为什么弦理论需要额外的维度

超弦可以同时存在于 11 维中。图片来源：National Institute of Technology Tiruchirappalli

弦理论起源于试图理解揭示强核力的新生实验。最终，另一种理论，一种基于称为夸克的粒子和称为胶子的力载体的理论，将取代它，但在年轻的弦理论的深层数学骨骼中，物理学家会发现奇怪的结构，半瞥见的幽灵，这将指向更多的东西。更深层次的东西。

弦理论声称，我们所说的粒子——自由游荡、相互作用并结合在一起构成物质存在的大部分的点状实体——只不过是。相反，只有一种基本对象：字符串。这些字符串，每个字符串都存在于存在的最小极限本身，振动。这些弦的振动方式决定了它们如何在更大的宇宙中表现出来。就像弹奏吉他上的音符一样，一根以一种模式振动的弦在我们看来是电子，而另一种以不同频率振动的弦会显示为光子，依此类推。

弦理论是对万物理论的大胆尝试。一个单一的数学框架，解释了使我们成为谁和我们是什么的粒子，以及充当这些粒子中基本信使的力量。它们都是，宇宙中的每一个夸克和场中的每一个光子，都是振动的弦。

弦理论仍然是通向量子引力理论的最有希望的途径。它之所以能获得这个终极称号，是因为它将所有自然力量都纳入了它的旗帜下，它的潜力实现了过去半个世纪对宇宙的物理探索的统一梦想，并且因为该理论自然包括一种新的粒子（或者更确切地说，弦的特殊振动），它具有作为引力的量子力载体的所有正确特性， 光子的引力类似物。

弦理论还没有被检验，还没有被验证，甚至还没有完成。事实上，尽管它有着巨大的前景和潜力，但支撑该理论的数学是如此难以解决，以至于还没有人找到解决方案，更不用说可以根据实验预测的预测了。似乎大自然注定要一次又一次地戏弄我们。最初试图将引力折叠成量子框架的尝试在不可约的无穷大的重压下自行崩溃。现在，围绕这些无穷大最有希望的解决方案，用弦循环代替旧量子理论中的点状粒子，是如此不可行，以至于无穷大有时看起来更可取。

尽管有缺点，但理论家们还是设法在弦的深化森林中取得了一些进展，在他们的探索中——有时看起来更像是我们希望有一天能被证明是真的大胆愿望——他们发现了一些意想不到的东西。

维数在弦理论中起着至关重要的作用。微小的振动弦的任务是解释所有的创造物——每一种曾经存在过的粒子，曾经被发现过的粒子，以及我们尚未发现的粒子。但早期的弦理论家发现，空间的微不足道的三维空间是不够的。局限于我们通常和熟悉的时空，弦无法支持足够多的不同种类的振动来解释粒子的全部。

因此，弦理论家们想出了一个优雅的解决方案。如果宇宙没有足够的维度来赋予弦解释所有物理学所需的自由，那么我们必须为宇宙添加大多数维度。弦理论的现代版本指出，我们有十个或十一个空间维度（差异来自理论的不同表述）。

為了解釋為什麼這些額外的層次在我們生活在這個宇宙中，至今仍沒有被我們注意到，除了熟悉的三個之外，這些層次體必須蜷缩在自己身上，以與弦本身相同的超微小尺度，將它們推入感知和實驗的隱藏角落。甚至我们探测原子本身成分的能力也太笨拙了，无法刺入这个弦主导的领域。

我们不需要关心这些隐藏维度的结构或性质，因为对我们来说重要的是弦理论，它声称是跨越五百年的不间断统一链的继承者，并声称有一天会发展成一个完整的量子引力理论，承认这种可能性， 由于数学必然性的本质，我们的宇宙具有与我们天真地假设的不同数量的维度。

来自：量子梦