根据超弦理论，宇宙是几维的？

1. 根据超弦理论，宇宙是几维的？

说宇宙本质是11维空间的说法来自于90年代重新兴起的弦理论.又称超弦理论.
弦理论出现在1968年.但却是由一个极为偶然的线索开始的:它本来根本和引力.宇宙毫无关系.那一年.CERN的意大利物理学家维尼基亚诺(Gabriel Veneziano)随手翻阅一本数学书.在上面找到了一个叫做[欧拉β函数"的东西.维尼基亚诺顺手把它运用到所谓[雷吉轨迹"(Regge trajectory)的问题上面.作了一些计算.结果惊讶地发现.这个欧拉早于1771年就出于纯数学原因而研究过的函数.它竟然能够很好地描述核子中许多强相对作用力的效应! 
维尼基亚诺没有预见到后来发生的变故.他也并不知道他打开的是怎样一扇大门.事实上.他很有可能无意中做了一件使我们超越了时代的事情.威顿(Edward Witten)后来常常说.超弦本来是属于21世纪的科学.我们得以在20世纪就发明并研究它.其实是历史上非常幸运的偶然. 
维尼基亚诺模型不久后被3个人几乎同时注意到.他们是芝加哥大学的南部阳一郎.耶希华大学(Yeshiva Univ)的萨斯金(Leonard Susskind)和玻尔研究所的尼尔森(Holger Nielsen).三人分别证明了.这个模型在描述粒子的时候.它等效于描述一根一维的[弦"!这可是非常稀奇的结果.在量子场论中.任何基本粒子向来被看成一个没有长度也没有宽度的小点.怎么会变成了一根弦呢? 
虽然这个结果出人意料.但加州理工的施瓦茨(John Schwarz)仍然与当时正在那里访问的法国物理学家谢尔克(Joel Scherk)合作.研究了这个理论的一些性质.他们把这种弦当作束缚夸克的纽带.也就是说.夸克是绑在弦的两端的.这使得它们永远也不能单独从核中被分割出来.这听上去不错.但是他们计算到最后发现了一些古怪的东西.比如说.理论要求一个自旋为2的零质量粒子.但这个粒子却在核子家谱中找不到位置(你可以想象一下.如果某位化学家找到了一种无法安插进周期表里的元素.他将会如何抓狂?).还有.理论还预言了一种比光速还要快的粒子.也即所谓的[快子"(tachyon).大家可能会首先想到这违反相对论.但严格地说.在相对论中快子可以存在.只要它的速度永远不降到光速以下!真正的麻烦在于.如果这种快子被引入量子场论.那么真空就不再是场的最低能量态了.也就是说.连真空也会变得不稳定.它必将衰变成别的东西!这显然是胡说八道. 
更令人无法理解的是.如果弦论想要自圆其说.它就必须要求我们的时空是26维的!平常的时空我们都容易理解:它有3维空间.外加1维时间.那多出来的22维又是干什么的?这种引入多维空间的理论以前也曾经出现过.玻尔在哥本哈根的助手克莱恩(Oskar Klein).也许会想起他曾经把[第五维"的思想引入薛定谔方程.克莱恩从量子的角度出发.而在他之前.爱因斯坦的忠实追随者.德国数学家卡鲁扎(Theodor Kaluza)从相对论的角度也作出了同样的尝试.后来人们把这种理论统称为卡鲁扎-克莱恩理论(Kaluza-Klein Theory.或KK理论).但这些理论最终都胎死腹中.的确很难想象.如何才能让大众相信.我们其实生活在一个超过4维的空间中呢? 
最后.量子色动力学(QCD)的兴起使得弦论失去了最后一点吸引力.正如我们在前面所述.QCD成功地攻占了强相互作用力.并占山为王.得到了大多数物理学家的认同.在这样的内外交困中.最初的弦论很快就众叛亲离.被冷落到了角落中去. 
