若想一勞永逸地為世間萬物構築一種完整的統一理論，那會是非常困難的。所以，我們走的是另一條路，那就是通過發現區域性性理論以求得進展。這些理論對有限範圍內的事物作了描述，而對其他因素的影響則不予考慮，或者以一些確定的數字作為它們的近似。例如，在化學中，我們可以計算原子間的相互作用，而無需知曉原子核的內部結構。但是，歸根結底人們總是希望能找到一種完美而又自洽的統一理論，而且它應能包容作為其近似表述的所有那些區域性性理論。對此類理論的探求被稱為「物理學的統一性」。

愛因斯坦把他晚年的大部分時光用於探索一種統一理論，但未取得成功，不過在那個年代時機尚未成熟，因為當時人們對核力所知甚少。另外，愛因斯坦拒不相信量子力學的真實性，儘管他對量子力學的發展曾發揮了重要作用。但是，測不準原理看來正是我們生活之宇宙的一個基本特徵。因此，一種成功的統一理論必須明確地能包容這一原理。

到了今天，能找到此類理論的前景似乎要好得多了，因為我們對宇宙的認識已取得長足的進步。不過，我們必須謹防過分自信，因為之前已經有過似是而非的教訓。例如，在20世紀初，人們曾以為世間萬物都可以用連續物質的一些性質，如彈性和熱傳導性來加以解釋。鑑於原子結構的發現和測不準原理，這種想法便告壽終正寢。

後來又有過一次：1928年馬克斯·波恩曾對訪問哥廷根大學的一批人說，「就我們所知，物理學將在六個月內終結」。他的這種自信，是基於不久前狄拉克發現了支配電子的方程53。有人認為應當有一個類似的方程支配質子（質子是當時所知唯一的一種另類粒子），而理論物理也就到此為止了。然而，中子和核力的發現又一次給持有此類觀點的人當頭一棒。

儘管說了上面這些話，我仍然以一種謹慎樂觀的態度相信，現在有理由說我們可能已經接近探知自然界終極規律的目標。今天，我們已掌握了若干區域性性理論。我們有了廣義相對論，這是有關引力的區域性性理論，以及還有支配弱力、強力和電磁力的區域性性理論。後三種理論可以合併為所謂的大統一理論。不過這類理論並不非常令人滿意，因為它們沒有把引力包括在內。要想找到一種理論，以能把引力與其他幾種力統一起來，其主要困難在於廣義相對論乃是一種經典理論。這就是說，它並不包容量子力學的測不準原理。相反，其他三種區域性性理論都與量子力學緊密地聯絡在一起。因此，必須做的第一步工作是，要把廣義相對論與測不準原理結合起來。正如我們已看到的那樣，這樣做可以匯出一些很值得注意的結論，如黑洞並非黑不可知，宇宙是完全自足的，而且沒有邊界。麻煩在於，測不準原理意味著即使是完全真空的空間也充滿了虛的粒子和反粒子對。這些虛粒子對會具有無限大的能量，而這意味著它們的引力作用會使宇宙高度彎曲成無限小的尺度。

在其他一些量子理論中，也會出現一些頗為類似的、看上去很荒唐的無限大問題。不過，在這些理論中，此類無限大可以通過一種所謂重正化54的處理方法而不復出現。這種方法涉及對理論中粒子的質量和力的強度進行調整，而調整的範圍也是無限大。儘管這種方法就數學上來說頗為令人生疑，但在實際應用上看來卻是有效的。人們已經利用這種方法做出了一些預言，而且以異乎尋常的精確度與觀測結果相一致。但是，從力圖找到一種完美理論的觀點來看，重正化有一個嚴重的缺陷。一旦從無限大中扣除無限大，那麼您想要什麼答案就可以取得什麼答案。這意味著，從這種理論不可能預言質量和力的強度之實際數值。相反，它們不得不通過與觀測結果間的擬合來加以選定。對廣義相對論來說，只有兩個量是可以調整的，那就是引力強度和宇宙學常數。然而，調整這兩個量尚不足以避開所有的無限大。為此，有人提出了一種理論，這種理論看來能對某些量（如時空曲率）做出預言，這些量儘管實際上為無窮大，但它們是可以觀測的，且測定值必然是有限的。為了解決這一難題，1976年有人提出了一種稱之為「超引力」的理論。這種理論本質上就是廣義相對論，只是補充了一些粒子。

