娜毕荨３似渌蛞酝猓雎粤苏飧鐾骋焕砺壑�3 个重要的特性：1．除了引力场和电磁场以外还存在其他的场（一般说爱因斯坦也知道还应该有其他的力存在，但他没有试图去描述它们）；2．我们不仅仅要讨论由量子力学揭示的由玻色子（如光子、引力子）组成的场，而且应该把费米子组成的场考虑在内（爱因斯坦认为，比如说电子，可以通过什么方法从方程中产生出来）；3．统一场论必须在量子力学的框架里才能建立（虽然爱因斯坦曾为量子力学作了一些奠基性工作，但他从不接受量子力学）。
但是，我们理论物理学家都曾被爱因斯坦的梦激励过，不过我们在一种新的形式下思考统一场论：一个统一的量子场论不仅包含光子、引力子和所有其他基本的玻色子，以及与它们相关联的电磁场、引力场和其他一些场，还应该包含如电子这样的费米子和它们的场。这样的一个理论应该包含在一个简单的公式里，这个公式可以对大量基本粒子和它们相互作用的多样性作出解释，并且在适当近似的条件下，能引出爱因斯坦的广义相对论引力方程和麦克斯韦电磁学方程组。超弦理论——或许可以实现的梦上面所说的梦，现在也许可以实现了。一种称为“超弦”（superstring）的新型理论似乎具有完成统一的一些正确特性。特别是“杂化超弦理论”（hetorotic superstring theory），它是所有基本粒子和相互作用的统一量子场论最有成效的候选理论。
超弦理论源自一种靴袢原理（bootstrap principle）的思想。有一句古老的格言说，人可以用向上提自己的靴袢的办法把自己提到空中。这意思是说一组基本粒子可以看成是相同粒子联合成的一种自洽态。所有的粒子都应看成是组成成分，所有的粒子（即使在某种意义下费米子也不例外）都应看成是把各组成成分联在一起的力场的量子；还有，所有的粒子都要以组成成分的束缚态出现。许多年以前，当我在休斯飞机公司对一位听众描述这种想法时，这位后来成为同步卫星计划领导人的工程师——罗森（Harold Rosen）——问我，超弦理论是不是有点像他们在制作一个电路时试图对一种干涉信号所作的解释？他们假定信号一直存在，而且证明它们是自己产生的。这种解释十分成功。我表示同意，靴袢的思想的确有些与此类似：如果假定粒子存在，它们就会产生把它们连在一起的力；最后出现的束缚态就是同样的粒子，它们与携带力的粒子是相同的。这样的一个粒子系统，如果存在就是自行产生的。
超弦理论的最初形式是施瓦兹（John Schwarz）和勒伏依欧（AndréNeveu）于1971 年提出来的，当时得到雷蒙德（PierreRamond）的某些支持。虽然这个理论在当时看来牵强附会，我还是把施瓦兹和雷蒙德请到加州理工学院，我认为超弦如此之美妙，那一定有一些有价值的东西。在接着15 年或更多的年头，施瓦兹与不同的合作者，其中特别应该提到的是谢尔克和格林（Michael Green），进一步发展了这个理论。
开始这个理论仅仅只应用到一小类相同的粒子上，理论家们试图用靴袢原理描述它们。只是到了1974 年，谢尔克和施瓦兹才认为超弦理论可以用来描述所有的基本粒子。他们之所以有这种自信，是因为他们发现这个理论预言了引力子的存在，这当然也就预言了爱因斯坦的引力的存在。此后大约10 年时间，普林斯顿大学的4 位物理学家建立了一种称为杂化超弦理论的特殊理论形式。
超弦理论，特别是其杂化形式，可能正是长期寻找的统一量子场论。在适当的近似时，它自然而然地蕴涵着爱因斯坦的引力理论。而且，当它把爱因斯坦的引力理论和其他场的理论与量子场论结合在一起时，不会出现通常都有的无限大的困难。它还可以解释为什么基本粒子有这么多的多样性。不同种类粒子的数量实际上是无穷的，但在实验室里只能发现一定数量（例如几百种）、质量足够小的粒子。而且，至少从表面上看，这个理论不包含任何任意常数或大量的粒子和相互作用，只有在更深入考查时，才会可能有一些任意性出现。最后，超弦理论出自一个简单而美妙的自治原理，即最初人们称之为靴袢的思想。不是解决一切的理论
