幾十年來，物理學(xué)家們想知道為什么四種自然力以如此支離破碎的形式出現(xiàn)──為什么在籠子里的這些“獵豹”看起來神情如此絕望和可憐。弗羅因德注意到，四種力看起來似乎大不相同的基本原因，是我們一直在觀察“籠子里的獵豹”。對于物理規(guī)律而言，我們的三維實驗室是一個無能的動物籠子。但是，當我們在高維時空（它是物理規(guī)律的天然棲息地）中表述物理規(guī)律時，我們就看到了它們名副其實的顯赫和有力，物理規(guī)律就變得簡單而富有生命力�，F(xiàn)在這場席卷物理學(xué)的革命，就是認識到了獵豹天然棲息地也許正是超維空間。

為了闡明如何加進一個較高的維數(shù)就能使事情變得簡單，試想古羅馬人是怎樣打那些大仗的。偉大的羅馬戰(zhàn)爭常常包含了許多較小的戰(zhàn)場，它一定伴隨著來自四面八方的謠言和誤傳，把事情弄得混亂不堪。戰(zhàn)爭在多個前線進行，羅馬的將軍們卻常常盲目指揮。羅馬人往往是靠暴力而不是靠優(yōu)美的戰(zhàn)略贏得戰(zhàn)爭的勝利。那就是為什么戰(zhàn)爭的首要原則是占領(lǐng)高地──即上升進入二維戰(zhàn)場上方的第三維。在可看到戰(zhàn)場全景的巨大山丘的有利地位上，戰(zhàn)爭的喧囂突然變小了。換句話說，從第三維（即從山丘的頂部）來觀察，較小戰(zhàn)場的混亂結(jié)合成了一幅首尾連貫的單一畫面。

這個原理──自然規(guī)律在高維中表達時可以變得較為簡單──的另一個應(yīng)用，是愛因斯坦狹義相對論背后的中心思想。愛因斯坦揭示了時間是第四維，證明了在四維理論中時間和空間能夠便利地統(tǒng)一起來。這進而必然導(dǎo)致所有用時間和空間來測量的物理量的統(tǒng)一，比如質(zhì)量和能量。他還發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量和能量統(tǒng)一的精確數(shù)學(xué)表達式：E=mc２，這就是所有科學(xué)方程式中最為著名的質(zhì)能公式。高維理論絕不僅僅是一個學(xué)術(shù)理論，因為愛因斯坦理論最簡單的結(jié)果乃是原子彈，它改變了人類的命運。在這一意義上，引入高維已成為人類歷史中至關(guān)重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。──作者原注。

為了鑒賞這個統(tǒng)一的巨大威力，現(xiàn)在我們來描述四種基本力，強調(diào)它們?nèi)绾尾煌�，如何在高維中給出這四種力的統(tǒng)一表述。過去兩千多年來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)我們宇宙中的一切現(xiàn)象能夠被歸結(jié)為四種力，它們從一開始就彼此互不相似。

電磁力

電磁力以多種形式存在，它包括電、磁和光本身。電磁力照亮我們的城市，可使收音機和電唱機發(fā)出的音樂充滿整個空間，可用電視給我們以娛樂，用電器來減少家務(wù)勞動，用微波爐烘烤食物，用雷達跟蹤飛機和進行空間偵察，用電廠發(fā)電。最近，電磁力已被用于電子計算機（這使辦公室、家庭、學(xué)校、軍隊大為改觀）和激光（這對于通信、外科手術(shù)、光盤、五角大樓高級武器系統(tǒng)，甚至于售貨臺的付款機有重大意義）。在某種意義上，地球上多半的國民生產(chǎn)總值（它代表著人類積累的財富）都依賴于電磁力。

強核力

強核力為恒星燃燒提供能量，它使群星爭輝，產(chǎn)生哺育生命的太陽光。如果強核力突然消失，太陽將一團漆黑，地球上一切生命將會滅亡。事實上，一些科學(xué)家認為恐龍滅絕于６５００萬年前的原因，是一次彗星撞擊的碎屑來到高空大氣層之中，使地球暗淡無光，引起整個地球溫度驟然下降。具有諷刺意味的是，也正是強核力可以一天之間收回它贈予的生命。如果不限制氫彈爆發(fā)，強核力就有可能在一天之內(nèi)結(jié)束地球上所有的生命。

