弦理论中说时空有11个维度，那么除了三维空间，时间之外，其它维度到底是什么？
弦理论里关于时空维度的讨论，确实是个非常迷人的话题。很多人听到“11维”的时候，第一反应可能就是：“除了我们熟悉的长度、宽度、高度和时间，那剩下的7个维度到底是什么？它们长什么样？我们怎么感觉不到？” 这确实是一个很好的问题，也触及了弦理论最核心的猜想之一。
首先，我们要明确一点，弦理论里的“维度”并不是我们日常生活中理解的“地方”或“空间”。更准确地说，它们是描述宇宙基本构件——也就是“弦”——运动和相互作用的必要参数。想象一下，一根橡皮筋，你可以说它的一维是它的长度。但是，如果这根橡皮筋能够以某种方式弯曲、卷曲，那么描述它的完整状态就需要更多的“方向”或“自由度”。在弦理论的世界里，这些额外的维度就是弦的“活动空间”。
那么，这些额外的维度，除了我们熟悉的三维空间和一维时间之外，具体是什么呢？
1. 它们是“卷曲”的，而且非常非常小。
这是解释我们为什么感觉不到它们的最普遍也是最关键的解释。我们生活在一个宏观的世界，我们的视野和感知能力都是相对于我们自身尺度而言的。而弦理论预言的额外维度，据估计，它们被“卷曲”在一个非常微小的尺度上，小到我们无法直接感知，甚至连目前最强大的粒子加速器也难以触及。
你可以想象一个花园里的水管。从远处看，它就像一条细细的线，只有一个维度。但如果你走近了，你会发现它其实是一个圆柱体，它有一个圆周的维度，但这个圆周非常小，你用肉眼很难辨认出来。弦理论中的额外维度就是类似这样的“卷曲”。
这些卷曲的方式，理论上有很多种可能，每一种卷曲方式都会对我们所观察到的物理规律产生深远的影响。例如，基本粒子的质量、电荷以及它们之间的相互作用力，都可能与这些额外维度是如何卷曲的息息相关。
2. 它们不是“我们想象中的空间”。
这里的“空间”更多的是指描述弦运动的“参数空间”或者“构型空间”。它们可能不是我们日常理解的那种可以自由行走、探索的“地方”。
一种通俗的说法是，这些额外维度是“内在的”，它们是构成宇宙基本规律的“骨架”。我们的三维空间和一维时间，是我们能够直接体验到的“表层”，而这些额外维度则隐藏在更深层，决定着表层的行为。
3. 它们与我们所知的粒子和力有着密切的联系。
弦理论的一个巨大吸引力在于，它试图将自然界所有的基本粒子（如电子、夸克）和基本力（如电磁力、引力）统一在一个框架下。在这个框架中，不同的振动模式对应着不同的粒子，而力的传递则被看作是弦之间的某种相互作用。
而这些额外维度，在弦理论中扮演着至关重要的角色。它们提供了一个更丰富的“演奏台”，让弦能够以更多样的方式振动。想象一下，一个只能在一根直线上演奏的乐器，和能在三维空间中随意弯曲的乐器，后者能发出的音符种类肯定要多得多。
具体来说，这些额外维度中的“卷曲”模式，会直接影响到弦的振动频率和形态，而这些又最终决定了我们观察到的粒子的性质（质量、自旋等）以及它们之间的相互作用（力的强度）。
4. 为什么是11个维度？
弦理论本身是一个庞大的理论体系，它发展出了多种版本，比如早期的“五种超弦理论”，后来人们发现这些理论在数学上是可以相互关联的，并指向一个更基础的理论——“M理论”。而M理论，正是预言了11个维度。
至于为什么恰好是11个，这是一个非常深奥的数学问题。在理论推导过程中，11个维度是保证理论自洽性、避免数学矛盾的一个关键数字。例如，在描述引力和量子力学时，11个维度可以提供一种更完备和优雅的数学结构。
5. 它们可能影响我们对宇宙的认知。
如果弦理论是正确的，那么这些隐藏的维度对我们理解宇宙的本质有着至关重要的意义。
