我們個(gè)人存在的時(shí)間都極爲(wèi)短暫，其間只能探索整個(gè)宇宙的小部分。但人類是好奇的族類。我們驚訝，我們尋求答案。生活在這一廣闊的時(shí)而親切時(shí)而殘酷的世界中，人們仰望浩渺的星空，不斷地提出一長串問題：我們?cè)觞N能理解我們處於其中的世界呢？宇宙如何運(yùn)行？什麼是實(shí)在的本性？所有這一切從何而來？宇宙需要一個(gè)造物主嗎？我們中的多數(shù)人在大部分時(shí)間裡不爲(wèi)這些問題煩惱，但是我們幾乎每個(gè)人有時(shí)會(huì)爲(wèi)這些問題困擾。
按照傳統(tǒng)，這是些哲學(xué)要回答的問題，但哲學(xué)已死。哲學(xué)跟不上科學(xué)，特別是物理學(xué)現(xiàn)代發(fā)展的步伐。在我們探索知識(shí)的旅程中，科學(xué)家已成高擎火炬者。本書的目的是給出由最近發(fā)現(xiàn)和理論進(jìn)展所提示的答案。它們把我們引向宇宙以及我們?cè)谄渲械奈恢玫淖钚聢D像，這種圖像和傳統(tǒng)的，甚至與僅一二十年前我們畫出的圖像都大相徑庭。儘管如此，新概念的最初梗概幾乎可以追溯到一個(gè)世紀(jì)之前。
根據(jù)宇宙的傳統(tǒng)觀念，物體沿著明確定義的途徑運(yùn)動(dòng)，而且具有確定的歷史。我們能夠指定其每一時(shí)刻的精密位置。儘管，對(duì)於日常的目的這種描述已是足夠成功，但在1920年代發(fā)現(xiàn)這種“經(jīng)典”圖像不能解釋在原子和次原子的存在尺度下觀察到的似乎奇異的行爲(wèi)。反而，必須採用一種稱爲(wèi)量子物理的不同的框架。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在預(yù)見那種尺度的事件時(shí)，量子物理特別精確，而且在應(yīng)用於日常生活的宏觀世界時(shí)，還重複了舊的經(jīng)典理論的預(yù)言。然而，量子物理和經(jīng)典物理是基於物理實(shí)在性的非常不同的觀念之上。
可以用許多不同方式來表述量子論，但是裡查德費(fèi)恩曼給出的表述大概是最直觀的。他是一位多姿多彩的人物，在加州理工學(xué)院工作，並在街上的脫衣舞廳敲擊小鼓。按照費(fèi)恩曼的說法，一個(gè)系統(tǒng)不僅有一個(gè)歷史，而且具有每種可能的歷史。隨著我們尋求答案，我們要仔細(xì)地解釋費(fèi)恩曼的方法，並使用它來探討這種思想，即宇宙的本身沒有單獨(dú)的歷史，甚至也沒有悠然獨(dú)立的存在。這聽起來似乎是激進(jìn)的思想，甚至對(duì)於許多物理學(xué)家而言也是如此。的確，正如當(dāng)今科學(xué)中的許多概念，它似乎違反常識(shí)。但是常識(shí)是基於日常經(jīng)驗(yàn)之上，而非基於通過一些無比美妙的技術(shù)被揭示的宇宙之上，這些技術(shù)中有一部分使我們得以深入窺探原子或者觀測早期宇宙。
直至現(xiàn)代物理的出現(xiàn)，一般認(rèn)爲(wèi)有關(guān)世界的一切知識(shí)都可以通過直接觀測而獲取。事物就是它們看起來的樣子，正如通過我們的感官而覺察到的。但是現(xiàn)代物理的輝煌的成功顯示，情況並非如此。現(xiàn)代物理是基於諸如費(fèi)恩曼的與日常經(jīng)驗(yàn)相牴觸的概念之上。因此，實(shí)在性的幼稚的觀點(diǎn)和現(xiàn)代物理不相容。爲(wèi)了對(duì)付這樣的自相矛盾，我們將採用一種稱之爲(wèi)依賴模型的現(xiàn)實(shí)主義的方法。它是基於這樣的觀念，即我們的頭腦以構(gòu)造一個(gè)世界模型來解釋自感官來的輸入。當(dāng)這樣的模型成功地解釋事件，我們就傾向於將實(shí)在性或絕對(duì)真理的品格賦予它，以及組成它的元素和概念。但是在爲(wèi)同樣的物理場景作模型時(shí)，也許存在不同方法，每種方法使用不同的基本元素和概念。如果兩個(gè)這樣的物理理論或模型都精確地預(yù)言同樣事件，人們就不能講一個(gè)模型比另一個(gè)更真實(shí)；說得更精確點(diǎn)，哪個(gè)模型更方便我們就隨意地使用哪個(gè)。