在廣義相對論中，引力可以看作起因於一種自旋為2的粒子，這就是引力子。上述理論的思想是，應增加自旋為3/2、1/2和0的其他幾種與之不同的新粒子。於是，從某種意義上說，所有這些粒子都可認為是同一種「超粒子」的不同表現。對於自旋為1/2和3/2的虛粒子/反粒子來說，它們應當具有負能量，而這種負能量往往會與自旋為0、1和2的虛粒子對的正能量相抵消。這樣一來，許多可能的無限大也就不復存在，但令人擔心的是有些無限大仍然可能留存下來。不過，要想確認是否仍留下某些無限大而未被消除，所需要的計算工作量非常大，且難度很高，因而沒有人打算進行此類計算。即使用計算機來算，估計至少也得花上四年時間。在計算中至少出錯一次，或者也許多次出錯，這種可能性是很大的。所以，若想知道某人得出的答案是正確的，那麼必得另有人重複這項計算，並能取得相同的結果，而要做到這一點看來是不太可能的。

鑑於上述難題的存在，另一種與之不同的見解便應運而生，那就是弦論。在此類理論中，基本客體不再是在空間中只佔了一個點的粒子，而代之以某種有長度卻無其他維度的東西，猶如一條無限細的弦圈。在每一瞬刻，一個粒子僅佔了空間中的一點。所以，它的歷史便可以用時空中的一條線來表示，稱為「世界線」。另一方面，在每一瞬刻，一條弦則佔了空間中的一條線，因而它在時空中的歷史是一個二維曲面，稱為「世介面」。此類世介面上的任意一點，可以用兩個數來描述，一個表徵時間，另一個則表徵點在弦上的位置。弦的世介面乃是一個圓柱面，或者說一根管子。管子的截面是一個圓，它代表了某一特定時刻弦所處的位置。

兩段弦可以連線起來，併合成一條弦，這有點像兩條褲腿連線成一條褲子。類似地，一條弦也可以分割成兩條弦。在弦論中，先前被視為粒子的客體，現在可想象為沿著弦傳播的波，就像是沖水管上的波。一個粒子因另一個粒子的作用而被髮射或者被吸收，與之相應的就是弦的分割或者連線。例如，與太陽對地球的引力作用相對應的便是h形的水管或導管。弦論多少有點像自來水管道。在h形結構兩個豎直管道上的波，對應於太陽和地球上的粒子，而與水平連線管上的波所對應的便是在兩者之間傳播的引力。

弦論有著一段異乎尋常的歷史。最早，它是在20世紀60年代末被虛構出來的，當時有人試圖找到一種理論來描述強力。它的構想是，像質子和中子這樣的粒子，可以看作為一條弦上的波。粒子間的強力對應於一些弦段，它們遊走於其他一些弦段之間，這種情況有點像蜘蛛網。為了用這種理論來說明粒子間強力的觀測值，那些弦必須像橡膠帶一樣，並能承受10噸左右的拉力。

1974年，約埃爾·歇克和約翰·施瓦茨發表了一篇文章，在文中他們證明了弦論可以用來描述引力，條件是弦的張力必須要大得非常多——約達1039噸。在常見的長度範圍內，弦論所作的一些預言與廣義相對論的預言完全一致，然而在非常小的距離（小於10-33釐米）上兩者就迥異了。不過，他們的工作並沒有引起太大的注意，因為正是在那一時間前後大多數人拋棄了原始的、有關強力的弦論。歇克去世時景況甚為悽慘。他得的是糖尿病，在處於昏迷狀態之際周圍沒有人為他注射胰島素。這麼一來，孤零零的施瓦茨幾乎成了弦論的唯一支援者；然而，今天提出的弦張力之數值還要大得多。

到了1984年，人們突然間再度對弦產生了興趣，這大概有兩方面的原因。其一，人們在證明超引力是有限的，或者說要證明它可以用來解釋我們已觀測到的那幾類粒子方面，實際上並沒有取得多大的進展。其二，約翰·施瓦茨和邁克·格林在他們所發表的一篇論文中證明，弦論也許能用來解釋內稟左手徵粒子的存在，而我們所觀測到的某些粒子便具有這種特徵。不管是什麼原因，許多人很快開始從事弦論方面的工作。一種稱為異型弦的新版本弦理論發展起來了，而且看來很有可能用它來解釋我們所觀測到的各類粒子。

