本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
時空為什麼是四維的？無論是日常生活的經驗還是迄今為止物理實驗的測量都告訴我們這是一個不是問題的問題。因此，在描寫粒子間強、弱和電磁這些規範相互作用的量子場論中，時空被預設為3+1維平直的閔氏時空。在描寫引力的廣義相對論中，時空雖然不再被看成不變的背景，但其總維度仍然被先驗地取成4。
愛因斯坦的廣義相對論是摒棄了牛頓引力理論中超距作用特點的關於引力的經典場論。要正確理解廣義相對論研究揭示出來的許多現象，如黑洞的霍金輻射和宇宙中結構形成所需的原初擾動等，都需要把廣義相對論與量子力學結合起來，構建無紫外發散困難的量子引力理論。這是當代物理學基礎研究所追求的核心目標之一。
超弦理論通過把構成自然的基石假設為具有張力的長度小於10^-33釐米的一維弦，在微擾論意義上建立起了能統一描寫引力和規範相互作用的量子理論。自從20世紀90年代中期爆發超弦的第二次革命至今，超弦理論的非微擾研究也取得了長足的發展。許多物理力學家樂觀地認為，超弦理論目前看來已成為終極量子引力理論最有希望的候選者。
與四維閔氏時空中的量子場論相比，超弦理論有一些與眾不同的特點。除其研究對象是弦而非場論中的點粒子，超弦理論還預言弦的玻色振動模式與費米振動模式之間存在對稱性以及時空中存在額外的空間維度。在超弦理論中，弦的振動模式被詮釋為量子場論意義上的粒子。要描寫時空中的費米子，弦理論必須具有超對稱。此外，廣義協變的超弦動力學只有處在10維時空才能邏輯自洽地量子化。因此，按照超弦理論，在目前物理學已觀測到的四維時空的每一點上存在著一個實驗上尚未揭示的6維空間。
超對稱和額外維這兩個特徵都超出了當前實驗物理學的認知水平。物理學家們期望超弦理論的基本方程組應允許具有有效4維時空的低能近似解：10個時空維度中只有包括時間維在內的4個維度是近似平坦的，而其餘6個空間維度高度彎曲到了如此小的尺度以致逃脫了目前物理實驗的探測。雖然6維緊化空間在低能物理裡不能直接觀測，但其大小、形狀等結構的細節仍然對非緊的4維時空中的物理施加著重要影響。出於粒子物理唯象學方面的一些考慮，特別是為了保證超弦理論的低能近似解能解釋實驗上已經完全證實的夸克、輕子的手徵性以及保持各代基本費米子之間巨大質量差別的穩定性，物理學家們猜測所需的6維緊化空間很可能是一個緊流形。