凝望夜空壯麗景象，天際環繞著燦爛星辰，我們很容易被那種令人屏息、十足雄偉的氣勢給湮沒。我們的關注焦點轉向歷來最神祕的幾道問題。
宇宙有宏觀設計嗎？
我們如何理解看似毫無意義的宇宙？
我們的存在有什麼節律和道理嗎，或者這完全是毫無意義的？
我想起了史蒂芬．克萊恩（Stephen Crane）寫的詩：
有個人對宇宙說：「閣下，我存在！」
「不過，」宇宙回答道，「這件事可沒有讓我產生什麼責任感受。」
希臘人是最早認真嘗試釐清我們周遭世界混沌亂象的民族之一。亞里士多德等哲學家認為，萬物都可以歸結為四大基本成分（地、氣、火和水）的混合產物。不過，這4種元素是如何醞釀出世界的豐富複雜性？
就這個問題，希臘人提出了至少2個答案。第1個答案出現得比亞里士多德更早，由哲學家德謨克利特（Democritus）提出。他認為，萬物都可以歸結為纖小的、看不見的、不可毀壞的粒子，他稱之為原子（atom），希臘文的意思是「不可分割的」。然而批評者指出，原子的直接證據是不可能取得的，因為它們太小了，觀測不到。不過德謨克利特仍能提出令人信服的間接證據。
舉例來說，想像一枚金戒指。多年下來，那枚戒指開始耗損。失去了一些東西。每天都有一些纖小物質碎片從戒指磨耗脫落。因此，儘管原子是看不見的，它們的存在仍是可以間接測定的。即便到了今天，我們的先進科學，大半仍是間接完成的。我們知道太陽的組成成分、DNA 的細部結構，還有宇宙的年齡，全都歸功於這樣的測定結果。我們知道這一切，即便我們從來沒有前往探訪恆星，或者鑽入DNA 分子或者目睹見識大爆炸。當我們討論談到試圖證明統一場論的諸般嘗試之時，直接和間接證據的這種區辨，就會變得至關重要。
第2條途徑由偉大數學家畢達哥拉斯開創。畢達哥拉斯發揮獨到眼光，把數學描述應用於音樂等塵世現象，相傳他注意到彈撥里拉琴琴弦發出的聲音，和鎚擊鐵桿共鳴聲響的雷同之處。他發現，2種聲音都發出以特定比率振動的音樂頻率。因此，美妙悅耳如音樂，其根源仍是出自共鳴的數學。他認為，這或許便表明，我們在身邊所見事物的多樣性，必然也遵守這相同的數學規則。
所以，起碼我們這個世界的2大理論出自古希臘：有關萬物都是以看不見的、堅不可摧的原子所組成的觀點，以及自然多樣性能以振動數學來描述。
不幸，隨著古典文明崩潰，這些哲學上的討論和爭辯全都流失了。有關於世上可能有某種範式可以用來解釋宇宙的理念被人遺忘，塵封了將近一千年。黑暗籠罩西方世界，科學研究大半都被迷信、魔法和巫術的信仰所取代。
文藝復興時期的重生
17世紀期間，好幾位偉大的科學家挺身挑戰既定秩序，投入探究宇宙本質，然而面對他們的是嚴苛對抗和迫害。約翰尼斯．克卜勒（Johannes Kepler）是最早應用數學來說明行星運動的人士之一，他是神聖羅馬帝國皇帝魯道夫二世（Emperor Rudolf II）的皇家數學家，也或許他從事科學研究之時，虔誠納入了種種宗教元素，才得倖免未受迫害。
當過僧侶的焦爾達諾．布魯諾（Giordano Bruno）就沒有那麼幸運了。1600年，他以異端邪說罪受審並被判死刑。他遭封口並在羅馬赤裸遊街示眾，最後被綁上火刑台燒死。他的首要罪名？宣揚在環繞其他恆星的行星上可能存有生命。
偉大的伽利略，實驗科學之父，險些遇上相同的命運。不過伽利略不像布魯諾那麼頑強，他在死亡之苦威脅下撤銷自己的理論。不過他以他的望遠鏡留下了一項持久遺贈，留給我們科學史上最具有革命性和煽惑性的發明。有了望遠鏡，你就可以自己親眼看到，月球密密麻麻滿隕石坑；金星有不同的相位，而且和它的繞日軌道對應相符；木星有成群衛星，這一切全都是異端邪說。
只可惜，他遭軟禁，不得會見訪客，最後還失明。（據說那是由於他有次用望遠鏡直接觀測太陽所致。）伽利略死時窮途潦倒。不過就在他死亡那年，一個嬰兒誕生在英格蘭，而且他會完成伽利略和克卜勒當初未能完成的理論，也帶給我們一項天空的統一理論。
