本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
其實……關於四維，人類已經想明白了……
至於為什麼說宇宙是十一維的，這個故事比較長篇。要解釋為什麼說宇宙是十一維之前，可能需要先解釋一下宇宙為什麼是四維的。
在上世紀初，物理學家被一件事情困擾，就是麥可遜·莫雷實驗的結果，麥可遜和莫雷利用麥可遜幹涉儀測量地球在以太中漂移的速度，以太是一種虛構出來的電磁波傳播介質。實驗結果表明，無論地球怎樣運動，都測量不到這個介質以太的相對速度。也就是說，無論地面上的幹涉儀怎樣運動，是隨著地球向太陽系公轉方向運動，還是逆著太陽系公轉方向運動，幹涉儀裡面兩道互相垂直的光束的速度似乎都沒有改變。（下圖是目前地球上最大的幹涉儀，LIGO雷射幹涉引力波天文臺）
這成了20世紀初的一個未解之謎。當時科學界沒有人能真正解決這個難題，物理學家洛倫茲在數學上推導出洛倫茲變換能很好地解釋實驗結果，但是他依然緊緊抱著虛構的以太不放，最終解釋並不完美。
直到1905年，一個奇蹟般的年份，一個任職專利局的物理學博士生愛因斯坦接連發表了包括博士論文在內的5篇物理學論文，其中一篇《論運動物體的電動力學》針對光的各向同速提出一種革命性的假說：四維時空下的時間膨脹和空間收縮。只要把時間和空間統一成一個稱為時空的整體，真空下光速各向同速的疑難就迎刃而解了。
你可以看到，為什麼宇宙需要四維？因為加入第四維，一個原本難以解釋的物理現象就被很合理地解釋了。
那麼為什麼又說宇宙是十一維的呢？毫無疑問，同樣也是為了解釋物理現象。
在愛因斯坦通過廣義相對論成功用時空幾何解釋了引力以後，他嘗試用時空幾何統一麥克斯韋的電磁理論，但是一直沒能成功。但是有一位腦洞大開的數學家在四維時空裡增加了一個空間維，變成五維時空，有趣的事情就發生了——引力和電磁力統一了。
可惜好景不長，隨著核物理的發展，弱力和強力被相繼發現，五維時空搞不定了……
我不知道後來卡魯扎有沒有繼續增加維度來統一弱力和強力，但很顯然他是不可能成功的了，因為太複雜了。不過他開創了一個神奇方向——通過增加空間維度來統一不同的自然力。
在超對稱理論被提出後，有科學家嘗試在超對稱理論基礎上嘗試統一四種力，即引力、電磁力、弱力和強力。結果他們成功了，他們把時空增加到十一維，就把四種力成功地統一了，這種幾何化的統一理論被稱為超引力理論。
雖然由於某些理論缺陷的原因，超引力理論最終還是被現實淘汰了，但它的精神不死，到目前為止，增加時空維度依然是尋找終極理論的優選方法，其中脫胎於超弦理論的M理論被譽為最有希望的終極理論候選者，它得到的時空維度就剛好是超引力理論計算得到的十一維！
對於我們這些只會看熱鬧的普通人，科學家怎麼折騰時空我們是看不懂的，時空為什麼是四維的我們也許懂，但時空為什麼是十一維的，我們實在不懂……裡面的數學推演常人可能是無法理解的，所以，我們尊重科學家在這些理論探索上的努力，但M理論的十一維時空只是一種理論嘗試，它還遠沒有如四維時空一般已成定論。因此，他作為很多理論假說中比較流行的一種，我們了解一下就可以了。