存在之谜
我们每一个人的生命都极为短暂，而短暂的时间只能够让我们探索到整个宇宙微不足道的小小的一部分，但好奇是根植于我们灵魂深处的本性，求知是我们的全部。在我们有限的时间里，我们从不曾停下探索的步伐，始终都在不停追寻着答案。生活在这样一片浩瀚的、不曾停止改变的世界里，每当我们抬头仰望浩渺的星空，不由得就会提出这样一连串的问题：我们应该怎样来理解这个我们所处的世界？这么广阔的宇宙究竟是在怎样运行着？什么才是最真实存在着的本性？而一切的一切又都是从何而来，去往何处？宇宙中真的存在着无所不能的造物主吗？相信所有的这些问题都曾在某些时候困扰过所有的人。
也许现在可以用许多种不一样的方式将量子论给表述出来，但毫无疑问，由理查德·费恩曼所做出的表述至今来说都还是最为直观的。在现代物理学还没有出现的年代里，人们曾普遍地认为一切有关于世界的知识都是可以通过直接观测的手段获得的。事物的本质就是它们看起来的那个样子，跟我们通过感官而觉察到的并没有什么不同。直到伴随着现代物理的出现和发展，人们才渐渐地了解到情况并非如此，我们肉眼看到的不一定就是真实的，我们的感官有时候也会欺骗我们。现代物理的基石是诸如费恩曼的那些与日常经验相抵触的概念，因此，那些实在性的、幼稚的观点和现代物理完全不相容。为了解决这种自相矛盾的情况，人们现在采用了一种被称为依赖模型的实在论方法。依赖模型的实在论是基于这样的一种观念：即在我们的头脑中构造出一个世界的模型用以解释那些来自真实世界中的感官输入。当依赖模型能够成功地解释某个事件，我们就将真实存在或绝对真理性的一些品格赋予它，使其成为组成它的元素和概念。在实际生活中，我们在为一些确定物理场景建造模型的时候往往会存在许多种不同的方法，每一种方法都会采用不一样的基本元素和概念。可是如果不同的两个物理理论或模型都能够精确地预言到同样的事件的话，我们就不能片面地评判说某个模型比另一个更加真实、符合实际；更直白一点儿来说，在选择模型的时候，哪个模型使用起来更加方便，我们就倾向于使用哪个。
纵观整个世界的科学发展史，从古希腊的柏拉图到近代英国科学家牛顿的经典物理学理论，再到如今的现代量子理论，在这个不断发展的过程中，人们也发现了许多越来越好的理论和模型序列。而在这其中，M理论并不是人们通常意义上所认知的那种理论，它是涵盖了整个一族不同的理论，有着许多不同的分支，虽然其中的每一种都只能在物理场景的某一些范围内进行描述和观测，但其效果却十分好。M理论有点儿像我们所熟知的地图。众所周知，单独的一张地图并不能够将整个地球的表面显示出来，普遍应用于世界地图中的麦卡脱投影使得遥远的北方和南方面积显得十分巨大，并且还没有完整覆盖南北两极，因此，为了能够如实地绘制整个地球的地图，我们必须利用多张地图，每一张单独的地图覆盖有限的范围，并且通过这些地图的相互叠加，同时在叠加处使这些地图展现出相同的风景，这样我们才能绘制出真实的世界地图。而M理论与上述制图的原理相似，在M理论族中，不同的理论相互之间也许会表现出十分悬殊的差异，但从整体上来看，它们都可以被认作是在同一基本理论之中的不同方面。它们都是基本的理论，但都只适用于一些有限的范围版本，诸如“能量的量”这样的范围。就像是在麦卡脱投影之中相互叠加的地图，在不同的版本之中的相交之处，M理论族也要能够预言到相同的现象。当然，就像不存在只用一幅就能很好地描绘出整个地球表面的平坦地图一样，也不存在能够很好地描绘在所有情况下人们观测到结果的一个单独的理论。
接下来，我们将要描述的则是为什么运用了M理论，我们就能够为生命起源这一重要的问题寻求到答案。因为根据M理论表述，我们生存的宇宙并不是仅存的宇宙，在M理论中还预言了许多其他的宇宙，在M理论中，宇宙都是从无中诞生而来。在M理论看来，宇宙的诞生并不需要那些所谓超自然的存在，即我们常说的上帝的干预。
