之前连续三篇文章向读者介绍了三类平行宇宙，好些读者好奇，这听上去令人浮想联翩，可究竟有可能吗？
最近，人类史上第一张黑洞照片亮相全球，确认了在宇宙中，黑洞确实存在，更进一步证明了爱因斯坦广义相对论的正确性。而就在不久之前，黑洞还曾被认为只是科学幻想，甚至爱因斯坦本人在1939年写的一篇论文，“证明”黑洞永远不可能形成。
儒勒·凡尔纳在1863年的科幻小说《20世纪的巴黎》，曾被尘封了长达一个多世纪，直到被凡尔纳的重孙发现，并在1994年首次出版。在小说《20世纪的巴黎》中，凡尔纳预言了巴黎1960年可能呈现的面貌，里面提到了传真机、玻璃建造的摩天大楼、高速高架火车，甚至一个世界性的通讯网络（不就是互联网嘛）……这些在100多年前，无疑都是天方夜谭。
而随着更为先进的理论，如“弦理论”的产生，将之前仅仅属于科幻范畴的概念——平行宇宙——也正被物理学家列入重新研究之中。
从这篇文章开始（将至少用两篇，甚至三篇）介绍一下“弦理论”，特别是超弦理论，而在介绍“弦理论”之前，先谈一谈自然界中摆在人类面前的四大奥秘之一——物质的本质（另外三个是智能的发生、宇宙的起源、生命的本质）。
超弦理论能成为万有理论吗？（上）（完整版）
文／陈思进
在目前的科学界，物质一般是指静止质量不为零的东西，也常用来泛称所有组成可观测物体的成分。
那么物质是由什么构成的呢？
但凡接触过中学物理化学的读者都知道，分子是独立存在而保持物质化学性质的最小粒子，由原子构成（在我们的日常生活中，所有可以用肉眼看见的物质都由原子组成）。过去，原子曾被认为是基本粒子，atom（原子）这个词就是来自希腊语中“不可切分的”。
之后，科学家发现原子只是元素能保持其化学性质的最小单位，是由致密的原子核，以及若干围绕在原子核周围由电子组成的电子云所构成，而原子核则由质子和中子所构成的。
随著不断地实验和量子场论的研究进展，科学家进而发现了质子、中子是由更基本的夸克和胶子所组成。然后，科学家更进一步发现了性质和电子相类似的一系列轻子，还有性质和光子、胶子相类似的一系列规范玻色子。这些就是现代物理学所理解的基本粒子（请详见附图《粒子物理标准模型》）。
为了研究这些粒子的属性，各种理论也应运而生。同时，科学家们还在不断尝试走向大统一之路，也就是寻找一种能够统一描述四种基本作用力的理论。
让我们先回到1968年，那时的物理学已经发现物质间的四大基本力：强核力（Strong nuclear force）、弱核力（weak nuclear force）、电磁力（electromagnetic force）、以及引力（gravitation）。但是只能对引力和电磁力进行很好的描述，而新发现的弱核力和强核力却还没有一套完整的理论基础。正是那段时间的前后，科学家将弱核力和电磁力统一了起来，然而对于强核力的描述，还处于百家争鸣之中，直到弦理论在其中脱颖而出。
1968年是CERN诞生后的第14年（CERN是法语Conseil européen pour la recherche nucléaire的简称，英语：European Organization for Nuclear Research，欧洲核子研究中心，全球最大的粒子物理学实验室，也是互联网的发祥地），众多物理学家纷纷加入了强核力的研究，意大利物理学家加布里埃莱·韦内齐亚诺（Gabriele Veneziano）也是其中之一。
韦内齐亚诺和其他物理学家不同，他并非从“杨-米尔斯规范场”（“杨”指的是杨振宁）切入研究，而是构建了一个函数，用来描述强核力过程中的一些散射情况。后来才发现，这个函数和早在200多年前被数学大神欧拉研究过的一个积分函数——欧拉积分一模一样，而欧拉积分中的贝塔函数，恰好正是韦内齐亚诺得出来的结果。
韦内齐亚诺发现贝塔函数可以处理一种强核力模型，是具有4个粒子的散射模型，之后被称为韦内齐亚诺模型。不过，多年后，人们才意识到这个模型的重要性。
后来，日本物理学家南部阳一和其他几位物理学家一起研究了韦内齐亚诺模型，他们惊奇的发现，在这个方程式中，粒子可以被看作是某种特定的空间延伸量，通俗地说就是一根弦，这个弦受到了两个力以致达到平衡状态：一个是自身的张力，犹如橡皮筋那样将两端向里拉，另一个是旋转离心力，它像螺旋桨那样。
当弦的两端受到排斥力，上述两个力恰好平衡。而理论上每个弦的张力达到13吨左右那么大，这个结果出乎意料，因为正常来说，在所有理论中，粒子都只是概念点，那怎么还能被看成弦呢？
写到此顺便提一下，在美剧《生活大爆炸》第6季第5集中，Leonard向Penny展示他研究的“正投影全息显示加手指激光跟踪器”的时候解释说，在“弦理论”中，有个基本概念，宇宙可能是一张全息图。全息原理提出的观点是，人类在三维空间感受的一切，可能只是宇宙最遥远的地方的全息投影，我们感受到的宇宙其实只是外界的信息。因此，有可能我们的生活真的只是宇宙这张最大的画布上表演绘画而已……
下篇接着谈。
2019年05月06日写于多伦多
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