黑洞确实很黑，其外观不可观测，其内部难以推算。它中心的那个无限小、无限致密的奇点，导致了现有物理学定理全部失效。强行求解爱因斯坦引力场方程，就会在奇点处产生无限多种可能，例如白洞、虫洞、时空坐标互换，各种妖魔鬼怪全都跳了出来，连爱因斯坦自己都心惊胆战。这真是：天生一个大黑洞，无限风光很惊悚。
黑洞是何方妖怪，竟然使现有物理定理全都“歇菜”了？我们人间不是有相对论和量子力学两大神器吗，为何不去降伏这个“黑魔头”？
这是因为，广义相对论用来对付宏观大尺度天体，而量子力学是解决微观粒子之间关系的。黑洞一方面极度弯曲了时空，影响宏大；另一方面极度坍缩，化为奇点，甚是微观。也就是说，黑洞横跨宏观和微观两大世界，令众位物理大侠一筹莫展。
有人会说，广义相对论与量子力学联手，何愁不能斩妖除魔？说得轻巧，联手难，难于上青天。这两大理论分别把持着宏观和微观两大领域，对于客观世界的基本认识、基本概念是完全不同的，甚至是互相冲突的。过去井水不犯河水，倒也相安无事，今朝遇见黑洞，这两大理论必然有一场遭遇战。
听了这番讲解，有人肯定觉得我故弄玄虚，两个理论都是科学，怎么能对客观世界的基本概念都不一样呢？我略举一例便可明晓。量子力学认为粒子与粒子之间是通过交换更小的粒子而相互作用的，比如两个人滑冰时，互相传递一个皮球就会交换作用力；而广义相对论认为是弯曲的时空在影响物质的运动。一个是传递力的系统，一个是弯曲时空的几何，这怎么调和？霍金也不过是把量子力学硬掺进了广义相对论，那不是调和，是混杂，是拉郎配。
将两大理论统一就存在这样一个问题，是把量子力学往广义相对论上结合，还是把广义相对论往量子力学上结合呢？两条路都有人走，但后者的成果较为显著。其实也不难理解，微观可以解释宏观，但宏观显然是无法解释微观的，所以应该以量子力学为基础。说到这里，我们就必须要展开了。
二、四大力的统一梦想
追求统一，追求对宇宙解释的一致，这是科学家最大的梦想。牛顿的伟大贡献是将苹果落地与地球绕太阳转统一于万有引力；麦克斯韦的伟大是将电与磁统一，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；爱因斯坦的伟大之一是把质量和能量统一了，E＝mc2。质量和能量，就是一种东西的不同形态，就好比冰和水的关系，其实都是H2O。科学家在统一的路上，虽然充满艰难险阻，但从未停止过他们的脚步，因为那是一种信念，是要将一切“定于一”的信仰。
再说个通俗点儿的例子，我们平日吃的鸡鸭鱼肉，表面上看起来都不一样，但其实都是由蛋白质构成的；蛋白质虽然各有不同，但都是由二十种氨基酸组合成的。再追下去，二十种不同的氨基酸都是由碳、氢、氧、氮、硫等原子构成。有人会说，这几个原子还不同呢。但不同的原子不就是由一模一样的电子、中子、质子构成的吗？什么？电子和中子还不一样，行了，先打住，否则就剧透了。
刚才打这个比方是想说明：宏观表面上看着很不一样的物质，其内在构成都一样，越往底层追，就越是一样。这就是科学家追求大统一的原动力。
我们再来看看粒子与粒子之间的作用力有多少种，有没有可能实现统一。
目前，人们发现微观粒子之间仅存在四种相互作用力，即：引力、电磁力、强力、弱力。如何把这四种力统一起来，建立一个大一统的理论，是物理学家的最高梦想。爱因斯坦临终前，在床榻上还在向这个方向努力，但毫无进展。
有心的读者可能会问：你怎么又开始说引力了，不是都改成弯曲时空了吗？是这样，我们现在准备以量子力学为基础来建立万物理论，量子力学中是没有弯曲时空这个概念的，所以现在又回归到万有引力了。
我们先看看这四种力的运作方式。电磁力，我们熟悉，就是带电荷的粒子之间通过电磁场来传递的相互作用力，或者干脆说，是通过交换光子而产生的作用力，光就是电磁波嘛；强力，就是像质子、中子这类强子之间发生的作用力，是通过交换胶子来实现的；弱力是通过传递W及Z玻色子来实现的。
说到这里，读者肯定十分想知道万有引力是通过交换什么子来实现的。抱歉，截至目前，还真不知道。如果它不是通过交换什么子来实现，这就意味着用交换粒子来统一四种力的这条路走不通。如果不通的话，就要走爱因斯坦弯曲时空的道路了。大家想想，仅仅把引力改成弯曲时空就让我们痛苦不堪了，如果再把电磁力、强力、弱力都视作时空弯曲，还不“弯”死我们？所以交换粒子的道路必须走通，引力必须是靠一个子来传递的，物理学家虽然没有发现这个子，但名字都起好了，就叫引力子。如果真有引力子，这四大力就可以统一用交换各种粒子来解释了。