在弦论最惨淡的日子里.只有施瓦茨和谢尔克两个人坚持不懈地沿着这条道路前进.1971年.施瓦茨和雷蒙(Pierre Ramond)等人合作.把原来需要26维的弦论简化为只需要10维.这里面初步引入了所谓[超对称"的思想.每个玻色子都对应于一个相应的费米子(玻色子是自旋为整数的粒子.如光子.而费米子的自旋则为半整数.如电子.粗略地说.费米子是构成[物质"的粒子.而玻色子则是承载[作用力"的粒子).与超对称的联盟使得弦论获得了前所未有的力量.使它可以同时处理费米子.更重要的是.这使得理论中的一些难题(如快子)消失了.它在引力方面的光明前景也逐渐显现出来.可惜的是.在弦论刚看到一线曙光的时候.谢尔克出师未捷身先死.他患有严重的糖尿病.于1980年不幸去世.施瓦茨不得不转向伦敦玛丽皇后学院的迈克尔·格林(Michael Green).两人最终完成了超对称和弦论的结合.他们惊讶地发现.这个理论一下子犹如脱胎换骨.完成了一次强大的升级.现在.老的[弦论"已经死去了.新生的是威力无比的[超弦"理论.这个[超"的新头衔.是[超对称"册封给它的无上荣耀. 
当把他们的模型用于引力的时候.施瓦茨和格林狂喜得能听见自己的心跳声.老的弦论所预言的那个自旋2质量0的粒子虽然在强子中找不到位置.但它却符合相对论!事实上.它就是传说中的[引力子"!在与超对称同盟后.新生的超弦活生生地吞并了另一支很有前途的军队.即所谓的[超引力理论".现在.谢天谢地.在计算引力的时候.无穷大不再出现了!计算结果有限而且有意义!引力的国防军整天警惕地防卫粒子的进攻.但当我们不再把粒子当作一个点.而是看成一条弦的时候.我们就得以瞒天过海.暗渡陈仓.绕过那条苦心布置的无穷大防线.从而第一次深入到引力王国的纵深地带.超弦的本意是处理强作用力.但现在它的注意力完全转向了引力:天哪.要是能征服引力.别的还在话下吗? 
关于引力的计算完成于1982年前后.到了1984年.施瓦茨和格林打了一场关键的胜仗.使得超弦惊动整个物理界:他们解决了所谓的[反常"问题.本来在超弦中有无穷多种的对称性可供选择.但施瓦茨和格林经过仔细检查后发现.只有在极其有限的对称形态中.理论才得以消除这些反常而得以自洽.这样就使得我们能够认真地考察那几种特定的超弦理论.而不必同时对付无穷多的可能性.更妙的是.筛选下来的那些群正好可以包容现有的规范场理论.还有粒子的标准模型!伟大的胜利! 
[第一次超弦革命"由此爆发了.前不久还对超弦不屑一顾.极其冷落的物理界忽然像着了魔似的.倾注出罕见的热情和关注.成百上千的人们争先恐后.前仆后继地投身于这一领域.以致于后来格劳斯(David Gross)说:[在我的经历中.还从未见过对一个理论有过如此的狂热."短短3年内.超弦完成了一次极为漂亮的帝国反击战.将当年遭受的压抑之愤一吐为快.在这期间.像爱德华·威顿.还有以格劳斯为首的[普林斯顿超弦四重奏"小组都作出了极其重要的贡献.不过我们没法详细描述了.网上关于超弦的资料繁多.如果有兴趣的读者可以参考这个详细的资料索引: 
arxiv.org/abs/hep-th/0311044 
第一次革命过后.我们得到了这样一个图像:任何粒子其实都不是传统意义上的点.而是开放或者闭合(头尾相接而成环)的弦.当它们以不同的方式振动时.就分别对应于自然界中的不同粒子(电子.光子--包括引力子!).我们仍然生活在一个10维的空间里.但是有6个维度是紧紧蜷缩起来的.所以我们平时觉察不到它.想象一根水管.如果你从很远的地方看它.它细得就像一条线.只有1维的结构.但当真把它放大来看.你会发现它是有横截面的!这第2个维度被卷曲了起来.以致于粗看之下分辨不出.在超弦的图像里.我们的世界也是如此.有6个维度出于某种原因收缩得非常紧.以致粗看上去宇宙仅仅是4维的(3维空间加1维时间).但如果把时空放大到所谓[普朗克空间"的尺度上(大约10＾-33厘米).这时候我们会发现.原本当作是时空中一个[点"的东西.其实竟然是一个6维的[小球"!这6个卷曲的维度不停地扰动.从而造成了全部的量子不确定性! 