依照人类历史的大事记年表来看，科学探讨直到现在还都只是一个非常崭新的事物。早期的人类——智人，大约是于公元前的20万年左右起源于撒哈拉沙漠以南的非洲大陆，而书写语言则是农耕社会之下的产物，其历史仅仅可以追溯至公元前7000年。（目前发现的一些最早书写的碑铭上记载的是关于每位居民每日啤酒的定量。）在四大古文明之一的古希腊中，有关于书写的最早的记录仅可被追溯至公元前9世纪，而古希腊文明发展的高峰——“古典时代”还是在此之后的几个世纪才得以到来。古希腊的“古典时代”起始于公元前5世纪末至4世纪初。根据古希腊的哲学家亚里士多德的说法，大约在那个时期，首先是由泰勒斯提出了下面这样的观念：即世界是可以被我们所理解的，在我们身边所发生的复杂事件都可被简化成简单的原理，并不用诉诸神秘或借用神学的解释就能够得到阐明。
同时，泰勒斯还准确地预言到了公元前385年发生的日食，虽然在现在看来，他当时这一高度精确的预言也许只是碰巧走了大运的猜测。泰勒斯在历史上是一位非常模糊的人物，他没有为后世留下自己的任何著作。泰勒斯的家位于爱奥尼亚地区的知识者中心之一，爱奥尼亚曾被希腊殖民，但它的影响曾扩展到过土耳其、意大利那样遥远的西方。爱奥尼亚的科学是以借用强烈兴趣来揭示一些基本的定律，再运用这些基本的定律去解释自然现象为特征的，它是人类漫长的思想进化历史上的一座巨大里程碑。爱奥尼亚学者的方法是理性的，令人惊异的是，在当时如此简陋的条件下爱奥尼亚的学者们得到的结论竟然十分类似于我们现在的结论，不过现在的我们是运用了更加复杂的方法才使得自己相信那个结论。爱奥尼亚代表了一个伟大的开端，但令人遗憾的是，随着岁月漫长的更迭，爱奥尼亚科学中的多数都遗失了，于是现在的我们只好重新花费巨大的代价再去发现或发明先人曾经的遗惠，这种情况并不止一次发生着。
而直到今天，被我们称为自然定律的数学在历史中最早的表述也只可追溯至一位名叫毕达哥拉斯的爱奥尼亚人。毕达哥拉斯凭借着以他的名字命名的一条定理而闻名于世：即直角三角形的斜边的平方等于其他两边的平方和，同时据说还是由毕达哥拉斯最先发现了乐器中弦的长度和声音的谐波组合的数值关系，用我们今天的语言简洁来描述，就是在固定张力下弦振动的频率（每秒振动数）与弦长成反比。从实用性的观点来看，这个关系就能很好地解释为什么低音吉他的弦必须要比普通吉他的弦长这个让人困惑的问题。也许毕达哥拉斯并没有真的发现这个关系，因为甚至就连以他的名字命名的那条定理也并不是首先由他所发现的，但是依据现存的证据，我们至少可以证明，早在毕达哥拉斯的时代，那时的人们就获知了弦长和音调之间具有着某种联系。如果事实真的是如此的话，那么我们便可以将这个简单的数学公式作为现在理论物理的第一个事例了。
除了上面介绍过的毕达哥拉斯弦定律之外，被古代希腊人正确了解的物理定律还有其他3道，那3道物理定理都是由一个人——阿基米德所发现和详述的。阿基米德是古希腊最为杰出的物理学家，他在物理学上取得的成就远高过同时代的所有其他学者。现在我们用今天的话语来描述一下这3个定理：杠杆定律解释了因为杠杆能够按照离支点距离的比而将一个力放大，所以我们可以利用杠杆用较小的力气来举起质量较重的物体。而浮力定律则是在说任何浸入液体的物体都会受到一个向上的力，并且这个力的大小就等同它所排开的液体所受到的重力。反射定律则揭示，入射光和镜面所成的夹角等于反射光和镜面所成的夹角。奇怪的是阿基米德却没有将它们称作定律，也并没有做出具体的解释，他将这3个定理处理成仿佛是在一个公理系统中的一些纯粹的数学定理，提得一提的是，阿基米德的该系统很像另一位数学家欧几里得为几何所创立的系统。