你别说，引力和其他三种力确实很不一样。仅就强度来说，强力最大，电磁力次之，弱力就很小了，引力是极微小极微小的，以至于微观粒子之间的引力都可以不考虑，只有天体，因为质量大、粒子多，形成了“团购效应”，才会表现出强劲的引力。比如高楼上抛掷一个铁球，为何会向下落？那是因为地球对它的引力。但铁球砸到地面上，为何不能钻进去？那是因为地面的电磁力太大了，铁球根本就对付不了。这引力虽然极小极小，但是它的作用范围却是无限的。这确实有点儿奇怪。
更奇怪的是，我们一直不能发现引力子，这使得统一四种力的进程很渺茫。我们发现不了引力子，至少要从理论上推导出引力子吧；就像我们看不到黑洞，但我们能推导出来啊。可拿什么去构建引力子呢？
三、引入弦论和多维空间
1．引子
这时，物理学界开始出现一种很玄乎的理论——弦论。刚开始参与的人不多，别人觉得他们装神弄鬼的；但后来反转了，越来越多的人参与进去。为什么？因为它能导出引力子。
弦论，是个啥玩意儿，听着挺邪乎。首先看看构建弦论的科学家是以什么为出发点的。
大家都知道，各种物质都是由原子构成的，原子是由原子核和电子构成的，原子核中是质子和中子。后来发现，质子和中子又是由夸克构成的，还有传播子，就是刚才说的传递四种力的四种粒子：传播电磁力的是光子，传播强力的是胶子，传播弱力的是W及Z玻色子，传播引力的猜测是引力子。这样一来，大自然还是不统一，基本粒子有很多：夸克、电子、光子、胶子之类的，能不能把这些不同的子统一到一种基础上去？也就是说这些不同的基本粒子，不过是一种更底层的“东西”的不同表现而已？
这个更底层的“东西”是什么呢？大家都没见过。缔造弦论的科学家认为：它是很小很小的弦，这些弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子，夸克、电子、光子等等，一律都是弦。
弦论后来结合了超对称理论，成了升级版的超弦理论。我们下面就直接介绍高版本的超弦理论。
2．超弦理论(www.daowen.com)
超弦理论认为，万物皆弦，同样一根弦，这样振动是电子，那样振动是夸克，又一种振动又是另一种夸克，这几个夸克弦勾连起来，就是中子，那几个夸克弦勾连起来就是质子；中子和质子的组合就是原子核，原子核与电子组合就是原子，原子与原子组合就是宇宙万物。万物皆弦！
就连四大力也是弦。传播力的无非是光子、胶子、玻色子、引力子，也都是那根弦的不同振动而已。
让我们再欣赏一下弦论的风采！每一个基本粒子都是一根细细的琴弦，它们可以打开两端形成开弦，也可以闭合两端形成闭弦。当你拨动它的时候，它就奏出了不同的音调，这些不同的音调就是不同的基本粒子。宇宙就是无数振动的琴弦所构成的，是一个庞大的交响乐团，时时刻刻都在奏响着伟大的乐章。
过去我们困惑于粒子为何具有波动性，现在明白了，粒子本来就是琴弦，它怎么能够不波动呢？或许你又困惑于不同的粒子为何有不同质量，超弦理论再次告诉你，琴弦振动得越厉害，粒子的能量就越大；振动得越温柔，粒子的能量就越小。能量和质量根据质能方程E＝MC2就是一回事儿，所以能量大的粒子质量就大，反之就小。
3．多维时空
这个弦本身没有宽度，所以是一维的，但它在时空中的运动轨迹极度复杂，以至于我们人类所生活的四维时空根本就装不下它；它耍大了，咱们的四维时空庙太小，人家需要更广阔的空间，更高的维度。
前面讲的四维时空，大家没有忘吧？三维空间加上一维时间，就能刻画出我们世界中任何一个物体的运动轨迹。我再友情提示一下，这里不用再考虑时空弯曲了，因为我们在这里抛弃了爱因斯坦的理念，这里是平直的时空。
大家可以想象，弦的不同运动模式要构建出不同的基本粒子，其运动复杂性绝对不是四维时空所能罩得住的。正如我们趴在地面上，匍匐前行，二维空间足矣，但如果连蹦带跳，跳着蒙古舞，二维空间就容不下了，必须三维空间。这弦之震动的复杂，超出了大脑想象，需要十维时空才装得下它的运动。如果你非要问为什么是十维，不是二十维，我就原原本本告诉你：这是数学方程计算出来的结果。
有人肯定会说，我怎么看不到那个更高的维度呢？我只能打比方来解释：比如一根水管，远看像一条线，我们认为是一维的，但近看发现，水管还有自己环状的表面，所以它是二维的。因为水管环状的维度卷缩了起来，所以远看的时候发现不了。十维时空也类似，有六个维度卷缩了起来，我们看不到，仪器也看不到。
