简介：弦理论科普
弦理论是物理学家们认为能够解释一切事物的理论。
所有的力，所有的粒子，所有的恒量，都是在这个微小运动的理论的基础上建立的。二十世纪六十年代以来，理论家们一直在为这个理论奋斗，但是他们首先意识到，宇宙有多个维度，且比我们认知中的四个要多。
这个想法并不像听起来那么疯狂。
空间灾难
在弦理论中，振动弦的小环（在理论中，它们是现实的基本对象）表现为不同的粒子（电子、夸克、中微子等）和自然的力载体（光子、胶子、引力子等）。这个原理是基于振动。每根弦都很微小，在我们看来，它不过是一个点状的粒子，但每根弦都可以以不同的模式振动，就像你可以用吉他弦弹奏不同的音符。
不同的振动模式被认为与不同的粒子相关。所以弦振动的方式看起来像是电子，另一种像光子，等等。我们所看到的粒子碰撞，在弦理论的观点中，是一束的弦融合在一起然后分裂开来。
但要让数学起作用，我们的宇宙必须有四个以上的维度。这是因为我们通常的时空并没有给弦足够的“空间”来以它们所需要的所有方式振动，以充分表达它们作为世界上各种各样的粒子。他们太拘束了。
换而言之，弦不仅在摆动，而且是超维摆动。
目前的弦理论需要10个维度，而一个更为假设的M理论需要11个维度。但是当我们环顾宇宙时，我们只能看到通常的三个空间维度加上时间维度。我们很确定如果宇宙有超过四个维度，我们现在应该会注意到。
弦理论对额外维度的要求如何可能与我们在宇宙中的日常经历相适应？
卷曲紧凑
幸运地，研究弦理论的专家们发现了看似激进的理论的历史根源。
回看1919年，爱因斯坦发表广义相对论后不久，数学家和物理学家西奥多卡鲁扎就在研究这些方程，但只是为了好玩。当他在方程中加入第五维时，他发现了一些特别有趣的东西——什么也没发生。相对论方程并不真正关心维度的数量，它是你必须加入的东西，使理论适用于我们的宇宙。
但是后来卡鲁扎给第五维度增加了一个特殊的扭曲，使它在他所谓的“圆柱体条件”中成立，这一条件使一些新的问题突然冒出来：卡鲁扎恢复了通常四维中的广义相对论方程，加上一个复制了电磁学表达式的新方程。
看起来增加维度可能会统一物理学。回想起来，这个做法确实冒险。
不过，几十年后，另一位物理学家奥斯卡·克莱因试图用量子力学的观点来解释卡鲁扎的观点。他发现，如果这个第五维度存在，并在某种程度上对电磁现象能够解释，那么这个维度必须被扭曲，包裹在自己周围（就像卡鲁扎最初的想法一样），但要小得多，低到10^-35米。
弦理论的多流形
如果一个另外的维度真的那么小，我们现在不会注意到了。它太小了，我们不可能希望用高能实验直接探测它。如果这些维度被包裹在自己身上，那么每次你在四维空间中移动时，新的维度会围绕着你进行百万次运动。
这些是弦理论中弦存在的维度。
随着数学的进一步深入，人们发现弦理论所需要的额外的六个空间维度必须被包裹在一组特殊的结构中，这组结构被称为卡拉比-姚流形（Calabi-Yao流形），仅次于两位著名的物理学家。但是没有一个且唯一的流形被弦理论所允许。
大约有10^200,000。
事实证明，当你需要六个维度来蜷缩在自己身上，并给他们几乎任何可能的方法来做到这一点时，它……就叠加起来了。
这是很多不同的方式来包装这些额外的维度。每一种可能的配置都会影响它们内部的弦振动的方式。由于弦振动的方式决定了它们在宏观世界中的行为，所以每一种多样性的选择都会导致一个具有自己的物理集合的不同宇宙。
因此，只有一种多样性才能产生我们所经历的世界。但是哪一个？
不幸的是，弦理论不能给我们一个答案，至少现在还不能。问题是弦理论还没有完成，我们只有各种各样的近似方法，我们希望能接近真实的东西，但现在我们不知道我们有多正确。所以我们没有数学技术来跟踪这个链，从特定的流形到特定的弦振动再到宇宙物理学。
弦理论家的反应被称为景观，由各种流形预测的所有可能宇宙的多重宇宙，我们的宇宙只是众多宇宙中的一个点。
这就是弦理论如今的地位，为后世的理论做努力。
作者: Paul Sutter
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