要说超弦理论，同学们不一定知道是啥；但要说到高维度空间，同学们貌似都恍然大悟，这个东西电影、小说看过啊！
很多同学看完刘慈欣的小说《三体》，会被歌者文明使用二向箔降维打击太阳系惨变一副巨画然后地球人类手拉手一起玩完所震撼。维度居然能成为武器这个噱头，令同学们莫测高深半夜都得吓醒。
二维化打击示意图
秉承着“外事不决问百度，内事不决上淘宝”的箴言，本猫热搜了一把高维度造物的典型——四维空间物体——克莱因瓶，发现淘宝上居然有售且99包邮！
网络上的克莱因瓶
醒醒吧，少年！
我们这就来聊一聊这多维空间的出处——物理学大统一下半场的热门理论——弦理论的前世今生，同时给同学们科普一下多维空间究竟是个啥？淘宝上这个爆款到底值不值得买？
主菜上桌前，我们先来一道开胃小菜暖暖场，我们先来讲讲：
大家对物理学大统一的上半场有兴趣的，可以直接翻看我上一篇图文《诺贝尔奖难以衡量其贡献，杨振宁的杨-米尔斯理论到底多厉害？》。这里我就不再废话，咱们前文再续，书接上一回！
物理学公式汇总
话说，世间万物都有规律，物理学的发展当然也不例外；本猫一直强调，物理学发展的最高教义是大统一，这是现代科学建立之初人类就许下的宏源。
科学家们一路风雨兼程的升级打怪，为理论大统一操碎了心，一干就是三百多年。
上个世纪20年代到50年代，杨振宁先生站在狄拉克、泡利等巨人肩膀上，成功的统一了量子论和狭义相对论，创立了规范的量子场论（杨-米尔斯理论）。简单的说，在杨振宁先生的努力之下，我们清楚的了解到，每一种粒子，包括构成物质的电子和夸克，都对应为一种弥漫于整个宇宙的场，粒子则是它们的激发态。
杨米尔斯理论-论文
这堪称探索宇宙之中四种基本作用力中——电磁力、弱核力、强核力的标准姿势！
温伯格等人，沿着杨振宁先生的路子，在1968年，将弱核力与电磁力统一成了电弱力。简单的说，电弱力的真谛就是一种存在于10^15K以上，宇宙大爆炸最初时10^-36秒到10^-12秒之内的作用力。
杨振宁先生的标准姿势持续发力， 70年代的物理学家用这个标准姿势一使劲，又发现，强核力——将夸克束缚在中子和质子之内，以及将中子和质子束缚在原子核内的力；在10^27K以上的环境中，或者宇宙大爆炸后的10^-43秒至10^-36秒内，它将与弱电力统一。简单的说，强核力也被搞定了。
弱核力示意图
总而言之，这五十年来，我们按照杨振宁先生划的道，面对——物质到底是什么？——这个终极问题，摸索出一个精美的“标准模型”，给出了几乎完美的解答。
理论物理到这里，差不多可以打完收工，大家一边按标准模型找粒子，一边诺贝尔奖拿到手软，杨振宁和他的信徒们都相当高兴。
标准粒子模型
这就是物理学理论大统一中场休息时的情形。
按惯例，故事讲到这个点上，我们必然得用一句峰回路转来形容接下来的剧情，否则同学们就得喷编剧太不用心思了。
没错！历史的走向正是如此！
大家在杨振宁先生标准模型的光辉照耀下，正皆大欢喜着，但有些更天才的同学不乐意了！
明明不是说好的四大基本作用力吗？电磁力、强核力、弱核力完事了，那么引力呢！手指头数数才弄了三个，怎么就大统一了？怎么就皆大欢喜了？还有没有科学精神！
祖师爷牛顿
祖师爷牛顿，明明在1687年，语重心长的在《自然哲学的数学原理》首版的前言谆谆教导——我愿我们能像对力学原理那样，用同类的推理导出其余的自然现象，许多原因促使我怀疑，它们可能都依赖于一定的力。
解决了“物质的本质是什么？”算个屁！要玩就得更彻底——宇宙的本质究竟是什么？
三缺一连一桌麻将凑不齐，算什么大英雄？凭什么封神？称什么物理界坐五望四？——我不是说你，我是说在座的每一位，这科学史排名第四把交椅姓甚名谁，还不一定呢！
