為什麼弦論需要 11 個維度解釋？
2020-07-22 魯超
最近，網上開始流傳一個微信稿《一張圖弄明白：從零維到十維空間》，其實這篇偽科學我在08年在網上就看到過了，看了以後覺得跟什麼李大師的那一套有點相似，於是沒有理睬。
但不知道誰又把它給刨出來廣為流傳，連我的同學都開始找我問我是不是真的，我覺得有必要看帖闢謠了。
故事還是從愛因斯坦講起吧，我們知道1905年堪稱奇蹟年。
這一年，愛因斯坦發表了《論動體的電動力學》，提出了狹義相對論。
之前的三維空間和一維時間合為一體，「四維時空」一詞正式走進詞典。
之後，愛因斯坦和眾多物理學家一起發展了量子力學，用於解釋微觀世界。
他又單獨提出了廣義相對論，整個宇宙都被一個方程所解釋，愛因斯坦走上人生巔峰，他試圖尋找宇宙的終極理論「大統一理論」。
就在這個時候，一個不為人知的小角色物理學家卡魯扎找到愛因斯坦，提到宇宙有可能是「五維時空」，多加一個維度，可能更好的去解釋一些問題。
他提出「我們宇宙的空間結構既有延展的維度，也有蜷縮的維度。」這些蜷縮的維度之所以看不見，就好比我們從很遠的地方去看一根水管，以為它是一維的，但是湊近了去看，發現它還是三維的，有兩個維度蜷縮了。
愛因斯坦心想我也就敢提出四維時空，你直接跟我來五維了，簡直超出我的想像，於是回覆：「我對你的理論很有興趣。」
然後，就沒有然後了。現在回顧一下，卡魯扎是最早提出更多維度的科學家。
卡魯扎，第一個提出五維空間的人。從此以後，物理學家遇事不決，增加維度，成為一種「陋習」。
數學家是比物理學家還天馬行空的，在他們的腦子裡，沒有現實宇宙的牽絆，可以更加無邊無際的飛翔。
我管你宇宙是四維五維的，我直接給你整N維的。
1954年的一次數學家會議上，一位數學家卡拉比提出一個猜想，存在一種六維空間，它只有質子的億萬分之一那麼小，因為它蜷縮起來，所以我們看不見。
當時所有的數學家都表示無法理解，但年輕的丘成桐站了出來，希望能將卡拉比猜想證偽。
他花費了四年時間，最終認識到他自己的想法是錯誤的，他終於「皈依」並證明了卡拉比猜想，所以這個六維空間也叫作「卡拉比-丘成桐空間」。
卡拉比（左）和丘成桐（右）
數學家雖然天馬行空，但是在當時並沒有任何物理理論能容得下這個新的空間，所以他們的猜想只能被束之高閣。
1984年，英國物理學家格林提出，為了調和量子力學和廣義相對論，可以假設宇宙的終極基本粒子其實是一根弦，弦不同的振動模式決定了它是什麼樣的粒子，之前人們認識到的基本粒子：夸克、電子、中微子等等，都只是這根弦不一樣的表現形式，這就是「超弦理論」。
原來，我們的宇宙是上帝在撥動琴弦，奏出的一段無盡的樂曲。
格林，弦論的領軍人物之一
威騰，當代最有影響的物理學家之一。
超弦理論提出以後也遇到了問題，它要求存在更多的空間維數，最早的玻色弦理論要求時空是26維，後來發現了「超對稱」，所以「不用26維，也不用銀河系的42，只要10維，只要10維，就可以解釋宇宙！」
竟然是10這個數字，如果有人過來告訴你，早在上帝造人的時候，他就考慮到了宇宙有10維，所以給人安上了10個手指頭，請你告訴他三個字「G-U-N！」發第三聲哦。
然而10維對於習慣四維時空的物理學家來說畢竟還是太多了，剩下的6維在哪裡呢？
這個時候威騰等人翻出了卡拉比-丘成桐空間，缺的6維正好補上了。原來，我們的宇宙竟然是這番景象，在最微小的地方，竟然存在著一個又一個小宇宙：卡丘6維空間。每當你一揮手，你的手不僅穿過了我們熟知的3維空間，還拂過了無數個蜷縮的卡丘6維空間，然而你只是揮揮手，帶不走那個「小宇宙」的一片雲彩。
到這裡你應該明白了，10維時空，實際上是弦論的假設，我們熟知的三維+卡丘6維空間+一維時間。
再後來M理論發現用一個額外的隱藏維度，可以說明更多問題，所以就有了11維的說法。
當然，弦論只是一種假說，這麼多物理學家撲在上面研究，不過是弦的假說太過於吸引人，只需要一個假設，就可以解釋所有的問題。
這些可惡的弦論物理學家啊，就是希望後面的物理系學生找不到工作。
另一方面，我們看到，標準模型提出的預測卻一步一步得到印證，越發牢不可破。2013年3月14日，歐洲核子研究組織發布消息，他們探測到了「上帝粒子」——希格斯玻色子，這更加為標準模型撐上了保護傘。
華麗的分割線（以下純屬作者個人見解，如有誤差，概不負責）
弦如果是宇宙的終極基本粒子，那大致處於普朗克長度的尺度：10的-35次方米，然而現在我們能研究的基本粒子（比如質子）的尺度還在10的-15次方米這個數量級呢，其中相差了20個數量級。