但有人非要在脑海中构想出一个十维时空的画面，这只能是自寻烦恼。我敢保证，连爱因斯坦、霍金也是想象不出那个画面的，为什么？还是那句话，我们都是人，超越不了。
这个超弦理论的提出者为何要引入高维度的时空结构呢？就是为了搞大统一理论，把不同的粒子、不同的力统一到同一个因素——弦当中。为什么高维度就容易统一呢？
想象一个轮胎，我们沿着直径截取，或者说切上一刀，在这个横截面上就会出现两个圆圈。仅仅从横截面来看，这两个圆圈是毫不相干的两个圈圈，但在三维空间看，这两个圈圈不过是轮胎的两个不同部位而已。也就是说在三维空间，我们把两个貌似不同的圈圈统一在一个轮胎上了。
我们再想象一下，在刚才的横截面上活着一种二维生命，它只能看到这个横截面上的事物，那么它就只能认为这两个圈圈是两个不同的东西；如果，现在让这个轮胎跳舞，各种反转、扭摆，那么这个横截面就会截出不同大小的圆圈和椭圆，这个二维生命会将这个不同大小和形状的圈圈进行分类，例如电子圈圈、夸克圈圈、胶子圈圈等它就是一个轮胎，哪有这么多不同的圈圈？这就是高维度空间能统一低维度事物的道理。
如果超弦理论确实正确，也就是说确实存在十维时空，那人类的感知就活在四维时空的横截面上。为了更好地理解这一点，我们把《三体》中的例子再变着法子说一下。
假设有一种二维生命体，就活在二维地面上；对它们来说，这个世界只有前后、左右，根本没有上下这个概念。这个地面上放了一张四条腿的桌子，但他们只能看到四条腿在地面上的接触面，就是四个互不相连的小正方形。有一天，一个人走了进来，二维生命看到的就是两个向前移动的脚印，而且两个脚印忽大忽小，因为人总是后脚跟先落地，然后前脚掌才落地。这个人走到桌子旁，将桌子举了起来，脱离了地面，那么对于二维生命来说，那四个小正方形在它们的世界中就消失了。这个人将桌子在空中颠倒过来，倒扣在地面上，桌面接触了地面，对于二维生命来说，就是突然出现了一个特别大的正方形。它们或许会认为这个特大的正方形，就是那四个小正方形演变过来的。其实，折腾了半天是同一张桌子。
说了半天，其实就是想表达这样一个道理：低维度空间的生命，会把同一种东西看成不同的事物，这些不同的事物其实是同一种东西在低维度空间的投影而已。记得过去有一个宗教人士是这样讽刺科学的，“你们不是在研究真理，是在研究真理的影子。”说的就是这个意思。不过现在有十维时空的超弦了，你还能说科学家在研究影子吗？这就看大统一理论能否构建成功了。
4．引力子的出现
有了十维时空，有了超弦，这就为大统一奠定了基础，万事俱备，只欠东风。东风是谁？刚才我们说过，横亘在统一路上最大的障碍就是引力子。造不出引力子，谈统一四种力就是空中楼阁。
令人惊喜的是，物理学家后来在超弦方程中，发现了一种封闭的弦，恰好符合引力子所要求的性质，也就是说这个弦环就是引力子。这真是：众里寻他千百度，那子却在闭合琴弦处。
有了引力子，不但统一四种力有了巨大前景，而且也为量子力学与广义相对论的兼容提供了机会。其中一个明显的成果是，用超弦理论也可以推导出霍金辐射，甚至可以导出整个相对论，超弦理论表现出很好的向下兼容的特性。
超弦理论还得出一个更令人震惊的结论：我们的空间中有裂缝，这个裂缝可以通向平行宇宙。
总而言之，超弦在理论构建上取得了巨大成功，有可能成为物理学家梦寐以求的万物理论。过去嘲讽超弦理论是故弄玄虚的物理学家，很多也抛弃了偏见，纷纷投入超弦理论的研究中。不过，目前超弦理论还无法证明，主要是因为现在的加速器还不够强大。科学家研究微观粒子的方式，就是将它们加速，然后让它们对撞，看能撞击出什么新的碎片。加速得越快，粒子撞击得越碎小，更微观的特征才能体现出来。目前世界还没有造出能够检验超弦理论的对撞机，因为这太烧钱了。
所以大家只能用心于理论的构建，企图将更大范围的物理现象纳入自己的体系。结果是，不同物理学家搞出了五种不同的超弦理论。超弦理论的目标本来是要统一对宇宙的解读，结果自己先内讧了，怎么办？这五个不同的超弦理论好像都很有道理，能不能把它们统一起来？
怎么统一呢？我估计有听众已经猜到了——用更高的维度。在更高的维度下，五个不同的超弦理论不就相当于同一个桌子的五条腿吗？
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