万物终究无物，只有弦的震动

自古以来，物理学家，包括我们普罗大从，总是坚定地认为，万物一定是由某种无限小的颗粒构成。小了、再小，除非直到令人信服的无以复加的地步才肯罢休。这个好奇心是没有理由、也没有止境的。另一方面，对于能不能找到这样的“宇宙最小”，我们其实并不抱有彻底的希望，因为我们秉持一种朴哲学观念：任你如何小，事物它总可以再小，是不是？
请注意 TOE 的最新结论。弦理论和超弦理论认为，宇宙万物的最小构件，是一种非常细小的丝弦。而且，到尽头了！～太突然了，这是要动摇“没有最 XX ，只有更 XX ”的基本法则。当初伽莫夫认为中微子、夸克是最小粒子时就说，我们已经刨根问底了。教训啊！
原子是万物零件，但远远不是最小组分。
我们早已知道，万物都是原子构成的，从亚里士多德那时起，它就被视为万物最小零件。因此，追寻宇宙真正的最小零件，总是要从原子开始往下深入。
原子内部非常空虚。这个很重要，我们复习一遍：如果把原子比作一个悬在空中的足球场（当然没有草坪，立体的），几粒肯定比蚊子还小的电子，精灵般神出鬼没，笼罩着球场中心一粒比图钉还小的原子核。齐了，整个一颗原子全部东西就这么一点点。也就是说，宇宙造物，非常浪费空间。
我们可以想一想，假如把原子里多余的空间全部挤出去，“干货”还能有多少？科学家说，如果万物的所有原子和电子都压进一个空间，那么，地球将收紧为一个100米半径的球体，如果把它镶嵌在北京的长安街上，看上去跟中囯囯家大剧院那个鸟蛋差不多。每个原子的质量（那是直正的万物“干货”），绝大部分集中在原子中心那么一丁点大小的原子核上。别嫌它小，如果把你有原子的核子拿掉，你的伟岸身躯并不会受到影响，而你的体重却将锐减为20克左右，还不足一条普通金项链的分量。
当我知道这个真相，第一反应就是纳闷：万物如此稀松，是不是很容易挤压成一小撮电子和核子？比如，以头撞墙，能不能指望脑袋或者墙壁的原子们可以稍微挤一挤，从而减轻痛楚？别不屑一顾，我始终觉得，像这类在科学看来愚蠢之极的问题，实际具有重大的科普意义。常识与科学的距离就在这个地方。科学的原理在于，一个原子一个原子地挤压，当然没有问题，但这种以大欺小的事情不可能发生，我们没有足够尖细的手术刀，能够伸进去拨拉原子中的那些电子。能够挤压原子空间的，也只能是手术刀尖口上的另外一些原子。麻烦的是，绕核电子之间的排斥力，足以确保各个原子一辈子谁也动不了谁。一根筷子可以轻易掰断，一把筷子就难说了。100亿个稀松的原子，照样可以打造一颗坚不可摧的铁钉，要多硬有多硬。
让更多的原子自己去挤压，情况如何呢？当然可以，而且常见，只是参与挤压的原子必须足够的多。我们重温一下恒星的演化历史：一颗像太阳这样的恒星，在氢氦等轻元素聚变反应结束后，烧结成稳重惰性的重元素，然后引力导致坍缩，核子破碎为中子，电子云破碎，最终将自我压缩成一座尺寸相当于曼哈顿的小岛，成为中子星。这算得上紧实到极致了。如果它落到地球上，立刻洞穿，谁也别想挡住它，就像滚烫的子弹射进一块豆腐。这些，都是在进行原子空间挤压。还想压紧点？别，那就要成黑洞了。
可见，对于探索宇宙终极零件的课题来说，原子实在太大，而且太复杂了。
万物最小组分是像弦一样振动的能量。
原子尺度之下，还有许多极小颗粒，如电子、质子、中子、夸克，等等。但是，没人能够证明它们中的任何一个，就是终极最小粒子。近几十年来，全球一大批不依不饶的科学家持续不断地折腾它们，使用越来越大、越来越强的强子对撞机制造粒子碰撞，坚决要把它们打碎，看看更小的东西究竟是什么。
我们顺便了解一个新知。在伽利略时代，物理实验是从比萨斜塔上往下扔铁球，纠正了人类常识中的某些谬误。到了20世纪，卢瑟福的实验物理把实验做到不可见的原子核内部，他的实验是用@粒子轰击氮核，证明了原子核的存在。现在，科学实验手法更猛，已经从被动地观察事物，发展到主动地创造事物，要把世间可知最小的东西，比如原子核里的质子，中子等等一一打碎。要知道，这种狂野的事情，是没有经过造物主批准的。