質子相對於普朗克長度，就好比一個銀河系對一個足球。如果要說銀河系是由足球組成的，那我是打死也不相信，從銀河繫到足球，還有很多層次的結構呢。
所以，個人見解，從質子到普朗克長度，還有很長的路要走，標準模型表明出來的規律也許就是下一個層次更基本粒子性質的體現，也許接下來還有很多層次要走，更有可能走到普朗克長度，我們發現的會是比「弦」更美妙的東西，那就根本用不著「十維空間」這個假設了。
相關焦點
-
弦論
較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由零維的點粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題，但是此理論所根據的粒子模型卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，弦理論的基礎是波動模型，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述弦狀物體，還包含了點狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。 -
弦論簡評
Dirac 的問題是： 為什麼兩個質子間的引力比電力弱 10-38 倍？ 在物理定律中出現如此微小的無量綱常數似乎是需要解釋的。 這一問題的現代版則是： 為什麼 W 與 Z 粒子 (這些規範粒子的質量與其它粒子的質量標度密切相關) 的質量比 Planck 質量小 10-17 倍？ 超對稱為這一問題提供了一種可能的答案， 因為它消除了影響 Higgs 質量的平方發散。 -
科學家找不到四維空間在哪,為什麼就敢斷言宇宙存在11個維度?
「M理論」認為我們的宇宙之外還存在其他維度，M理論結合了五種超弦理論和11個不同的維度，為什麼科學家找不到四維空間的入口，就可以確定宇宙總共存在11個維度呢？而四維空間是人類無法理解的，因為人類只能理解三個空間維度，比如，一隻螞蟻在搬運食物，我們用鑷子把螞蟻的食物拿走，對於螞蟻來說，這塊食物去了哪裡？因為螞蟻只能理解二維空間，對於它來說這塊食物就等於「憑空消失」了，人類想要理解四維空間，就和這個螞蟻去思考食物為什麼憑空消失一樣，是一件無法辦到的事情。 -
為何要說宇宙有11個維度?除了已知4個維度外,其他的維度在哪?
我們先來搞清楚這個11維的概念，它指的是，10維空間再加上時間這個單獨的維度。順便再科普一下，我們平常所聽到「時空」和「空間」是兩個不同的概念，比如說「4維時空」指的是3維空間再加上時間。那麼為什麼要說宇宙有11個維度呢？今天我們就來講一下。 -
弦論和諾貝爾物理學獎賭局
弦論就此誕生。之後很多人認為，弦論實際上是意外落入人間的理論，畢竟誕生之初，就連描述理論的基本數學工具還未被發明出來。 當然，弦論本身還遠為完滿，所以又出現了許多與之競爭的其它大一統理論，比較有名的如：圈量子理論。所有這些理論的問題在於，它們能夠對現有現象提供很好的解釋，但是卻無法給出可被實驗驗證的理論預言！ -
11個維度的視覺之旅與解釋,人類認知的極限
弦理論試圖解釋宇宙中所有的力和粒子，它告訴我們世界的真正組成部分不是原子或夸克，而是統一了物理學中最成功的兩個理論，即量子力學和相對論的振動弦。也就是說，我們是由原子組成的。原子內部有質子和中子，然後還有更基本的夸克，在夸克裡面有振動的能量絲，我們稱之為「弦」。根據弦的振動方式，它會產生一種特殊的粒子。 這個理論的含義是難以置信的。 -
宇宙可能有26個維度,更高維度是什麼樣的呢?科學家們腦洞大開
你可能在學校學到了空間的三個維度——長度、寬度和高度——加上時間作為可能的第四維度。但是根據超弦理論，今天解釋我們宇宙本質的主要理論之一，實際上有10個維度——9個空間，1個時間。那麼，這些其他維度是什麼，我們如何體驗它們呢？ -
第五個維度可以很好地解釋怪異的「量子現象」
我們知道宇宙有四個維度，但為什麼只有四個，而不是5個甚至更多呢？：0、11、26，但是除了4個維度外，所有維度都捲曲得太小了，我們無法探測到它們。卡魯扎必須解釋為什麼第五維度可以在無形的情況下存在。我不需要把我們的會面地點定在第五維的某個地方。卡魯扎對我們為什麼看不見第五維的解釋是一個叫做圓柱度的假設。想法很簡單：我們看不到第五維度，因為在第五維度中一切都是一樣的。它就像一個長方形的麵包。如果你想要的只是一片，在哪裡切都無所謂。總是一樣的。 -
弦論能用千萬億種方式,創造出我們的宇宙?