引力的来源： 很多弦理论家认为，引力之所以比其他基本力弱得多，可能就是因为它“泄漏”到了这些额外的维度中。
宇宙的起源和演化： 额外维度的存在，可能对宇宙大爆炸以及早期宇宙的演化产生了影响。
暗物质和暗能量： 一些猜想认为，暗物质和暗能量的某种表现形式，可能与这些额外维度的动力学行为有关。
打个不太恰当的比喻：
想象你是一个在二维纸上生活的蚂蚁。你只能感知前后和左右。你无法理解“上下”这个维度。但对于我们三维生物来说，这个“上下”维度是真实存在的，它定义了纸张的厚度，也决定了纸张可以折叠、弯曲的方式。
弦理论中的额外维度，就好比是我们无法直接体验到的、但却真实存在的“上下”或者更复杂的“弯曲”方式。它们是宇宙这个“整体”必不可少的一部分，只是我们作为“生活在表层”的观察者，需要更深刻的理论和更强大的工具才能去探索和理解。
所以，总结来说，弦理论中的额外维度，不是我们日常认知中那种可以随意活动的“空间”，而是非常微小、卷曲在极小尺度上的“参数空间”，它们构成了弦运动和相互作用的“舞台”，并深刻地影响着我们所观测到的宇宙的性质和规律。它们的存在，是理解万物统一的关键线索，也是弦理论最令人着迷也最挑战我们直觉的部分。
首先，我们要明确一点，弦理论里的“维度”并不是我们日常生活中理解的“地方”或“空间”。更准确地说，它们是描述宇宙基本构件——也就是“弦”——运动和相互作用的必要参数。想象一下，一根橡皮筋，你可以说它的一维是它的长度。但是，如果这根橡皮筋能够以某种方式弯曲、卷曲，那么描述它的完整状态就需要更多的“方向”或“自由度”。在弦理论的世界里，这些额外的维度就是弦的“活动空间”。
那么，这些额外的维度，除了我们熟悉的三维空间和一维时间之外，具体是什么呢？
1. 它们是“卷曲”的，而且非常非常小。
这是解释我们为什么感觉不到它们的最普遍也是最关键的解释。我们生活在一个宏观的世界，我们的视野和感知能力都是相对于我们自身尺度而言的。而弦理论预言的额外维度，据估计，它们被“卷曲”在一个非常微小的尺度上，小到我们无法直接感知，甚至连目前最强大的粒子加速器也难以触及。
你可以想象一个花园里的水管。从远处看，它就像一条细细的线，只有一个维度。但如果你走近了，你会发现它其实是一个圆柱体，它有一个圆周的维度，但这个圆周非常小，你用肉眼很难辨认出来。弦理论中的额外维度就是类似这样的“卷曲”。
这些卷曲的方式，理论上有很多种可能，每一种卷曲方式都会对我们所观察到的物理规律产生深远的影响。例如，基本粒子的质量、电荷以及它们之间的相互作用力，都可能与这些额外维度是如何卷曲的息息相关。
2. 它们不是“我们想象中的空间”。
这里的“空间”更多的是指描述弦运动的“参数空间”或者“构型空间”。它们可能不是我们日常理解的那种可以自由行走、探索的“地方”。
一种通俗的说法是，这些额外维度是“内在的”，它们是构成宇宙基本规律的“骨架”。我们的三维空间和一维时间，是我们能够直接体验到的“表层”，而这些额外维度则隐藏在更深层，决定着表层的行为。
3. 它们与我们所知的粒子和力有着密切的联系。
弦理论的一个巨大吸引力在于，它试图将自然界所有的基本粒子（如电子、夸克）和基本力（如电磁力、引力）统一在一个框架下。在这个框架中，不同的振动模式对应着不同的粒子，而力的传递则被看作是弦之间的某种相互作用。
而这些额外维度，在弦理论中扮演着至关重要的角色。它们提供了一个更丰富的“演奏台”，让弦能够以更多样的方式振动。想象一下，一个只能在一根直线上演奏的乐器，和能在三维空间中随意弯曲的乐器，后者能发出的音符种类肯定要多得多。