弦理論同樣會引出一些無限大，不過人們認為在諸如異型弦一類的變形版本中它們都會互相抵消。可是，弦理論中也存在一個更大的問題：只有當時空為十維或者二十六維、而不是通常的四維時，它們才會是自洽的。當然，額外的時空維度對科幻小說而言乃是司空見慣之事；事實上它們幾乎是不可或缺的內容。不然的話，鑑於相對論隱含了人們不可能以超過光的速度旅行，而這一事實意味著要想穿越我們自己的銀河系，會因所需時間太長而不可能實現，更不要想去其他星系旅行了。科幻小說中的構思是，人們能借助較高的維度找到一條捷徑。我們可以按以下方式來做一番想象。設想我們生活的空間僅有二維，而且它是彎曲形的，就像是甜甜圈或說一個環形曲面的表面。如果您位於環的某一邊上，並打算去另一邊上的某一點，那麼您必得繞著環走。然而，要是您能做到在第三維中旅行，那麼您就可以抄近路筆直橫穿過去。

如果所有這些額外的維度確實存在，那我們為什麼對之毫無察覺呢？為什麼我們所看到的只是三維空間和一維時間呢？對此的解釋是，其他的維度均彎曲在範圍極小的空間內，其尺度大約只有100萬億億億分之一英寸。這樣的尺度實在是太小了，以至於無法被我們所覺察。我們所看到的只是三維空間和一維時間，而且此類時空是完全平直的。這種情況可比作為橙子的表面：如果您在近距離觀察，整個表面是彎曲的，而且佈滿皺紋；然而要是從遠處看，您就看不到那些隆起的結構，它看上去顯得很平滑。對於時空來說情況也是如此。在非常小的尺度上它是十維的，而且高度彎曲。但是在較大尺度上，您看不到彎曲，或者說看不到額外的維度。

如果這幅影像是正確的話，對於想要成為空間旅行者的人來說那可是壞訊息。額外的維度實在是太小了，空間飛船無法得以通過。然而，這又引起了另一個重要問題。為什麼某些維度應該捲成一個小球，而不是所有的維度都是如此呢？據推測，極早期宇宙中所有維度都應當是高度彎曲的。那麼為什麼三維空間和一維時間展平了，而其他維度仍維持緊卷狀態呢？

一個可能的答案是人擇原理。為了發展出像我們這樣的複雜生命，兩維空間看來是不夠的。例如，對於生活在一維地球上的兩維人來說，兩個人若要想彼此穿越而過，那麼一個人就必須從另一個人的身上攀爬過去。如果一個兩維生命吃了什麼東西，那它是不可能完全消化的，它不得不把殘留物吐出來，而且吐出的通道與吞食通道是一樣的，這是因為要是有一條通道貫穿整個生命體，那麼它會把這個生命分割成兩個不相連的部分，而我們的兩維生命也就解體了。類似地，想要理解兩維生命體內如何才能進行某種血液迴圈亦很困難。當空間的維度大於三時，同樣會出現一些問題。這時兩個物體之間的引力隨距離的增大而減小，會比三維空間中減小得更快。由此引起的一個嚴重後果是，行星（如地球）繞太陽的運動軌道不會處於穩定態。因諸如其他行星的引力所造成的極微小的擾動，會使地球沿螺旋形軌道遠離或跌入太陽。這麼一來我們要麼會徹底凍結，要麼就被焚燒殆盡。實際上，這樣一種引力隨距離而變的特性，同樣會使太陽處於不穩定態。太陽或者會分崩離析，或者會經坍縮而形成黑洞。無論哪種情況，作為地球上生物之光和熱的源泉，太陽就沒有太大的用處了。在較小尺度上，使原子中電子繞核作軌道運動的電力，也會表現出與引力相同的變化特性。於是，所有的電子都會從原子中逃逸出去，或者按螺旋式運動掉入原子核。不管出現何種情況，原子都不可能保持現在我們所知道的那種模樣。

看來，生命——至少是我們所知道的那種生命，顯然只能存在於特定的時空區域之中，它們有三維空間和一維時間，而且都不會因捲曲而變得非常小。這意味著人們可以援引人擇原理，不過前提條件是可以證明弦理論至少確能容許在宇宙中存在此類區域。而且，看來每一種弦理論確實都容許此類區域的存在。宇宙中很可能存在其他的區域，或者還存在別的宇宙（且不論這意味著什麼），而在這些宇宙中所有的維度都捲曲得很小，或者其中有四個以上的維度是近乎平直的。不過，在此類區域中不會有任何智慧生物存在，而對有效維度之不同個數的觀測也就無從談起了。