但我們只是生活在三維空間和一維時間中，其餘的六個維度無法探測到，被「緊緻化」（compactified）到極小的尺度上。不同的緊緻化方式會導致不同的解。弦論中的每個解代表了一種真空，受到耦合的愛因斯坦引力理論和量子場論控制。每個解都描述了一個獨特的宇宙，這個宇宙裡有獨特的基本粒子、基本力及其他屬性。 -
科學家找不到四維空間的入口，宇宙中的11個維度又是怎麼來的？
在宇宙之外是否存在其他的宇宙或者是更高的維度？科學家認為，我們的三維宇宙之外，還存在更多的維度，宇宙可能由11個維度共同組成。為什麼科學家找不到四維宇宙的入口，就敢斷定宇宙存在11個維度呢？為什麼不是更多或者更少的維度，或者乾脆不存在其他維度呢？ -
科學解釋10個維度以及維度帶來的可能性
目前我們地球上的維度是第三維度，是非常有限的一個維度，而我們正在進入第五維度，這是一個幾乎任何事情都是可能的維度。科學界已經發現了有十個維度。關於不同維度及其可能性的信息在很大程度上是相通的，並且物理學家也使用弦理論來解釋這十個維度——弦理論認為宇宙的存在是基于振動的，每種類型的振動與宇宙中的不同粒子相關。 -
科學解釋10個維度以及維度帶來的可能性
靈性社區經常會探討不同的維度。目前我們地球上的維度是第三維度，是非常有限的一個維度，而我們正在進入第五維度，這是一個幾乎任何事情都是可能的維度。科學界已經發現了有十個維度。關於不同維度及其可能性的信息在很大程度上是相通的，並且物理學家也使用弦理論來解釋這十個維度——弦理論認為宇宙的存在是基于振動的，每種類型的振動與宇宙中的不同粒子相關。 -
為什麼宇宙只有四個維度?
不過根據超弦理論，宇宙擁有的維度竟達26個之多！但是我們如今只能感受到其中四個維度（其中三個是空間維度，一個是100年前才發現的時間維度），這實在是很奇特的現象。圖解：無限的螺旋式時空旅行。再靠近一些即可發現第三個維度：深度。在我看來，要想弄懂第四個維度的確是有些難度的。不過第四維度不是本文的主題，在這裡就不贅言。總之我們已經明白，當我們愈發深入觀察物體時，新的且更高的維度就會出現。維度就像一隻洋蔥一樣一層一層地纏繞著。有一個明白易懂的假設：所有的維度在宇宙大爆炸發生的一瞬間聚集在一起。但由於某種原因，宇宙最終只展開放平了最初的四個維度。 -
弦論和多重宇宙算不算偽科學?
「一旦遇到難以應用到可觀測的宇宙的基礎理論，」他們寫到，一些科學家就會爭辯說，「如果一個理論足夠優雅並且解釋清晰，那它就不需要實驗檢驗」。會上討論的第一個問題就是可測性。看一個科學理論是否成立，科學家常常會去檢驗，是否存在一種能在原則上把它排除，或者說將其「證否」的實驗。這就是哲學家卡爾·波普爾（Karl Popper）在20世紀30年代提出的理論。 -
神秘的弦論能否被驗證
來源：環球科學圖片：University of Southern California弦論被視為解決量子物理和引力難題的重要候選理論。但是，弦論無法解釋宇宙發展理論中的暴脹現象，如果做不到這一點，弦論就一直會被質疑是否能夠真的成立。 -
據說宇宙有13個維度,那麼各個維度都代表著什麼?
因為怎麼宇宙的維度在不停變化，今天是四維時空，明天是11維度，後天就又變成了13維度。。。10個維度，M理論的11個維度，這個13維度是不是新學說？ M理論認為宇宙是11維的，為什麼我們要需要這麼高的維數呢？ -
弦論到底是科學還是哲學?
弦論是科學理論嗎？實驗能證明弦論的正確性嗎？ -
空間維度解釋:為什麼有人見過鬼,卻很少有人見到神仙
這裡僅僅從空間維度的角度去嘗試去分析下。本文不是宣傳迷信思想，也不認同鬼神學說，僅僅是一種個人猜測。通常情況下，人們會將三維空間分成三個軸，也就是長、寬、高三個維度。人類就是只能感覺到三維。四維空間是將標準準歐幾裡得空間拓展到n維後的結果，它實際上是在三維的基礎上增加了時間的維度，人類無法認識它，也無法進入到四維空間。 -
神秘的弦論能否被實驗驗證
圖片：University of Southern California弦論被視為解決量子物理和引力難題的重要候選理論。但是，弦論無法解釋宇宙發展理論中的暴脹現象，如果做不到這一點，弦論就一直會被質疑是否能夠真的成立。現在，有科學家提出了新的猜想，他們認為暴脹可以在弦論中存在一段很短的時間，並且能限制暴脹。 -
引力和量子力學的不兼容性:從粒子物理中出來的弦論能否將其統一
舉例來說，當利用量子力學來計算兩個帶電粒子之間的作用力時，我們需要把兩個粒子在所有可能位置的力的分量都加起來。有些情況下粒子間距非常非常小，於是它們之間的力就相當相當大。把所有可能的位置的力都疊加起來會產生一個無窮大的結果。電場力的這種不合理結果可以用一種數學手段解決，那就叫做重整化(renormalization)。