几乎与此同时，出生于北希腊爱奥尼亚殖民地的德谟克里特正在思考着一个问题：当我们将一个物体切割成小块时会发生什么事情？德谟克里特论证道，人们应该不能将这个过程无限继续下去。德谟克里特假定所有的东西，包括生物都由一些不能被分开切割的基本粒子构成。他将这些基本的粒子命名为原子，而原子在希腊语中就是“不可分割的”的意思。德谟克里特还相信我们肉眼看到的种种物质现象都是由原子碰撞而产生的。德谟克里特将这一观点称为原子论，根据原子论，所有原子都在空间中不停运动着，除非受到外界的干扰，否则将无限地向前运动。今天的学者们将德谟克里特提出的这个思想称之为惯性定律。
古希腊的哲学学派往往拥有着和其他学派不同甚至相互矛盾的传统，而爱奥尼亚不过是古希腊学派中的一家。可惜的是，爱奥尼亚人所倡导的世界观，即自然是可通过一般定律得到解释的，并且能够归结为简单的一族原理，只在短短的几个世纪的时间里造成了深远影响。出现这种现象的一个重要的原因便是爱奥尼亚学者的理论并没有给自由意志或目的、神干涉世界运行等观念留下太多回转的余地。而这一惊人的遗漏是使当时希腊的许多思想家和现在的许多人都感到极度不安的。哲学家伊壁鸠鲁便是基于“与其成为自然哲学家天命的“奴隶”，还不如追随神的神话”这样的原因而反对德谟克里特提出的原子论。亚里士多德也同样拒绝接受原子的概念，因为在他的心中不能认同人是由无灵魂、无生命的东西组成的这个想法。爱奥尼亚学者提出的宇宙并不是以人为中心的这一理念是人类在理解宇宙的道路上的一座意义重大的里程碑，但是这种思想几乎到了20世纪后的伽利略时代才再次复活，得以重见天日，而且没有再次被世俗所抛弃，而是开始普遍地被人们所接受。
13世纪早期，基督教哲学家托马斯·阿奎那采纳了这个观点并加以利用，依靠它来论断上帝的存在，他在书中写道：“很明显，没有生命的物体并非偶然地，而是有意地走到它的终点……因为有一位智慧的造物主命令自然的万物走向其终点。”晚至16世纪，伟大的德国天文学家约翰斯·开普勒还在相信行星是具有感觉的并且有意识地遵循着某种运动定律，这些定律存在于行星的“头脑”里并且能够被它们所理解。
自然定律必须被有意地服从，这样的观念反映了古人专注的问题是自然为什么要这样做，而并非是自然具体的行为。“所有的科学都必须首要以观察为基础”这样一个在今天看来毋庸置疑的思想方法在当时的古希腊却被大多数的人普遍拒绝，亚里士多德还是拒绝这个观点的主要倡议者之一。但不可否认的客观条件是，在古代，做到精确测量和数学计算确实是挺困难的。在如今，我们在算术中普遍使用的十进位记法一直到大约公元700年才出现。正是印度人踏出的第一步，才奠定了数学成为现在这样方便实用的工具的基础，而甚至直到15世纪才出现了加减的缩写。更有甚者，在16世纪之前，等号竟然和能计时到秒的钟一样都没能出现。
希腊基督教的继承者们拒绝接受这样的一个观念：宇宙是由中性的自然定律制约的，他们还反对人类在宇宙中不占有优势地位的这一观点。尽管在整个中世纪都并没有一个连贯的哲学体系，但总体的基调还是认为宇宙只是上帝的玩具小屋，同时宗教本身就是一个远比自然现象更有研究价值的对象。按照当时的教皇约翰21世的指示，1277年，巴黎主教滕皮尔发表了应当予以谴责的219项错误和异端的清单，其中一项便是自然遵循定律的思想，因为那和基督教中上帝万能的观点相冲突。有趣的是，数月后，教皇约翰因为宫殿的屋顶坠落而被砸死，而这一现象便是由于引力定律的效应。
自然定律的概念
正式出现有关自然定律的现代概念是在17世纪的时候。而开普勒也许是第一个在现代科学意义上理解了这个术语的科学家，尽管正如我们之前说过的一样，开普勒在当时仍保留有物理对象的泛灵观点。而虽然伽利略在其大多数著作中都没有提到过“定律”这一术语（尽管这个词语出现在那些著作的译本之中）。但是不管伽利略是否用了这个词，他本人的确发现了大量的定律，并且提出了观测是科学的基础、科学的目标是研究存在于物理现象之间的定量关系的这样两个十分重要的原则。而真正意义上明确并严格地表述出和我们现在理解的自然定律概念相同的第一人却是勒内·笛卡儿。
