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图9-4 鞍形曲面，代表具有负能量密度的宇宙的空间几何
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马尔德希纳的猜想比波利亚柯夫最初的设想要大胆得多，它激起了巨大的反响，也成了后来千百篇论文的主题。虽然猜想至今尚未证明，但大量证据表明，在弦理论与规范理论之间至少存在一种近似的对应。
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这里有着很大的风险——过去有，现在也有。如果马尔德希纳的对偶猜想是正确的，两个理论是等价的，那么我们将有一个量子弦理论的精确的量子描述。我们想问的关于超弦理论的任何问题都可以转换为一个关于最大超理论——它是规范理论——的问题。从原则上讲，这比我们在其他情形得到的东西要多得多——在那些情形，弦理论只不过是通过一系列的近似在背景相关的水平上定义的。
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然而，还有几点警告。即使那种对偶性是真的，猜想也只有在对偶的一方能精确定义时才有用。要为在10维空间运动的弦定义一个和谐的理论，却面临着巨大的障碍。于是，人们将希望寄托在相反的方向，根据猜想，用最大超理论来定义弦理论。可是，虽然我们对最大超理论知道很多，那个理论却也还没精确定义。看来，我们有希望做得更好，但还存在很多技术难题。
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如果马尔德希纳的猜想错了，那么最大超理论和弦理论不会等价。然而，即使如此，也有显著的证据表明，两者在某些近似的水平上存在有用的关联。这些近似也许还不足以用一个理论来定义另一个，但它们仍然有可能计算一些喜欢关联的性质。人们沿着这条路线做了大量富有成果的工作。
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例如，在最低的近似水平上，10维理论只是广义相对论在10维的一种拥有超对称性的推广形式。它没有量子力学，但有很好的定义。很容易在这个理论中做一些计算，如研究10维时空几何中不同类型的波的传播。值得注意的是，即使马尔德希纳的猜想只在最低近似下成立，也能使我们计算某些与我们三维世界的规范理论相对应的性质。
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反过来，这也使我们更好地认识了其他规范理论的物理学。其结果是，至少在最低近似水平上，有很好的证据表明弦理论和规范理论确实像马尔德希纳猜想的那样相互关联。不论马尔德希纳猜想的强形式是对或错——哪怕弦理论本身错了——我们都为理解超对称规范理论找到了强有力的工具。
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经过了几年的紧张工作，这些问题仍然混乱不清。关键在于弦理论与最大超理论之间的关系到底是什么。多数证据是用弱形式的马尔德希纳猜想解释的，它只要求一个理论的某些量可以用另一个理论的方法在一定的近似水平上进行计算。正如我说过的，这已经算是很好的结果了，有着重要的应用。但多数弦理论家相信强形式的猜想，即两个理论是等价的。
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这种状况令人想起强弱对偶猜想，因为它使我们有可能在一个非常特殊的、具有很多额外对称性的状态子空间上说明强结果。与强弱对偶的情形一样，悲观者担心额外对称性会强迫理论以不容选择的方式达到一致，而乐观者相信额外对称性能帮助我们揭示在更一般情形下也正确的关系。
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最后，究竟哪种形式的马尔德希纳猜想正确，有着多方面的影响。一个方面在于黑洞的描述。黑洞可以在具有负暗能量的宇宙中产生，所以我们可以用马尔德希纳猜想来研究如何解决霍金提出的黑洞信息疑难。两个理论是精确对应还是近似对应，将给疑难带来不同的解决方法。
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假定黑洞内部的引力理论与规范理论只有部分的对应，那么在这种情形下，正如有些理论家（如惠勒和德维特）在很久以前设想的，黑洞可以永久保存信息——甚至将信息传递到从黑洞中心奇点生成的新宇宙。这样，信息总算没有丢失，因为它存在于新的宇宙；但对在黑洞边界的观察者来说，信息永远地丢失了。如果边界处的规范理论只包含内部的部分信息，那么这种信息丢失是可能发生的。但是，如果假定两个理论的对应是精确的，那么规范理论既无视界也无奇点，信息也就无处可丢。如果它正好对应于黑洞的时空，也就没有信息能在那儿丢失。在第一种情形，观察者失去了所有信息；在第二种情形，他保住了信息。直到我写这些话时，问题还没解决。
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我们已经不止一次地看到，超对称在弦理论中扮演着一个基本角色。没有超对称性而构建的弦理论是不稳定的；不仅如此，它们还会通过一个永不停歇的过程发射越来越多的快子，直到理论崩溃。这可一点儿也不像我们的世界。超对称性清除了这些行为，使理论稳定下来。但在某些方面它又做得太过了。因为超对称性意味着有一种时间的对称，结果，超对称理论就不能建立在随时间演化的时空里。于是，使理论稳定的方面却使我们很难研究我们最希望用引力的量子理论回答的问题，如大爆炸后宇宙发生了什么？黑洞视界内部的深处发生了什么？在这些情形，几何都是在时间中瞬息变化的。
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这就是我们在第二次超弦革命中认识的弦理论。随着一系列前所未有的激动人心的结果，我们的认识极大地扩展了。它们为我们带来了一些诱人的真理的线索——如果能透过曾经的帷幕看到真实的东西，那该是多好啊！可是，尽管我们努力了，我们想做的很多计算还是可望而不可即。为了得到一个结果，我们不得不选择特殊的例子和条件。在很多情形，我们甚至不知道我们能做的计算是否能真的指引我们通向一般的情形。