弱核力

弱核力控制某些形式的放射性衰變。因為放射性材料在衰變或分裂時發(fā)出熱，弱核力使地球內(nèi)部深處的放射性巖石變熱。這種熱又偶爾會使火山把熔巖猛烈地噴向地球表面。弱核力和電磁力還被用來治療嚴重的疾�。悍派湫缘獗挥脕須⑺兰谞钕倌[瘤和抑制某些種類的癌。放射性衰變力也能致死：它在三英里島和切爾諾貝利造成嚴重破壞；它也產(chǎn)生放射性廢料──核武器生產(chǎn)和商用核電廠的必然的副產(chǎn)品，這些廢料都有可能貽害幾百萬年。

引力

引力使地球和行星在各自的軌道上運動，引力也約束整個星系。如果沒有地球的引力，地球的自轉(zhuǎn)將使我們像布娃娃一樣被拋進太空。我們用以呼吸的空氣將快速地擴散到太空中，從而使我們窒息或使地球上無法存在生命。沒有太陽的引力，包括地球在內(nèi)的所有行星將被從太陽系扔到寒冷的太空深處，那里陽光不足，生命無法賴以生存。事實上，沒有引力，太陽本身也將爆炸。太陽是引力和核力精確平衡作用的結(jié)果，引力企圖擠碎太陽，核力卻又想把太陽分開。沒有引力，太陽將會像千百萬億顆氫彈那樣轟然起爆。

現(xiàn)在理論物理的主要挑戰(zhàn)是把這四種力統(tǒng)一成一種力。從愛因斯坦開始，２０世紀的許多物理學(xué)巨人已經(jīng)尋求，但苦于找不到這樣一種統(tǒng)一方案。然而，愛因斯坦一生最后３０年沒有找到的答案可能就在于超維空間。

尋求統(tǒng)一

愛因斯坦曾說：“自然呈現(xiàn)給我們的僅僅是獅子的尾巴。盡管因為獅子身軀龐大而不能立即展現(xiàn)其自身，我也不會懷疑長著這條尾巴的那頭獅子之存在�！比绻麗垡蛩固故钦�確的話，那么可能這四種力就是“獅子的尾巴”，而“獅子”本身就是高維時空。這種思想已經(jīng)激起人們向往有一天宇宙中的物理規(guī)律可以用一個方程來闡釋，而這些規(guī)律造成的結(jié)果則由充滿著圖表的書籍布滿了圖書館的墻壁。

對于宇宙的這一革命性前瞻的核心，就是認識到更高維的幾何可能是統(tǒng)一宇宙中物理規(guī)律的最終源泉。簡言之，盡管宇宙中的物質(zhì)和把物質(zhì)束縛在一起的力以一種使人困惑不解和變化無窮的復(fù)雜形式出現(xiàn)，但是它們可能只是超空間上的不同振動而已。然而，這一概念與科學(xué)家們的傳統(tǒng)思想相抵觸，他們把空間和時間視為一個被動的舞臺，而恒星和原子是其上面的主角。對于科學(xué)家而言，可見的物質(zhì)宇宙似乎比空無一物而又不能運動的時空這種不可見宇宙舞臺更加豐富和變化多端。從歷史的角度看，粒子物理方面幾乎所有的科學(xué)努力以及大量的政府基金都被投入到諸如“夸克”和“膠子”等亞原子粒子的性質(zhì)上，而不是領(lǐng)悟其幾何本質(zhì)�，F(xiàn)在，科學(xué)家們正在意識到時間和空間這些“無用”概念可能是大自然之美與簡單性的最終源頭。

有一種把光解釋為在第五維中的振動的新型引力理論，按提出該理論的兩位科學(xué)家的姓氏被命名為卡魯查-克萊因理論，它是有關(guān)高維空間的第一個理論。把它延拓到N維空間（這里N代表任何整數(shù)）之后，原先看起來很笨拙的這個亞原子粒子理論便戲劇性地呈現(xiàn)出一種驚人的對稱性。然而，原先的卡魯查-克萊因理論不能決定N的準確值，在描述所有的亞原子粒子時也存在一些技術(shù)問題。這個理論更為先進的敘述，即所謂的超引力理論也有問題。近來，在理論上的興趣是由物理學(xué)家格林（MichaelGreen）和施瓦茨（JohnSchwarz）在１９８４年引發(fā)的，他們證明了卡魯查·克萊因理論的最新翻版，即所謂的超弦理論的自洽性，這個理論假設(shè)所有的物質(zhì)都由細小的振動弦組成。令人吃驚的是，超弦理論預(yù)言了時空的精確維數(shù)：十維。①