以今年诺贝尔物理学奖的颁奖情况来看，吉姆·皮布尔斯（James Peebles）、米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）都是宇宙派的一员，冥冥之中似有天意啊，咱们的超弦理论立论的分量又添新筹码，不过这是后话啦。
2019诺贝尔物理学获奖者
敢放出上述狠话的代表人物有卡鲁扎、维亚纳多、史瓦兹和格林、爱德华·威腾、丘成桐等等。他们的身份除了物理学家外，无一例外也是出色的数学家。
都说诺贝尔生前最讨厌数学家，所以诺贝尔奖连个位置都不曾留给数学家，今天数学家较真起来，玩一把跨界，真能杀出一条物理学新路吗？
废话不多说，我直接上硬菜啦，各位同学请注意！
这票天才的物理学家兼数学家们，为“宇宙的本质究竟是什么？”也给出了一个标准的答案。这个答案就是弦理论，以及弦理论的进阶版——超弦理论；还有统一了各种超弦理论形式的——M理论。
弦理论示意图
首先引用一段算是通俗的超弦理论描述，大家感受一下：物理学家米奇奥·卡库是这样从超弦理论的角度来解释宇宙的结构的：
杂化弦由一根闭合的弦组成，它有两种振动模式，顺时针方向的和逆时针方向的，要以不同的方式来对待。顺时针方向的振动存在于一个10维空间。逆时针方向的振动存在于一个26维的空间，其中有16维已经被压实了。（在卡鲁扎原先的5维空间里，第5维被卷成一个圈，已经给压实了。）
朋友，别装深沉，你其实根本没读懂好吗！
不服气的同学，为了更直观的让大家再次感受弦理论的美妙，我再给多大家一次机会吧：
弦理论示意图2
在那遥远遥远的过去，火成过程以一对又平又空的膜开始；它们互相平行地处于一个卷曲的5维空间里两张膜构成了第5维的壁，很可能在更遥远的过去作为一个量子涨落产生于无，然后又飘散了。
这是哲学的讨论范畴了好吧？无法与之争辩，这怎么通俗？
就连正牌的物理学大牛，讲弦理论都这么晦涩，如果真有人告诉你，他可以给你通俗的讲一讲超弦理论，这不比公园里面凳子上一个陌生人，告诉你今晚福彩特等奖号码来得更可靠。
所以，接下来不管各位的感受如何，本猫只能按照我的理解，尽力而为了，大家有砖也请轻拍啊。
为了描述我们这个世界，科学家们，特别是物理学家们建立了许多非常出色的理论，比如牛顿力学、麦克斯韦电磁学、爱因斯坦的相对论以及量子论等等。
爱因斯坦，听说你还提到我
这些理论将大致宇宙星系，小至微观粒子的运动规律都描述得精确无比，把声、光、热、电、磁等自然现象无所不包其内，看似五花八门，但它们都有有一个共性——所有的理论对维度是没有任何要求。
简单的说，无论是初中所学习的牛顿三大运动定律，还是高中接触的电磁理论，甚至是大学接触到的相对论和量子力学，不管你是在3维世界，还是在0度空间，甚至26维超空间，只要你记住了公式，用对了模型，没有出现计算错误，那么这些理论都能给出正确的结果。
星际空间航线
简单的说，物理学理论大统一的上半场——跟维度没任何关系！
但弦论立得住脚的原因，正是由于它引入了额外的维度。
说了老半天了，超弦理论怎么就跟维度扯上了关系呢？这里得插播一个知识点，我们都知道，所有在三维空间的物理量，其概率一定是一个从0到1之间的数。0表示事件不可能发生，1表示事件绝对发生。世间万物，当然包含物理量在内的概率都应该落在0-1之间，这是物理学的一个常识。
可是，在弦理论刚刚诞生之时，有科学家把弦理论用于计算三维空间的物理量时发现，在求解概率的时候，结果竟然出现了负数，或者大于1。这是闹哪样？直接就把整个推导整崩溃了。
概率的骰子
这时候数学家的优势就显现出来了！数学家出身的弦理论派说，谁规定这个世界就只有三个维度的！我们在数学计算上，你想要几个维度就可以有几个维度！三维的世界格格不入，咱们就引入高维度！
