多于反粒子的数量，约为108光子比一个粒子。人们也可以用人择原理来解释此种不平衡的现象，但大统一理论实际上能提供一个可以解释此种不平衡现象的机制。虽然所有的相互作用在C（把粒子换为反粒子），P（把右旋换为左旋）及T（把时间反向）的组合作用下是不变的，但现在已经知道有的相互作用在单独的T之下，并非不变。在宇宙的初期，那时候由于宇宙膨胀而有一个很明确的时间之矢，这种相互作用所产生出的粒子就比反粒子多。然而，它所产生的粒子数量却视模型而定，那么与观测结果符合一致，很难说就是大统一理论的证实。

到现在为止，所有的努力都是集中在设法把前3种物理相互作用，即强核力、弱核力以及电磁力，统一起来。第四种亦即最后一种相互作用，即引力，却被忽视了。究其原因，有一种说法是引力作用太弱了，只有粒子能量大到远远超过目前粒子加速器所能提供的程度，量子引力效应才能大起来。另一种说法是，引力作用看来是无法重正化的：要想得到有限的答案，就必须作出无穷多个无限大减法，从而得出相应的无穷多个待定无穷大余数。可是我们如果想搞出一个全面讲统一理论，则又必须将引力作用包括进去。再者，广义相对论的经典理论预测说，必定会有时 - 空奇点，在这种奇点上，引力场的强度会变得无穷大。这种奇点过去会出现在目前这个宇宙膨胀的开始时（即大爆炸），在将来会出现在星体的引力坍缩，或可能是在宇宙本身的坍缩之时。奇点存在的预测可能表明经典理论会失效。但除非引力场变得很大，大到量子引力效应成为很重要，否则我们也没有理由认为经典理论就得失效。因此，必须搞出一个量子引力理论，那样才能对宇宙的初始情况作出一些解释，而不致落于人择原理的窠臼。

这样一个理论也是必不可少的，如果我们要回答这样一个问题：时间究竟有没有一个开头，并可能的话，有没有终了，就像经典相对论所预言的那样；或大爆炸及大缩压的奇点，是否由量子效应抹去。当整个空间及时间都受测不准原理所支配时，这个问题是很难给以一个明确的含义的。我个人的感觉是，奇点可能仍然存在着，虽然人们能够在某种数学的意义上在时间上延拓通过这种奇点。然而任何主观的对时间的概念，任何与意识或S行度量有关的时间概念，都将完蛋了。

那么搞出一个量子引力理论，并把它与另外H种相互作用统一起来，这种前景究竟怎样？其最大的希望看来是在于广义相对论的一个延伸，叫做超引力。在这个理论中，引力子是一种携载引力作用的自旋-α粒子，它是由一种超对称变换而与别的一些低自旋场联系起来。这样一个理论有一个更大的优点，便是它能丢开旧的那种二分法，即由半整数自旋粒子所代表的“物质”及由整数自旋粒子所代表的“相互作用”，它还有一个很大的优点，便是量子理论中所出现的许多无穷大，都互相抵消了。但那些无穷大是否都全部抵消掉，是否没有剩下任何无穷大减法，而变成一个有限的理论，目前还不知道。人们都希望能够如此，因为已经能证明，凡包括引力的理论，如果不是有限的，便是非重正化的；这便是说，如果要进行任何无穷大的减法的话，那么就必须进行无穷多次的这样的减法，并得到相应的无穷多的未定余数。于是，如果在超引力中所有无穷大都互相抵消掉，我们就能够得到一个理论，它不但是把所有物质粒子及相互作用完全统一的理论，而且是完备的理论，即是说，它没有任何待定的重正化的参数。