笛卡儿相信，所有物理现象都一定要按照运动物体的碰撞来解释，他还提出，物体由3个定律来制约，这便是著名的牛顿三大运动定律的前身。笛卡尔同时还断言，那些定律在任何地方和任何时间中都会是有效的，并且明确地说明了服从那些定律并不意味着那些运动物体具有精神。笛卡儿还意识到了现如今我们称之为“初始条件”的条件的重要性。“初始条件”指的是在我们想作预言的时间间隔的开端一个系统的状态。在给定了一族的初始条件下，自然定律就能确定一个系统如何在时间中演化，而如果没有了特定的初始条件，系统的演化就不能被指定。举个例子来说明，如果在零时间处于正上空的鸽子释放某物，那么该落体的路径就由牛顿定理来决定。但是在零时间，若是不能确定鸽子是静立在电线上还是在以每小时20英里的速度飞行的话，相同事件的结果就有了不确定性。为了能够合理正确地应用物理定律，人们必须要知道系统是如何出发，或者至少在一确定时刻的系统状态。（因为现在人们可以通过定律在时间中将系统向过去演化。）
艾萨克·牛顿也采用了类似笛卡尔的观点。也正是牛顿发现了三大运动和引力的科学定律这些现代的概念，并使这些概念被人们广泛地接受。这些定律很好地解释了地球、月亮和行星的轨道乃至潮汐这类现象。牛顿创造的若干方程以及在他之后的学者以他为基础而推出的精巧的数学框架直到今天仍然是在课堂上被讲授的。无论是建筑师设计大楼，还是工程师设计轿车，抑或是物理学家计算着如何将准备登陆火星的火箭瞄准目标，都要使用到几百年前牛顿所发现的这些东西。
哲学家约翰·W。卡罗尔在将“所有金球的直径小于1英里”的这一陈述和诸如“所有铀235球直径小于1英里”的陈述进行着对比。我们从对世界的观察得知，没有金球的直径可以比1英里更大，并且我们现在仍然相当自信永远不可能发现直径比1英里更大的金球。但是，我们也同样没理由去相信不可能存在这样的金球，所以上述的那条陈述还不算是一条严格的定律。而在另一个方面，因为根据我们所知道的有关核物理的知识，一旦铀235球直径长到大约超过6英寸（1英寸=2．54厘米），它就会在一次核爆中自毁，因此我们确定，直径超过6英寸的铀235球不存在。（想要尝试去制造一个也并不是一个好的主意。）所以，“所有铀235球的直径小于1英里”这条陈述可以被认为是一条自然定律，因为这个比较形象地说明了并不是将我们所有的观察推广后都能够被认为是自然定律，而且大多数自然定律都是作为更大的一个定律系统中的相互连接的一部分而存在着的，所以能够正确区分这种关系，意义显得十分重大。
在现代科学中，我们常常用数学来形象化地对自然定律进行表述。那些数字既可以是精确的，也可以是近似的，但是它们必须无一例外要接受观察——如果不是普适的话，至少在约定的一族条件下必须如此。例如，我们现在知道如果物体以接近光速的速度运动，牛顿定律必须被修正。然而我们仍然认为牛顿定律是定律，因为对于日常世界的条件，即我们遭遇到的速度远低于光速时，至少在这样的条件下它们都普遍成立。
如果自然都由定律制约着，那么就产生了以下3个问题：
1．定律的起源是什么？
2．定律存在任何例外，即我们常说的奇迹吗？
3．是不是可能只存在一族定律？
科学家、哲学家和神学家都在以不同的方式讨论这3个重要问题，对第一个问题的传统答案，同时也是开普勒、伽利略、笛卡儿和牛顿等人的答案——定律是上帝的杰作。然而，这个答案只不过是将上帝定义为了自然定律的化身。除非人们将其他所有的上帝属性赋予上帝，否则的话，利用上帝来回应第一个问题只不过是用一个神秘来取代另一个而已。并且如果我们在回答第一个问题时涉及了上帝，借由上帝来解释的话，那么真正的要害就伴随着第二个问题而来：是否存在着奇迹？也就是对于定律有例外吗？