打碎了，结果飞溅出无数前所未见的粒于，大小各异，乱七八糟。有那么一阵，围绕粒子对撞机的各个科学家实验室相当热闹，担仕实验助手的研究生们隔三差五就飞奔出来，报告发现了新的粒子。为了给这些全新的粒子起名字，希腊字母、拉丁字母都不够用了。这是怎么回事？这么多不同粒子，肯定不是不可再分的最小零件。显然，“不可再分”必须是最小粒子的基本条件，这个是基本常识。
科学犯晕了，这样下去没有个完。
弦理论和超弦理论问世后，不大热衷再去敲打粒子，它们另辟蹊径、灵感闪现（我只能这么说，从它们的前身量子理论开始，它们就擅长这样，越过实验进行纯粹的理论推测），宣称宇宙万物最小构件不是任何粒子，而是一种古怪的丝弦。～对，造物主就是个蜘蛛精！ 如果你是跳跃式漫不经心翻阅本书，碰巧瞄到这里，那你没有白瞄这一眼；这是一个非常重大的、关于宇宙万物构成本源的假说结论。
据说，这些丝弦通常非常小，约为质子的一万亿亿分之一。说到这里，为体现科学的严谨，我必须赶紧补充说明，它们某些情况下也可以很长，甚至横贯宇宙，名为“宇宙弦”。这些丝弦依次以不同频率振动和共鸣，构成各种不同的粒子。如果我们拨动这个振动的弦，它就会改变模式，变成夸克。再拔，可能就变成中微子。你瞧瞧，费那个劲去弄什么粒子碰撞干嘛！
要想说清楚这弦到底是什么东西，也许只能等待 TOE 的2.0版本描述。而且，我向你保证，这个科学理论的发现和论证讨程也是枯燥乏味的，本书姑且忽略。我们只需要确认科学家的结论，这种丝弦，就是万物的终极最小构件。
几十年过去了，没有新的假说提出挑战。科学家们认为，这个理论出现在20世纪纯粹是意外，人类还没有足够的知识准备，也没有足够聪明到可以发现这样的理论，它应该是21世纪的先进思想成果。我们“懂事”太早了。
注意，不是极小，而是最小。物质的基本构成，究竟是无限可再分，还是最终有不可再分的程度？这是科学和哲学都高度关注的一个重要课题。对此，本书不会轻轻飘过。
物理学认为细分到头了，而哲学就坚决不信，因为亚里士多德认为最小组分是原子的时候，它没有相信，结果它是对的。伽莫夫宣称中微子、夸克是最小粒子的时候，它也没有相信，结果它又是对的。现在，弦理论认为弦就是最小组分了，如果没有别的理由，它当然要再次报以冷笑。 我们没有理由怀疑弦论科学家的基本哲学素养，那么，弦论的自信来自哪里？
第一，能量不是连续的，而是一颗一颗地传递的。由于它们太小太小，即便用最强大的、未来能够制造的更先进的显微镜看来，都是不可分割的。但，连续不是真相。就像河流，抽刀断水水更流，没人能把水流切成片儿或丁儿。其实我们知道，河水无非是一组巨量的水分子，分子之间是有缝隙的。现在量子理论认为，能量也是这样，任何一束能量，都可以视为超高度密集的子弹扫射。一颗一颗的能量近似粒子，所以叫量子。
无法理解？给我上三百个方程式！
我们顺便知道，量子力学就是这么来的。这事儿，正是那个差点转学音乐或别的什么科的普朗克发现的，因此他被公认是量子力学奠基人。1900年12月14日，他提出量子是能量的最小单元，原子吸收或发射能量是一份一份地进行的。这一天被确定为量子理论的生日。 第二，空间也不是连续的，而是断裂的。能量不连续已经足以惊掉我们的下巴，现在说空间也不是光滑连续的（专业术语叫“时空离散”)．就更令人抓狂。我对漫不经心的读者是否听清楚这个意思表示忧虑，这是在说，空无一物的空间，放大了看，放大、放大再放大了看，竟然像（有点儿像）筛子。筛子的眼儿？别再往眼儿里望了，不可能有任何东西漏进去，就连能量这种绝对无影无形无缝不钻的东西，都要拎着包踮着脚跨过去。你家的高压锅当然也是有漏洞的，而且无数个，不过你尽管放心使用，完全不必担心因漏气而爆炸的。
回过头来理解前述关于能量的粒子形态，实际上我们应当反过来说，大概首先因为空间（而且它还裹挟着时间）是断裂的，能量才不得不断裂，呈现量子态。
第三，万物最小者，小不过量子态。
更小之处，空间都没了，东西搁哪里？
因此，普朗克认为，这是在物理上能够还有实际意义的最小尺度。在这个尺度之下，宗教也许愿意谈谈，科学只能保持沉默。