虽然我们还未能搞出一个正式的量子引力理论，更不用说是一个能够和别的三种物理相互作用结合起来的量子引力理论，可是我们对这样一个理论所应具有的特点，已经有了个大致的概念，其特点之一，便是引力影响时 - 空的因果关系结构，即是说，引力决定了哪些事件可以相互之间以因果关系联系在一起。可以举出经典的广义相对论中的黑洞为例。所谓黑洞，便是时 - 空里的一个区域其引力极强，任何光或别的信号都会被拖回到这个区域中，而无法逸出到外边世界中去。黑洞附近的极强的引力场，会产生成对的粒子及反粒子，其中有一个落入黑洞，另一个逸到无穷远去，逃逸出去的粒子，表面上看来是黑洞辐射出去的粒子。一个位于离黑洞一段距离的观测者，只能量度外逸的粒子，但他无法把这些外逸的粒子和那些掉进黑洞的粒子联系起来研究，因为他看不到那些掉进去的粒子。这便是说，那些外逸的粒子，比起一般测不准原理所说的情况，又多了一些随机性或不可测性。在正常的情况下，测不准原理说的是我们能确定地预测一个粒子的位置或速度，或位置及速度的一个组合。因此，大致说来，人们作出确定的预测的能力只剩下了一半。然而就粒子逸出黑洞的情况而言，我们之无法观测到黑洞内部的情况，便意味着我们能确定地预测到既非外逸粒子的位置，亦非其速度，我们所能说的只是该粒子可以以某种方式被辐射出的概率。

因此，即便是我们能搞出一个统一的理论，我们所能做的看来也只是作出统计预测。我们还必须放弃一个观点，即认为我们所观测的是唯一的宇宙。而是，我们必须接受这样一个图景，即有一整套的可能的宇宙，这些宇宙有某种概率分布。这大概可以说明，为什么宇宙是在几乎完全的热平衡之时开始大爆炸的，因为热平衡是相当于最大数量的微观组态，从而就具有最大的概率。正如伏尔泰笔下的哲学家彭格洛斯所说的：“我们是生活在所有可能的世界中概率性最大的那个世界里”。

如果想在不太远的将来，就能搞出一个完全的统一理论，其前景如何？我们每一次，都曾经把我们的观测深入一步到更微小的长度，提高一步到更高的能铋，并发现了新的结构层次。在本世纪初期，发现布朗运动，其典型的能粒子为3×10-3 eV，说明物质并不是连续的，而是由原子构成的。其后不久，又发现了这种原来以为是不可分割的原子，乃是由许多电子绕着一个原子核在旋转，其能量为若干个电子伏特。后来又发现原子核乃是由所谓基本粒子，即质子及中子构成的。这些质子和中子是由能量约为106 eV的核能结合在一起的。这一连串事件的最近一件事，是我们又发现了质子及中子都是由夸克构成的，由能量为109eV的结合能结合起来的。现在理论物理需要硕大的机器、巨额的经费来进行实验，而其实验结果我们却不能加以预测，这些都说明理论物理作出多么惊人的进展，并应该说是对理论物理的一曲赞歌。

过去的经验可能会启示我们，凡能量越是一级一级高上去，就会有无穷尽的结构层次，这种大盒子套小盒子无穷无尽的套下去的看法，是中国在四人帮时期的官方教条。看来，引力应该是提供了一个界限，但只是在极短的长度10-33厘米及极高的能量1028 eV。比这个更短的长度时，时 - 空就可能不再是一个光滑的连续体，由于引力场的量子波动的缘故，会有像泡沫似的结构。

在我们目前实验限度1010 eV及引力截止的1028 eV之间，还有很大一个未经探索的区域。说来也许有点天真，大统一理论认为在这个巨大无比的空档里，大概只有一个层次或两个层次的结构。然而我们有理由抱乐观态度。至少在目前，看来引力是能够和其他物理相互作用统一起来的，但只能是在某种超引力理论中做到如此。看来，只能有有限数目个这样的理论、特别应该提的是，有一个最大的这样的理论，叫做N=8广义超引力理论。这里面包括1个引力子（graviton），8个自旋3/2粒子叫做引力微子（gravitino），28个自旋1粒子，56个自旋1/2粒子，以及70个自旋0粒子。这些数目虽然很大，它们还不够把我们所观测到的强相互作用及弱相互作用的所有粒子都包括进去。举个例子。N=8理论里有28个自旋1粒子。这些粒子是足够来用以解释携载强相互作用的胶子，以及携载弱相互作用的4个粒子中的2个，但对另外那2个却无法加以解释。因此人们只好认为，我们所观测到的许多粒子，或大部分粒子（例如胶子和夸克），实际上可能还不是真正的基本粒子，像我们目前所认为的那样，而乃是基本的N=8粒子的束缚状态。看来在可预见的将来，我们还不大可能建造出大到能探索这种复合结构的加速器，特别是根据眼下的经济趋势，甚至根本不可能做到这一点。但不管怎样，这种种束缚状态都是从意义明确的N=8理论推断出来的，应该使我们能作出一些预测，可以在我们目前所能达到的，或不久的将来能达到的能量，进行检测。这种情况很有点像当年萨拉姆 - 温伯格理论把电磁作用及弱相互作用统一起来时的情景。那时候这个理论对低能所作的预测，和实际观测所得的结果很吻合，以致该理论现在已受到普遍接受，虽然我们还未能达到该统一所要求的能量。