这次革命使得超弦声名大振.隐然成为众望所归的万能理论候选人.当然.也有少数物理学家仍然对此抱有怀疑态度.比如格拉肖.费因曼.霍金对此也不怎么热情.大家或许还记得我们在前面描述过.在阿斯派克特实验后.BBC的布朗和纽卡斯尔大学的戴维斯对几位量子论的专家做了专门访谈.现在.当超弦热在物理界方兴未艾之际.这两位仁兄也没有闲着.他们再次出马.邀请了9位在弦论和量子场论方面最杰出的专家到BBC做了访谈节目.这些记录后来同样被集合在一起.于1988年以为名.由剑桥出版社出版.阅读这些记录可以发现.专家们虽然吵得不像量子论那样厉害.但其中的分歧仍是明显的.费因曼甚至以一种饱经沧桑的态度说.他年轻时注意到许多老人迂腐地抵制新思想(比如爱因斯坦抵制量子论).但当他自己也成为一个老人时.他竟然也身不由己地做起同样的事情.因为一些新思想确实古怪--比如弦论就是! 
人们自然而然地问.为什么有6个维度是蜷缩起来的?这6个维度有何不同之处?为什么不是5个或者8个维度蜷缩?这种蜷缩的拓扑性质是怎样的?有没有办法证明它?因为弦的尺度是如此之小(普朗克空间).所以人们缺乏必要的技术手段用实验去直接认识它.而且弦论的计算是如此繁难.不用说解方程.就连方程本身我们都无法确定.而只有采用近似法!更糟糕的是.当第一次革命过去后.人们虽然大浪淘沙.筛除掉了大量的可能的对称.却仍有5种超弦理论被保留了下来.每一种理论都采用10维时空.也都能自圆其说.这5种理论究竟哪一种才是正确的?人们一鼓作气冲到这里.却发现自己被困住了.弦论的热潮很快消退.许多人又回到自己的本职领域中去.第一次革命尘埃落定. 
一直要到90年代中期.超弦才再次从沉睡中苏醒过来.完成一次绝地反攻.这次唤醒它的是爱德华·威顿.在1995年南加州大学召开的超弦年会上.威顿让所有的人都吃惊不小.他证明了.不同耦合常数的弦论在本质上其实是相同的!我们只能用微扰法处理弱耦合的理论.也就是说.耦合常数很小.在这样的情况下5种弦论看起来相当不同.但是.假如我们逐渐放大耦合常数.它们应当是一个大理论的5个不同的变种!特别是.当耦合常数被放大时.出现了一个新的维度--第11维!这就像一张纸只有2维.但你把许多纸叠在一起.就出现了一个新的维度--高度! 
换句话说.存在着一个更为基本的理论.现有的5种超弦理论都是它在不同情况的极限.它们是互相包容的!这就像那个著名的寓言--盲人摸象.有人摸到鼻子.有人摸到耳朵.有人摸到尾巴.虽然这些人的感觉非常不同.但他们摸到的却是同一头象--只不过每个人都摸到了一部分而已!格林(Brian Greene)在1999年的中举了一个相当搞笑的例子.我们把它发挥一下:想象一个热带雨林中的土著喜欢水.却从未见过冰.与此相反.一个爱斯基摩人喜欢冰.但因为他生活的地方太寒冷.从未见过液态的水的样子(无疑现实中的爱斯基摩人见过水.但我们可以进一步想象他生活在土星的光环上.那就不错了).两人某天在沙漠中见面.为各自的爱好吵得不可开交.但奇妙的事情发生了:在沙漠炎热的白天.爱斯基摩人的冰融化成了水!而在寒冷的夜晚.水又重新冻结成了冰!两人终于意识到.原来他们喜欢的其实是同一样东西.只不过在不同的条件下形态不同罢了. 