美国罗格斯大学的洛夫莱斯硬气了一把，结果震碎了世俗的眼镜，在一番重整化等炫目操作后，当世界处于25维这个特殊的数字之时，弦理论计算的物理量概率值就会重回完美的0到1之间。这条道路居然走通了，只是付出了一点点代价，咱们的世界从3维变成了25维。
高维度想象示意图
25维？同学们双手双脚加起来，都数不过来啊！到底怎么得来的？
欧拉说，还不是用了我的公式！
欧拉，这是一个所有学数学的人都肃然起敬的名字。1707年欧拉生于瑞士的巴塞尔，不提他13岁入读巴塞尔大学，15岁大学毕业，16岁获硕士学位这等小事情，他的成就大约就是平均每年写出八百多页的论文，发表了大量的力学、分析学、几何学等课本，出版了《无穷小分析引论》、《微分学原理》、《积分学原理》等都数学中的经典著作而已。简单的说，欧拉堪称数学界的一尊大神。
欧拉的凝视
欧拉一生的数学贡献不计其数，这里我们就得使用他的一个公式：
1+2+3+4+5+……=-1/12。
上面的等式通俗的说——就是正整数无穷项之拉马努金和是负十二分之一，这样一个负数。
看不懂没关系，大家只要记住一点，这个公式在超弦理论中起到决定性的作用就可以了。
当我们把欧拉的公式，带入求光子的能量公式时，我们算出了弦理论的维度是25维。
数学家还不满足，我们嫌弃标准粒子模型的一个原因就是因为它复杂，现在这25维也不简单嘛!理解起来可能难为各位同学了，我们升个级，来吧！超弦理论登场！这个超——就是超对称。
超弦理论与M理论
超弦理论的弦除了在普通空间的D维方向上振动以外，还在超空间的格拉斯曼数坐标的方向上振动。光子的质量就必须增加额外的两个方向，超弦里的光子能量就是弦理论里的三倍。
还是熟悉的配方，我们再次带入求光子的能量公式，算出超弦理论成立时，宇宙空间维度为9！
不是说好了10维吗？计算出错了吗？别急，故事还没有结束呢。
研究超弦理论最天才的科学家，威腾这时候，要发飙了。
威腾，本人
科学家们发现在9维空间里存在着5种形式不一样的超弦理论，威腾艺高人胆大，他大胆的假设这5种形式的超弦理论其实师出同门，是一个更高大上的理论的分身——我们称之为M理论。
威腾的思路就是反证法的具体应用，虽然仍没有实际的证据证明对错，目前，我们通常认为，5个不同的超弦理论可以在一个更高的维度里实现统一，这个更高维度的M理论的维度就是10维，再加上哪里都存在的时间维，我们的世界——刚好11维。
以上就是11维弦理论的前世今生。
科幻电影里面，常常出现的宇宙是11维的描述，就是这样来的。仿佛电影编剧和导演，操控起高维空间概念，要比科学家的认知前卫得多。同学们最后要问了，超弦理论或者M理论，有科学实证了没？它跟神棍的胡说八道有何区别？
大型粒子对撞机
真的假不了！这就得拜托我们目前的大统一理论阅卷老师——大型粒子对撞机啦。根据超弦理论预言，只要能撞出超对称粒子，超弦理论就有了实际的证据，它就荣登大统一的顶点。
可惜，目前就连全人类最大能量级别的LHC，在实验中把相撞粒子加速到光速的99.9999991%的程度，也仍旧一无所获。
美国、欧洲都举手投降，我们中国是否接手这个赌局，以耗费未来20年的全部国家科研经费的代价，再造一个超越LHC的超大型粒子对撞机，获取再赌一把人类文明科技爆发命运的资格呢？
杨振宁先生
有兴趣的同学可以移步我以前的拙文《杨振宁和王贻芳七点针锋相对，中国大型对撞机到底值不值得？》，我旗帜鲜明的支持杨振宁先生的判断，中国的大型粒子对撞机项目应该缓建，理由这里我就不多说了。不服气的同学可以到淘宝买个克莱因瓶以示抗议。
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