弦理論是一種據(jù)稱的一切理論,物理學(xué)家希望有一天能解釋……一切。
所有的力,所有的粒子,所有的常數(shù),所有的事物都在一個(gè)單一的理論頂棚下,我們所看到的一切都是細(xì)小的振動(dòng)弦的結(jié)果。自1960年代以來(lái),理論家就一直在研究這個(gè)想法,他們認(rèn)識(shí)到的第一件事就是,要使這一理論起作用,就必須有比我們過(guò)去所慣用的四個(gè)維度更多的維度。
在弦理論中,振動(dòng)性弦的小環(huán)(理論上是現(xiàn)實(shí)的基本對(duì)象)表現(xiàn)為不同的粒子(電子,夸克,中微子等)和自然的力載體(光子,膠子,引子等)。他們這樣做的方法是通過(guò)振動(dòng)。每根琴弦是如此之細(xì),以至于我們看上去只不過(guò)是一個(gè)點(diǎn)狀粒子,但是每根琴弦都可以以不同的模式振動(dòng),就像從吉他琴弦中獲得不同音符一樣。
人們認(rèn)為每種振動(dòng)模式都與一種不同的粒子有關(guān)。因此,所有以一種方式振動(dòng)的弦看起來(lái)像電子,所有以另一方式振動(dòng)的弦看起來(lái)像光子,依此類推。在弦理論的觀點(diǎn)中,我們看到的粒子碰撞是一堆弦合并在一起并分裂開(kāi)來(lái)。
但是要使數(shù)學(xué)起作用,我們的宇宙中必須有四個(gè)以上的維度。這是因?yàn)槲覀兺ǔ5臅r(shí)空無(wú)法為弦樂(lè)提供足夠的“空間”,使其無(wú)法以所有方式振動(dòng),以充分表達(dá)自己是世界上所有種類的粒子。他們太受約束了。
換句話說(shuō),這些字符串不僅會(huì)擺動(dòng),而且還會(huì)超維地?cái)[動(dòng)。
當(dāng)前版本的弦論總共需要10個(gè)維度,而一個(gè)更進(jìn)一步的假設(shè)性的弦理論(稱為M-理論)則需要11個(gè)維度。但是當(dāng)我們環(huán)視宇宙時(shí),我們只會(huì)看到通常的三個(gè)空間維度以及時(shí)間維度。我們非常確定,如果宇宙具有四個(gè)以上的維度,那么我們現(xiàn)在會(huì)注意到。