在关于第二个问题的答案上，众多学者的意见产生了明显的分歧。柏拉图和亚里士多德，这两位古希腊最有影响力的著作家认为，对于定律来说不存在例外。拉普拉斯通常被认为是第一个清楚地提出科学决定论的人，科学决定论指出，给出宇宙在一个时刻的状态，定律完全具备也能够完全地确定其未来和过去。科学决定论的观点摒除了奇迹和上帝的主动作用的这些可能性。现代科学对于第二个问题的普遍答案便是这条由拉普拉斯所表述出的科学决定论。事实上，科学决定论也是整个现代科学的基础，也是贯穿于本书的一个重要原则。如果一个科学定律只有在某些超自然的存在确定不对其产生干扰的时候才能够成立的话，则其就不能够被我们称之为科学定律。我们都要意识到这一点。据说拿破仑曾问过拉普拉斯这样一个问题：“如何才能够把上帝嵌入一个图像之中？”拉普拉斯的回答则是：“阁下，我不需要这个假设。”
由于人在宇宙中生活并且也在和宇宙中的其他物体产生着互相作用，因此科学决定论也应该对人成立。然而，在许多人接受着科学的决定论制约物理过程这一理念的同时，由于他们还相信人是具有自由意志的，因此也同时认为人类的行为应该是个例外。
那么人真的拥有自由的意志吗？如果我们拥有的话，自由的意志是在进化之树的何处发展生成的？青绿藻或者细菌是否具有自由意志？抑或它们的行为也只是处在无意识并受科学定律制约的王国之中？那么是不是也只有多细胞的有机体抑或是哺乳动物才会具有自由意志？在我们认为黑猩猩大口咀嚼香蕉、一只猫撕碎沙发是在运用着自由意志的时候，那么只有959个细胞构成被称作秀丽隐杆线虫这样的简单生物又是如何的呢？也许它从未想过：“那就是我应该去吃的可是味道极差的细菌。”可是它的确对食品也存在着明确的嗜好，是满足于乏味的饭？还是按照新近的经验去寻找更可口的食物？这也是自由意志在运用着吗？
而在承认人的行为的确是由自然定律确定的时候，得出下面的结论似乎也是很合理的，即以过于复杂的方式并加上拥有太多的变量能够确定结果，导致了在实际的生活中不可能做出预言，因为那样人们会需要人体的一千亿亿亿（1后面跟27个0）个分子中每一个初始态知识，并且还要去解差不多相同数量的方程，可是这要花费几十亿年的时间。
因为应用基础的物理定律去预言人的行为是如此的不切实际，我们就采用了一种所谓的有效理论。在物理学中，有效理论是创造来模仿某种被观察的现象，而不仔细地描述所有基本过程的框架。例如，我们不能准确地了解一个人体的每个原子和地球上的每个原子的引力相互作用的方程，但是我们却可以知道人受到地球的引力是多少。
第三个问题则是讨论既确定宇宙又确定人行为的定律是否是唯一的。如果你对第一个问题的回答是上帝创造定律，那么这个问题就变成上帝在定律的选择上有没有可以迂回的余地。不管是亚里士多德还是柏拉图，又或者是笛卡儿和后来的爱因斯坦，他们都相信，自然的原理应该是出于“必然性”而存在，也就是说，它们是仅有的逻辑和合理的规则。由于亚里士多德的自然定律的起源是逻辑的信条，他及他的信徒们觉得人们是可以把那些定律“导出”的，因而不必太关注自然实际上是如何行为的。也就是因为这个原因，再加上过于关注为什么物体遵循规则而不在乎指明这些规则是什么，亚里士多德将自己的思想导向了主要是定性的定律，而这些定律常常都是错误的，无论我们怎样去证明并没有多大的实际用处，哪怕这些定律都曾在许多世纪以来的科学思想中占据着统治的地位。直到很久以后，才有了如伽利略这样敢于藐视亚里士多德的权威，挑战他所提出的观点，并且能够去观察自然实际上的行为，绝非纯粹的“理性”去说自然应如何行为的人出现。