牛頓的力學理論
以薩．牛頓（Isaac Newton）或許是有史以來最偉大的科學家。在沉迷於巫術和魔法的世界中，他膽敢寫下天空的普適定律，還動用了他發明來研究力的一門新數學，稱為微積分（calculus）。物理學家史蒂芬．溫伯格（Steven Weinberg）便曾寫道，「現代有關最終理論的夢想，從以薩．牛頓才真正開始。」1 在那個時代，它是被當成萬有理論，也就是能描述所有運動的理論。
事情是從他23歲時開始。當時劍橋大學受黑死病疫情影響關閉了，1666年某一天，就在他的鄉間產業上散步時，牛頓看到了一顆蘋果掉落。那時他對自己提出的問題，後來就扭轉了人類歷史的進程。
在牛頓之前，教會教導，世上有2類律法。一類是見於地球上的律法，由於凡人犯罪而腐化了。第2種見於天國，那是純粹的、完美的，而且和諧的律法。
牛頓的理念精髓是要提出一項能含括天與地的統一的理論。他在筆記本中畫出了一幅深切影響未來的圖像（見圖1）。
從山頂發射砲彈，它會先飛行若干距離，隨後才擊中地面。不過倘若你逐步提高砲彈的發射速度，它就會移動得愈來愈遠之後才回到地表，最後它就會完整繞行地球，然後才回到那座山頂。他結論表示，支配蘋果和砲彈的自然定律：重力，也緊抓著月球讓它在軌道上繞行地球。地上的和天上的物理學是一樣的。
他之所以能辦到這點，就靠導入力的概念。物體會動是由於它們被舉世通用的力所拉動或推動所致，而且這些力還能以數學方法精確測定（在那之前，有些神學家認為，物體是由於欲望才移動，因此物體掉落是由於它們渴望和地球結合所致。）
牛頓導入了統一的關鍵概念。
不過牛頓是出了名的孤僻，從事的研究絕大多數他都守密不宣。他沒有什麼朋友，不懂得閒聊，而且經常沉溺與其他科學家針對他的發現進行優先權惡鬥。
1682年時，一起轟動世界的事件改變了歷史的進程。一顆熾烈彗星飛越倫敦上空。從君主和女王到乞丐，全都就這則消息議論紛紛。它是從哪裡來的？它要往哪裡去？它預示什麼徵兆？
對這顆彗星投注關切的人士當中，有個人名叫愛德蒙．哈雷（Edmond Halley），他是個天文學家。哈雷前往劍橋和著名的牛頓見面，當時牛頓已經因為發展出光理論而享有盛名。（牛頓讓陽光射過玻璃稜鏡，顯示從白光可以分離出彩虹的所有色彩，從而證明白光其實是種複合色。他還發明了一款新型望遠鏡，使用反射鏡面，而不使用透鏡。）哈雷拿所有人都在談論的那顆彗星來請教牛頓，結果牛頓的說明讓他大吃一驚，牛頓竟然能夠證明，彗星都沿著橢圓形路徑環繞太陽，而且他還能使用他自己的重力理論，來預測它們的軌跡。事實上，他當時正使用他自己發明的望遠鏡來追蹤彗星，而且它們的移動也正與他的預測相符。
哈雷目瞪口呆。
他馬上意識到，自己正目睹科學的一個里程碑，於是他志願支付費用，出資印刷最後會成為所有科學學門的最偉大傑作之一，《自然哲學的數學原理》（Mathematical Principles of Natural Philosophy）或簡稱為《原理》（Principia）。
此外哈雷還得知，牛頓提出了預測，認為彗星有可能相隔固定時段回返，於是他計算出，1682年那顆彗星將在1758年回返。（哈雷的彗星一如預測，在1758年聖誕節飛越歐洲上空，協助在牛頓和哈雷死後鞏固了他們的聲望。）
牛頓的運動和重力理論，代表人類心智的最偉大成就之一。以單一原理統一了所有已知的運動定律。亞歷山大．波普（Alexander Pope）寫道：
自然和自然的定律藏身夜間：
神說，讓牛頓現身！
於是四處綻放光明。
就連今天，依然得靠牛頓的定律，航太總署的工程師才能引導我們的太空探測器飛越太陽系。
＊作者為日裔美籍科學家，現為紐約市立大學理論物理學教授，當代物理大師，超弦論奠基者。本文選自作者著作《神的方程式：對萬有理論的追尋》（時報出版）。