在所有有关杂化超弦理论重要的问题中，有一个使我们特别感兴趣：假定它是正确的，它真能解决所有的问题吗？有些人认为它能解决一切问题，甚至用上了TOE（Theory of Everything）这个缩写词。这种说法是不对的，除非将“所有一切”（every…thing）仅仅意指基本粒子和它们之间相互作用的描述。理论仅靠它自身不可能告诉我们有关宇宙和它所包含的物质的一切。我们还必须有其他形式的信息。初始条件和时间之箭
其他信息中的一个，就是宇宙在开始或临近膨胀时，宇宙的初始条件如何。我们知道宇宙膨胀已有100 亿年。天文学家们利用大倍数望远镜观察远距离银河系的星团，可以看到这种令人惊诧的膨胀；但当我们观察近处时，这种膨胀根本观察不到。我们的太阳系不膨胀，我们的银河系和从属它的星团也不膨胀。其他银河系和星团同样不膨胀。但是，不同的星团都在向后退行，而这正好显示出宇宙的膨胀。有人把它比为烤葡萄面包。在酵母粉的作用下，面包膨胀了，但萄葡（银河系的星团）虽然相互离开了一些，但可以认为葡萄本身并没有膨胀。
宇宙从开始膨胀以后，其行为很明显地不仅仅决定于组成宇宙的粒子所遵循的定律，而且也决定于其初始条件。初始条件只在深奥难懂的物理学和天文学问题中才出现吗？完全不是这么回事！其实它对我们日常生活的观察有巨大影响，特别是初始条件决定了时间之箭。我们想像在看一段影片，一颗陨星飞快地坠入地球的大气层，这时它会由于高热而在天空划出一道耀眼的光芒。陨星的大部分烧成了灰烬，但也有些不同大小的陨石冲进地球的大地里。如果我们把电影胶片往回倒，我们将会看到一块岩石，部分埋在土地中，然后它又升到高空，而且在大气中作弧线运动时大小和重量不断增加，最后又大又冷的陨星离开地球飞向天空。影片中时间倒退的顺序，实际上是不可能在现实中出现，我们可以立即断言那是在倒影片胶带。
这种宇宙中未来和过去的不对称性，就是人们熟知的时间之箭。有时我们根据不同的方面来分立地讨论这种不对称性，并因而冠以不同的时间之箭的名称。但是，它们都是相关联的，它们最初的起源都相同。那么，这种起源是什么呢？
时间之箭可以用基本粒子的基本定律解释吗？如果改变方程中时间变量的符号，描述这些规律的方程的形式仍然不变，我们就说这个方程对于未来和过去是对称的。如果改变时间的符号使方程的形式发生了变化，那么就说该方程对未来和过去是不对称的，或者说违背时间对称。这种违背在原则上可以说明时间之箭。事实上我们知道这种小的违背存在，但把这种效应作为引起时间之箭的一种普遍现象来加以肯定，又有以偏概全之嫌了。
如果我们沿时间的两个方向观看，我们会发觉其中一个方向在100 或150 亿年以前，宇宙处于一个非常特别的状态。这个时间的方向我们称之为“过去”（past），而另一个方向则称为“未来”（future）。在对应于初始条件的状态中，宇宙非常小，但这个“非常小”也还是不能完满描述这种处于特别简单的状态。在很远的未来，宇宙停止膨胀，并开始收缩，最后宇宙又会变得非常非常小，但我们完全有理由相信，宇宙的最终态将与初始态十分不同。过去和未来的不对称性因之也保持下来。初始条件的一个候选理论
既然出现了一个可行的基本粒子统一理论，那么我们就有理由要求有一个近似可取的宇宙初始条件的理论。实际上有一个这样的理论，它是1980 年由哈特尔（James Hartle）和霍金（Stephen Hawking）提出来的。霍金喜欢称这个理论为“ 无边界的边界条件” （ noboundaryboundarycondition）。这是一个很贴切的名称，但对这个建议特定的“后继信息”，它并没有反映出来。如果基本粒子的确需要一个统一理论（哈特尔和霍金并没有明确地假定），那么它们的初始条件的近似修正形式，就能够从统一理论的原理中计算出来，而且，基本粒子和宇宙所需的两个物理学基本定律，就成为一个单独的定律。不是一切，只是历史的概率