在科學(xué)史上，從柏拉圖到牛頓的經(jīng)典理論，再到現(xiàn)代量子理論，我們發(fā)現(xiàn)了越來越好的理論和模型序列。人們很自然詢問：這個(gè)序列最後會(huì)終結(jié)於一個(gè)將包括所有的力並能預(yù)言所有對(duì)宇宙觀測的終極理論嗎？或者我們將永遠(yuǎn)尋求越來越好的理論，但永遠(yuǎn)找不到不能再改善的那個(gè)？我們對(duì)這個(gè)問題尚無確定答案。但是如果確實(shí)存在一個(gè)的話，我們現(xiàn)在擁有了一個(gè)稱作M理論的萬物終極理論的候選者。M理論上擁有我們認(rèn)爲(wèi)最後理論所應(yīng)具備的所有性質(zhì)的僅有的模型，在下面討論中，我們要大量地以它作爲(wèi)基礎(chǔ)的正是這個(gè)理論。
M理論不是通常意義上的一種理論。它是整個(gè)一族不同的理論，其中的每一種只在物理場景的某一範(fàn)圍很好地描述觀測。它有點(diǎn)像地圖。衆(zhòng)所周知，人們用一張單獨(dú)的地圖不能展現(xiàn)地球的整個(gè)表面。通常應(yīng)用於世界地圖的麥卡脫投影使遙遠(yuǎn)的北方和南方的面積顯得越來越大，而且不覆蓋北南二極。爲(wèi)了如實(shí)地繪製整個(gè)地球的地圖，人們必須利用一組地圖，每一張地圖覆蓋有限的範(fàn)圍。這些地圖相互交疊，在交疊處，它們展現(xiàn)相同的風(fēng)景。M理論與之類似。M理論族中的不同理論可顯得非常不同，但它們都可認(rèn)爲(wèi)是同一基本理論的一個(gè)方面。它們是基本理論在只適用於有限範(fàn)圍的版本——例如在諸如能量的量的很小的範(fàn)圍。正如麥卡脫投影中交疊的地圖，在不同版本交疊之處，它們預(yù)言相同的現(xiàn)象。然而，正如不存在很好地描繪整個(gè)地球表面的平坦地圖一樣，也不存在很好地描繪在一切情形下觀測的單獨(dú)理論。
我們將要描述M理論如何可能爲(wèi)創(chuàng)生問題提供答案。根據(jù)M理論，我們的宇宙不是僅有的宇宙。相反地，M理論預(yù)言，衆(zhòng)多的宇宙從無中創(chuàng)生。它們的創(chuàng)生不需要某種超自然的存在或上帝的干預(yù)。毋寧說，這些多重宇宙從物理定律自然地發(fā)生。它們是科學(xué)的預(yù)言。每個(gè)宇宙在後來，也就是說，在象現(xiàn)在這個(gè)時(shí)刻，當(dāng)它創(chuàng)生許久之後，具有許多可能的歷史和可能的狀態(tài)。這些狀態(tài)的大部分完全不像我們觀察到的宇宙，完全不適宜於任何生命形式的存在。只有非常少的可允許象我們這樣的生物存在。因而，我們的存在從這個(gè)大量集合中只選取出那些和我們存在相協(xié)調(diào)的宇宙。儘管在宇宙的尺度下，我們是弱小和微不足道的，然而這使我們?cè)谀撤N意義上成爲(wèi)萬物之靈。
爲(wèi)了最深入地理解宇宙，我們不僅需要知道宇宙是怎樣行爲(wèi)的，還需要知道爲(wèi)什麼。
爲(wèi)什麼存在實(shí)在之物，而非一無所有？
我們爲(wèi)何存在？
爲(wèi)什麼是這一族特殊的定律而非別的？
這是生命、宇宙和萬物的終極問題。我們將試圖在本書回答這個(gè)問題。不像在《銀河系漫遊指南》中給出的答案，我們的答案不會(huì)簡單地爲(wèi)“42”。