具体来说，这些额外维度中的“卷曲”模式，会直接影响到弦的振动频率和形态，而这些又最终决定了我们观察到的粒子的性质（质量、自旋等）以及它们之间的相互作用（力的强度）。
4. 为什么是11个维度？
弦理论本身是一个庞大的理论体系，它发展出了多种版本，比如早期的“五种超弦理论”，后来人们发现这些理论在数学上是可以相互关联的，并指向一个更基础的理论——“M理论”。而M理论，正是预言了11个维度。
至于为什么恰好是11个，这是一个非常深奥的数学问题。在理论推导过程中，11个维度是保证理论自洽性、避免数学矛盾的一个关键数字。例如，在描述引力和量子力学时，11个维度可以提供一种更完备和优雅的数学结构。
5. 它们可能影响我们对宇宙的认知。
如果弦理论是正确的，那么这些隐藏的维度对我们理解宇宙的本质有着至关重要的意义。
引力的来源： 很多弦理论家认为，引力之所以比其他基本力弱得多，可能就是因为它“泄漏”到了这些额外的维度中。
宇宙的起源和演化： 额外维度的存在，可能对宇宙大爆炸以及早期宇宙的演化产生了影响。
暗物质和暗能量： 一些猜想认为，暗物质和暗能量的某种表现形式，可能与这些额外维度的动力学行为有关。
打个不太恰当的比喻：
想象你是一个在二维纸上生活的蚂蚁。你只能感知前后和左右。你无法理解“上下”这个维度。但对于我们三维生物来说，这个“上下”维度是真实存在的，它定义了纸张的厚度，也决定了纸张可以折叠、弯曲的方式。
弦理论中的额外维度，就好比是我们无法直接体验到的、但却真实存在的“上下”或者更复杂的“弯曲”方式。它们是宇宙这个“整体”必不可少的一部分，只是我们作为“生活在表层”的观察者，需要更深刻的理论和更强大的工具才能去探索和理解。
所以，总结来说，弦理论中的额外维度，不是我们日常认知中那种可以随意活动的“空间”，而是非常微小、卷曲在极小尺度上的“参数空间”，它们构成了弦运动和相互作用的“舞台”，并深刻地影响着我们所观测到的宇宙的性质和规律。它们的存在，是理解万物统一的关键线索，也是弦理论最令人着迷也最挑战我们直觉的部分。
网友意见
其实在第二次超弦革命前，弦理论只要求时空有十个维度。除了我们已知的四维时空以外，普遍认为另六个维度整体卷曲在一个名为“卡拉比-丘成桐空间”（Calabi–Yau space，简称“卡-丘空间”）的地方。“卡-丘空间”极其微小（小到普朗克尺度，根本无法找到），在三维投影的形状就犹如一个个被揉成团的废纸（参见下面的gif动图）。当然这些形状可不是像揉废纸一样随意决定的，而是科学家在严谨的数学构架下设计出来的。比如弦可以穿叉在这种多孔的结构中，以不同的振动方式精确产生出基本粒子的各种特性（如质量）。
总之，弦理论要求的十个维度是理论的数学基础，如果宇宙里没有十维的话，弦理论的根基就会被推翻。
那么第十一维又是从哪儿来的呢？
其实在弦理论的历史中曾出现过五种不同形式且互不矛盾的理论体系。为解决这一问题，弦理论的“领军人” 爱德华·威滕提出“M理论”，通过引入“膜”的概念让空间维度再增加一维，在十一维时空下证明了五种不同的弦理论在本质上是等价的，统一了弦理论的分歧，解决了理论危机。而这次维度上升被称为“第二次弦理论革命”。
M理论认为一维的弦还可以延展成二维、三维甚至九维的“膜”，我们的宇宙就附着在一张三维的膜上。根据M理论，因为光子、胶子等绝大多数基本粒子都是开弦，其两端粘结在膜上无法脱离。相反，引力子却是一种闭弦，这意味着引力不会被膜束缚，而可以自由游走于所有维度。这就解释了引力相对于其它基本力是那样弱小的原因：因为在我们的维度上观察到的引力被其他维度稀释了。
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