这样一来.5种超弦就都被包容在一个统一的图像中.物理学家们终于可以松一口气.这个统一的理论被称为[M理论".就像没人知道为啥007电影中的那个博士发明家叫做[Q"(扮演他的老演员于1999年车祸去世了.在此纪念一下).也没人知道这个[M"确切代表什么意思.或许发明者的本意是指[母亲"(Mother).说明它是5种超弦的母理论.但也有人认为是[神秘"(Mystery).或者[矩阵"(Matrix).或者[膜"(Membrane).有些中国人喜欢称其为[摸论".意指[盲人摸象"! 
在M理论中.时空变成了11维.由此可以衍生出所有5种10维的超弦论来.事实上.由于多了一维.我们另有一个超引力的变种.因此一共是6个衍生品!这时候我们再考察时空的基本结构.会发现它并非只能是1维的弦.而同样可能是0维的点.2维的膜.或者3维的泡泡.或者4维的--我想不出4维的名头.实际上.这个基本结构可能是任意维数的--从0维一直到9维都有可能!M理论的古怪.比起超弦还要有过之而无不及. 
不管超弦还是M理论.它们都刚刚起步.还有更长的路要走.虽然异常复杂.但是超弦/M理论仍然取得了一定的成功.甚至它得以解释黑洞熵的问题--1996年.施特罗明格(Strominger)和瓦法(Vafa)的论文为此开辟了道路.在那之前不久的一次讲演中.霍金还挖苦说:[弦理论迄今为止的表现相当悲惨:它甚至不能描述太阳结构.更不用说黑洞了."不过他最终还是改变了看法而加入弦论的潮流中来.M理论是[第二次超弦革命"的一部分.如今这次革命的硝烟也已经散尽.超弦又进入一个蛰伏期.PBS后来在格林的书的基础上做了有关超弦的电视节目.在公众中引起了相当的热潮.或许不久就会有第三次第四次超弦革命.从而最终完成物理学的统一.我们谁也无法预见. 
值得注意的是.自弦论以来.我们开始注意到.似乎量子论的结构才是更为基本的.以往人们喜欢先用经典手段确定理论的大框架.然后在细节上做量子论的修正.这可以称为[自大而小"的方法.但在弦论里.必须首先引进量子论.然后才导出大尺度上的时空结构!人们开始认识到.也许[自小而大"才是根本的解释宇宙的方法.如今大多数弦论家都认为.量子论在其中扮演了关键的角色.量子结构不用被改正.而广义相对论的路子却很可能是错误的.虽然它的几何结构极为美妙.但只能委屈它退到推论的地位--而不是基本的基础假设!许多人相信.只有更进一步地依赖量子的力量.超弦才会有一个比较光明的未来.我们的量子虽然是那样的古怪.但神赋予它无与伦比的力量.将整个宇宙都控制在它的光辉之下.

2. 谁有关于超弦理论的科普内容？

超弦理论简介 

物理学家一直认为自然界有对称,例如亏子与轻子也是三族,又或正反粒子,CPT守衡等等.但物理界并不如我们所想般对称,如CP不守衡,而最大之不对称(asymmetry)是费米子及玻色子之自旋性,费米子要自旋两个圈才可见回原本景象,而玻色子只需自旋一个圈. 