这一切，都是因为极端微观。前面知道，这样的微观尺度叫“普朗克尺度”，窃以为，普朗克先生就应当算作发现并定义“宇宙最小”的人。
前前后后我们谈了那么多，知道这个“宇宙最小”究竟有多小吗？格林说，如果把原子放大到现在这个宇宙那么大，将普朗克尺度等比放大，也就只有一棵树那么高。仔细想想这个尺度吧，你会对“匪夷所思”这个词儿的意思建立新的感觉。弦，就大概是这个尺度。我确信，你一辈子都不可能有机会亲眼看见它，对此，格林还作了个比方：你要是能够直接用眼睛看见弦，那么你再跑到100亿光年之外的远方，还能看清楚这行字！
时间也有最小单元，它的最小刻度称为“普朗克时间”。一个单位的普朗克时间，你当然很难想象那是多么的短暂。看好你的手表，滴答一下只是过去了一秒钟，但这一秒钟对普朗克时间来说是非常非常漫长的。你可以算一算，从宇宙大爆炸开始直到今天，这137亿年总共是多少秒，那么你就可以知道刚才滴答一下的一秒钟里包含了多少个普朗克时间数量。
还在惦记高压锅的漏眼儿？我向你保证，就算把整个银河系都搓成丝线，并塞进绣花针的针鼻眼儿了，锅里的高压气体也透不出来。
观在我们确立了新的认识：世间没有任何实物形态的基本粒子，只有一些振动着的极端细弦。所谓的亚原子粒子不是一颗装着一束丝弦的胶囊，真相是：
震动着的弦“看上去”像粒子而已。加果本书以后还要谈论亚原子粒子，那也是这个意思。不同振动模式的弦，形成不同性质的粒子。弦有多少振动模式，就有多少种性质不同的粒子。 这宇宙，响彻着造物主的琴瑟之音。如此文艺，妙不可言。
弦是什么模样？
弦理论认为，丝弦在高维（准确地说是六维）空间活动，以高维形态振动。
这很古怪。我们先来看看为什么是这样，六维的猜想是怎么来的？
前面谈到，宇宙本来是十一维的，十维空间加一维时间。宇宙大爆炸导致十维空间发生对称性破裂，这是一个有趣的过程。科学家解释说，宇宙大爆炸之初，大量丝弦呈现量子沸腾，在激烈碰撞中生生灭灭。从一维到三维空间，这种碰撞的频繁程度呈几何级数降低，三维空间已经足以解放大量物质免于湮灭，宇宙也就按照三维形态大面积展开。由于弦在更高维的空间里纠缠得厉害，在大爆炸那一瞬间，它们就丢失了展开机会。
通俗地说，宇宙若要刻意沿着一、二个维度来展开，过于精细不好控制；若要展开更多维度呢，又不顺手嫌麻烦；三维空间不紧不松，瞅准空挡就顺势炸开了。余下维度空间服从胜者通吃规则，从此坍缩并蜷曲到普朗克尺度。作为万物最基本组成的弦，就以这种六维姿态生存着。
～六维！嗯，这是个好主意，我不再负有死磕下去、拼命解释清楚它到底什么样子的责任。
弦是什么材料？
呃，它是一切材料的材料。它本身不属于金木水火土任何一行，至于到底是什么材料，基本没法说。有一种疯狂说法，而且是我感到科学家们强烈推荐或暗示的说法：根据“科普 TOE 三大古怪定律”之“不实在定律”，它根本就什么物质都不是，也许就是一股绕着花、打着结的丝状能量。
现在，我们回到前面的哲学讨论，何以说物质最小组分不可无限再分？答案是：归根到底，万物无物，亚原子粒子之下，再没有任何实在之下，再没有任何实在之物，你如何拆分它？
哲学是无辜的，问题出在我们的基本概念，我们常识中的“实在”究竟是什么意思，看来需要重新掂量，需要革命性的重新定义。
按理，能量在每一个瞬间都可能消散于无形，不可能充当固定的物体拼装材料。那么，这些丝状能量何以能够构成坚实具体的大千世界？ TOE 吞吞吐吐地解释说～根据我听明白的意思～它们太小，在六维空间的断点上，以极端高频持续抖动，加之力的作用，各种斥力和引力拾配起来，“粒子”得独立存在。
这样，实者虚之，虚者实之，世界万物就不会化作一缕青烟了。
不讲理？没地方说理了。实际上， TOE 的依据是：唯有这样推测才是合理的，它可以描述一切物理现象，解释一切物理问题（当然，除了它自己）。老实说，我不敢说听懂了科学家的理论解释，更看不懂科学家的公式推导，我的敝见，这基本上就是一个思辨问题。 这事儿没完，暂且放下。
许多人都看见，神佛他们会心地笑了。 （段落完）