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我个人觉得这种状况是非常令人沮丧的。也许我们在向着一个万物的理论大踏步前进，也许我们盲目地夸大了结果，过分乐观地解读了我们能做的计算，在迷失的方向上越走越远。90年代中期，当我向弦理论的一些领头人物抱怨时，他们叫我别担心，说那只是因为理论比我们聪明。他们告诉我，我们不能直接向理论提问并要它回答。任何想直接解决大问题的努力是注定要失败的。相反，我们应该相信理论，跟着它走，心安理得地用我们不完美的计算方法去探索它愿意向我们袒露的部分。
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只有一个陷阱。真正的量子形式的M理论应该是背景独立的，同样，任何引力的量子理论也必须是背景独立的。但除了我前面说的那些原因而外，M理论之所以必须是背景独立的，还因为5个超弦理论连同它们的所有流形和几何，都应该是M理论的组成部分。这包括那些几何在从1维到10维的空间里的所有不同的卷曲方式。它们都为弦和膜的运动提供背景。但如果它们是一个统一理论的部分，那个理论就不能建立在任何一个背景上，因为它必须囊括所有背景。
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于是，M理论的关键问题就在于寻找一种能与量子理论和背景独立性相容的形式。这是很重要的问题，也许还是弦理论未解问题中最重要的一个。遗憾的是，这方面几乎没有什么进展。有一些迷人的线索，但我们还不知道M理论是什么，甚至不知道是否存在任何配得上那个名字的理论。
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量子力学的M理论有一定的进步，但仍然限于特殊的背景。早在80年代，这就是构造11维膜理论的量子理论的一种尝试。三个欧洲物理学家德威特（Bernad de Wit）、霍普（Jens Hoppe）和尼科莱（Hermann Nicolai）发现，可以通过一种技巧来做到这一点，即将膜表示为数学家所谓的矩阵——即一个二维的数表或数组。他们的公式需要9个这样的数表，由此得到一个逼近膜行为的理论。59
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德威特和他的同事们发现，可以使他们的矩阵理论与量子理论相容。唯一的麻烦在于，为了描述膜，必须将矩阵扩张到无限，而量子理论只有在矩阵有限的时候才会有意义。所以，我们留下一个猜想：假如量子理论能和谐地向无限的数组扩张，那么它将生成一个膜的量子理论。
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1996年，四个美国弦理论家复活了这个思想，不过有点儿费解。邦克斯（Thomas Banks）、费歇尔（Willy Fischler）、申克尔（Stephen Shenker）和苏斯金提出，在11维平直时空背景下，同样的矩阵理论不仅给出了11维膜理论，还给出了整个M理论。60这个矩阵理论并没有完全回答M理论是什么，因为它处于特殊背景之下。它只能在其他几种背景下有效，但当四个以上的空间维卷曲时，它就给不出合理的答案。如果M理论是对的，我们的世界应该有7个卷曲的空间维，所以它还不够好。而且，我们还不知道它在矩阵变得无限的时候，是不是能导出一个和谐的量子理论。
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遗憾的是，M理论仍然只是一个诱人的猜想。它吸引着人们相信它；同时，在它真正建立起来之前，它的确不是一个理论——而是一个关于我们向往的理论的猜想。
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当我在那些年思考和弦理论的关系时，想起我的一个艺术收藏家朋友。我们见面时，他说他还是我崇拜的一个年轻作家的朋友；我们可以叫她“M”。几个星期后，朋友来电话说，“我几天前和M谈过话，你知道，她对科学非常感兴趣。你们什么时候见见面怎么样？”我当然有点儿受宠若惊，高兴地答应了。丰盛的晚餐刚吃到一半，收藏家的手机响了。“是M的，”他说。“她就在附近，想顺便过来看看你。行吗？”可她没来。饭后吃点心时，我和收藏家朋友畅谈艺术与科学的关系。后来，我不禁暴露了对M的好奇，真渴望见见她，样子很窘迫，于是告辞回家了。
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几个星期以后，他打来电话，说了一大堆抱歉的话，然后又请我去吃饭见她。我当然去了。首先是因为他只在最好的饭店吃饭；看来这些画廊的经纪人的吃喝钱比科学家的薪水还高。不过，那次和后来几次，也都发生了同样的事情。她会来电话，一两个小时或几个小时过后，他的电话又会响起。“哦，我知道了。你感觉不舒服。”或者，“出租司机不知道剧场在哪儿吗？把你带到布鲁克林了？这城市怎么了？好的，我知道，很快……”两年后，我才相信那个年轻女子在书的封面上的照片是假的。一天晚上，我告诉他我终于明白了：他就是M。他只是笑了笑，说，“哦，是的……不过，她真的很高兴见你。”
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弦理论的故事也许会像我和M的约会一样，永远拖延下去。虽然你知道那不是真的，却仍然为它工作，因为它距离你所能达到的目标最近。同时，伙伴很迷人，吃的东西也好。你一次次听说真正的理论就要揭开了，但从来没有发生。过后，你开始自己去找它。这样的感觉很好，可永远没有结果。最后，你得到的还是从前的那样东西：一本你不可能打开的书的封面上的一张美丽的图片。
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