这样一个描述宇宙的理论，总该具有一些非常突出的特点，为什么这个理论能站得住，而别的一些理论只是存在于其发明者的脑子中呢？这个N=8超引力理论的确有其独特之处。看来它可能就是符合下列条件的唯一的理论。

1. 它是四维的；

2. 它把引力包括进去；

3. 它是有限的，没有任何无穷大减法计算。

我在前面已经指出，如果我们想要有一个完全的没有参数的理论，那么这第三个性质乃是必要的。但要说明为什么必须要有第一及第二个性质的道理，那就很难摆脱人择原理的影子，理论如果仅仅满足第一和第三性质而不包括引力作用，看来仍然还是一个前后一致的理论。可是在这样一个宇宙里，如果没有相互吸引之力，把物质集结在一起而成为大的组合从而为可能发展出复杂的结构所必需，那么那样的一个理论还是不充分的。时 - 空为什么必须是四维的？这个问题一般认为是不在物理探讨的范围之内的。然而，对这个问题，也还有一个颇为中听的人择原理的说法。三维的时 - 空即两维空间再加一维时间对任何复杂的有机体显然是不够的。但另一方面，如果空间超过三个维度，行星绕太阳的轨道，或电子绕原子核的轨道就会不稳定，并会趋于向内旋转。还有时间超过一维的可能性，但我对这样一个宇宙觉得难于想象。

到现在为止，我有一个没有说出来的前提假定，即是有那么一个最终的理论存在。那么究竟有呢？还是没有？这至少有三种可能性：

1. 有一个完全的统一理论。

2. 没有一个最终的理论，但却有一无穷系列的理论，只要在这个系列中充分的某一环节上选取一个理论，就能对某一类观测的结果作出预测。

3. 没有理论，超过某一点，就不可能对观测结果加以描述或预测；即便是有的话，也是武断的。

这第三种看法，乃是从前为了反对十七、十八世纪科学家，而提出的论点。“他们怎么能搞出定律来限制上帝改变他的主意的自由？”但不管怎样，科学家们还是勇往直前，置此种谬论于不顾。到了近代，我们已经能做到有效地把上述第三点消除掉，而把它结合到我们的体系中来：量子力学基本上便是一门我们所不知道的而且无法进行预测的理论。

上述第二种可能性，相当于一幅越来越高的能量上的无穷多结构系列的图景。我在前面已经说过，这种情况不大可能，因为到了普朗克能量1028 eV时，就会出现一个截止。于是只剩下第一种可能。在目前N=8超引力理论是唯一的候选理论。在今后几年中，可能会有若干个关键性的计算，也许会证明这个理论不中用。如果经过这些考验，而这个理论能站住下来，我们可能还需要若干年才能搞出一套计算方法，使我们能作出预测，并对宇宙的初始条件以及局部的物理定律作出解释。这是今后20年左右理论物理学家的一些最突出的问题。可是在结束本讲演时，我倒想提出一个警报信号：刚才说的20年左右时间，恐怕还不一定有那么富裕。在目前，计算机是研究工作的一个得力助手，但计算机还得靠人的脑子来指挥。可是如果按计算机近年来那样迅速发展的速度看来，很可能它会把理论物理整个接过去。由此说来，倒很可能是理论物理学家的尽头，而不是理论物理的尽头，已经在望了。

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* 本文是霍金（Stephen Hawking）就任剑桥大学卢卡西恩讲座教授时的就职讲演。