不论哈特尔…霍金的想法是否正确，我们仍可提出下列问题：如果我们确定了基本粒子的统一理论和宇宙的初始条件，那么我们在原则上能够预言宇宙和宇宙中一切事物的行为吗？答案是否定的，因为物理学诸定律都是量子力学的定律，而量子力学是非决定论的，它只允许理论作出概率性的预言。物理学的定律在原则上只允许计算各种不同宇宙历史的概率，这些不同的宇宙历史描述由于给定了初始条件而发生不同的事件。实际上发生的序列事件的信息只能从观察中收集到，因此这些信息是基本定律自身外的附加的东西。由此可知，基本定律不可能提供解决一切的理论。上图：放射性核在在时间t 的衰变后，剩下部分的下降指数曲线；下图：上升指数曲线量子理论的概率性质可以用一个简单的例子说明。一个放射性原子核有一种所谓的“半衰期”，即在这段时间内它有50％的机会衰变。例如239Pu（钚的最常见同位素）的半衰期是25000 年，这就是说一个今天还存在的239Pu 还能生存25000 年的机会是50％；生存50000 年的机会是25％；生存75000 年的机会是12．5％，等等。量子力学的自然特性就是说，对于一个给定的239Pu 核，我们所能知道的信息就是它将会衰变，但我们不能预言它衰变的精确时刻，我们只能知道一个对时间的概率曲线。在我们给出的图中有一条是下降的指数曲线，一条是上升的指数曲线。一条指数曲线在相同的时间间隔里，在下降时给出一个几何级数1/2、1/4、1/8、l/16？？，在上升时则给出2、4、8、16？？上升的几何级数。
在发生辐射时，我们对衰变不能作出精确的预言，衰变的方向更是完全不能预言。假定239Pu 核处于静止状态，并将分裂成两个带电的碎片，一个比另一个大得多，而且向相反的方向运动。那么，对于碎片来说，所有的方向都应该机会均等，我们没有办法说明碎片将向哪个方向运动。如果对一个原子核的未来都有这么些东西不知道，那么对整个宇宙，即使给出了基本粒子统一理论和宇宙的初始条件，该有多少东西基本上无法预言！远远超出这些假定的简单原理之外，宇宙的每一个可选择的历史还要依赖于不可置信的大量偶然事件的结果。由冻结偶然事件而得到的规律性和有效复杂性
那些冻结的偶然事件（frozen accidents）将有一些由量子力学来确定的偶然结果，这些结果帮助我们确定一些独特银河系（如我们的银河系）的性质，确定一些特殊的恒星和行星（如太阳和地球）的性质，确定地球上生命以及我们行星上一些进化的特殊物种的性质，确定一些特殊组织如我们人类自身的性质，以及确定人类历史事件和我们个人生活的性质。任何人的基因型都要受到大量的量子偶然事件的影响，不仅仅古老细菌的原生质会因此而发生突变，而且这些量子偶然事件甚至会影响到抹香鲸的受精卵。
宇宙的每一个可供选择的历史其算法信息量（AIC），受简单的基本定律的影响十分微小，但却会受到进化道路上量子偶然事件很大的影响。应指出的是，并非仅仅宇宙的AIC 受这些偶然事件的支配。虽然它们只是偶然事件，但它们的效应却强烈地影响着复杂性。
宇宙有效的复杂性是一种简明描述了宇宙规律性的长度。像AIC 一样，这种有效复杂性也只受基本规律少许影响，大部分影响来自由“冻结的偶然事件”引出的大量规律性。这些偶然事件的特殊后果有各种各样长期的影响，而这些影响因来自于共同的起源而都相互关联。
某些这样的偶然事件其影响极为深远。整个宇宙的性质就受到临近宇宙膨胀开始时刻的偶然事件的影响。地球上生命的性质就与大约发生在40亿年前的偶然事件有关。一旦结局特定化以后，这样一个事件的长期影响就可能具有一种规律性的特征，但决不在最基本的层次上。一条地理学、生物学或人类生理