宇宙怎樣才能擁有多個維度？

　　新浪科技訊 北京時間2月27日消息，據國外媒體報道，許多科學家都希望能用弦理論來解釋宇宙萬物。弦理論認為，宇宙中的所有力、所有粒子、所有常量和所有物體都處于同一物理架構之下，我們所見的一切都是無數微小的、不斷振動的“弦”的産物。理論學家們自從上世紀60年代以來就一直在研究弦理論。他們很快意識到，弦理論要想成立，宇宙中一定不止有我們習慣的四個維度。這種說法聽上去瘋狂，但其實有一定依據可循。

　　維度災難

　　在弦理論中，由振動的弦構成的環表現為各式各樣的粒子(如電子、誇克、中微子等等)和自然力的載體(光子、膠子、引力子等等)。這是通過弦的振動實現的。這些弦極其細小，在我們看來就像一個個點，但每根弦都能以多種模式振動，就像用一根吉他弦可以彈出多種音符一樣。

　　科學家認為，每一種振動模式都與一類特定粒子相關。因此所有以某一種模式振動的弦都可能表現為電子，所有以另一種模式振動的弦都像光子……以此類推。用弦理論的視角來看，我們所見的粒子碰撞其實是一大堆弦相互融合、又重新分裂的過程。

　　但這套理論要想成立，宇宙中隻有四個維度是不夠的，因為一般的時空無法為弦提供足夠的振動“空間”，導緻它們無法表達成為世界上所有的粒子。換句話說，這些弦不僅會扭動，而且還是“超維度”地扭動。

　　當前的弦理論總共需要10個維度，此外還有一套更大膽的弦理論(名叫M理論)，共需要11個維度。但放眼宇宙，我們隻能看到三個空間維度和一個時間維度。如果宇宙中不止有四個維度，我們一定早就注意到了。

　　問題來了，一方面是弦理論要求宇宙中存在多個維度，一方面是我們在宇宙之中隻能體驗到四個維度，這兩大矛盾如何才能做到和諧統一呢?

　　蜷曲與壓縮

　　弦理論的概念看似極端，但好在曆史上有前身可以追溯。

　　1919年，在愛因斯坦剛剛發表廣義相對論之後不久，數學家與物理學家西奧多·卡魯紮(Theodor Kaluza)純粹出于興趣，研究了一下廣義相對論的方程式。而他向方程中加入了第五個維度後，發生了一件有趣的事情——事實上，什麼都沒有發生，相對論方程并不會受到維度多少的影響。

　　但卡魯紮對第五個維度做了一些改動，讓它圍繞自身蜷曲起來、變成“圓柱狀”。加上這條新要求後，卡魯紮又有了新發現：除了在四個普通維度下的廣義相對論方程外，他還導出了電磁力的表達方程。這樣看來，似乎增加宇宙中的維度數量便有可能實現物理學的大一統。

　　事後來看，這種想法略有些言過其實。但在幾十年後，一位名叫奧斯卡·克萊因(Oskar Klein)的物理學家試圖從量子力學的角度解讀卡魯紮的理論。他發現，若真的存在第五種緯度，且該維度在某種程度上與電磁力有關，那麼這個維度必須卷曲起來才行(和卡魯紮的最初想法一緻)，但尺度要小得多，僅為10-35米。

　　弦理論的衆多流形

　　如果這個(或這些)額外維度真的這麼小，就無法被我們注意到了，就連高能量實驗也無法直接探測到它們的存在。而如果這些維度呈卷曲狀，那麼每當我們在四維空間中移動一下，就相當于圍繞這些額外維度轉動了成百上千億圈。

　　而弦理論的“弦”正是存在于這些維度之中。

　　借助進一步的數學手段，科學家發現，弦理論所需的另外六種空間維度必須蜷曲成一類特定形狀，即所謂的“卡拉比-丘流形”(Calabi-Yau manifolds)。但弦理論所允許存在的流形遠遠不止一種，而是約多達10200000種。如此看來，如果讓六個維度随心所欲地卷曲起來，它們便會“無所不用其極”。

　　這些額外維度有許多種蜷曲方式，而每種配置都會影響維度内部的弦的振動方式。既然弦振動的方式決定了它們在宏觀世界中的表現，那麼每一種流形都會産生一個的宇宙，每個宇宙都擁有自己的一套物理法則。

　　因此，隻有一種流形創造了我們所在的這個世界。但究竟是哪一種呢?

　　不幸的是，弦理論暫時無法告訴我們答案。麻煩之處在于，弦理論的問題還沒有完全解決。我們隻有五花八門的近似解法，希望能借此揭開事情的真相。但就目前而言，我們還不清楚自己的結論有多正确。從特定的流形、到特定的弦振動方式、再到宇宙的物理法則，對于這一長串問題，我們都缺少能予以解決的數學技術。

　　對此，弦理論學家提出了“地形”(Landscape)的概念，即由從各種流形推測出的宇宙構成的一個多重宇宙。在這張“地形圖”上，我們的宇宙隻是衆多小點中的一個而已。

　　而弦理論如今的狀态也是如此，茫茫然不可知。