物理学家建立了N=8的超对称理论(Supersymmetry / SUSY)统一费米子与玻色子,那是认为这个宇宙除了四维之外,还有四维,这个八维宇宙叫超空间(superspace),然而这额外的四维不可被理解为时间抑或空间,八维宇宙是由费米子居住,物质可透过自旋由四维空间转入费米子居住之八维,又可由八维转回四维,即玻色子可换成费米子,费米子可转换成玻色子,它们没有分别,我们之所以看到它们自旋不同只不过是我们局限于四维而看不到八维的一个假象. 
我打个譬喻,你在地球上只会感同到三维(上下前后左右),我们虽然知道时间之存在,然而我们眼睛看不到,眼睛只帮我们分析三维系统,然而有可能这个世界是八维,而因为眼睛只可分辨三维而你无法得知. 
科学家称这些一对之粒子为超对称伙伴(supersymmetric partner),如重力微子(gravitino),光微子(photino),胶微子(gluino),而费米子之伙伴叫超粒子(sparticle),只不过是在费米子前面加一个s,如超电子(selectron).可是我们知道费米子无论怎样转也转不出玻色子,亦没有发现费米子或玻色子转出来的超对称伙伴,例如电子就不是由任何已知玻色子转出来,假如每一玻色子或费米子都有其超对称伙伴,世界上之粒子数将会是现在的两倍. 
有认为超对称伙伴质量比原本粒子高很多倍,只存在于高能量状态,我们处于安静宇宙是不能够被看见,只有在极稀有的情形下,超对称伙伴会衰变成普通的费米子及玻色子,当然我们尚未探测到超对称伙伴,否则就哄动啰! 
然而在超对称理论背后,弦理论(strange theory)正慢慢崛起,它也是为了统一费米子玻色子.弦理论认为这个世界无论玻色子抑或费米子都是由一样东西－弦(string)所组成,弦就像一条绳子,不过事实上它们真的太小向前地,故它们形成粒状的粒子 
The string tension in string theory is denoted by the quantity 1/(2 p a'), where a' is pronounced "alpha prime"and is equal to the square of the string length scale. 
String theories are classified according to whether or not the strings are required to be closed loops, and whether or not the particle spectrum includes fermions. In 

起初物理学家认为闭弦理论必须是十维,因为只有十维的闭弦理论方可被重正则化(Renormalization),重正则化是物理学家为解决量子电动力学中出现'无限'所用的一个巧妙手法,其中多个无限项问题都与自我作用(self-interation)有关,我举一个电子与电磁场之无限项例子: 
电磁力之影响范围遵从平方反比定律,即1除距离之平方,电子与自己的距离是0,故影响自己之范围是1除0,等于无限,由于E=mc2,故电子质量岂非无限大!那和观察结果不乎.重正则化利用无限减无限得有限之方法计出电子质量(因为有限加无限也是无限). 
荷兰物理学家Hendrik Kramers认为电子之质量是由两个质量-bare mass及infinite mass组成,利用麦斯威尔方程(Maxwell Equation)计出另一个电子质量,又是无限,用第二个质量减第一个质量,剩下的就是bare mass,即电子正常质量. 
当然那不是样样东西都可以重正则化,你要好巧妙地把式定成:(无限)-(无限+少少)=(少少),否则答案会是零,或答案尚是无限,最成功的例子是利用重正则化解释兰伯移动(Lamb Shift),兰伯移动解释在一条轨道上之两粒不同态之粒子(旋上旋下)能量有少许分别,所以旋上电子变成旋下电子会放出21.11cm微波辐射. 
事实上现今物理学上一个理论是否可行完全要看它是否可以被重正则化.

3. 什么是超弦宇宙？

　　爱因斯坦在生命的最后30年里一直在寻找统一场论——一个能在单独的包罗万象的协和的数学框架下描写自然界所有力的理论。爱因斯坦这样做的动机不是我们常想的那些与科学研究紧密相关的东西，例如，为了解释这样或那样的已知现象或实验数据。实际上，驱使他的是一种关于自然界基本规律内在美的信念：对宇宙的最深刻认识将揭示它的最真实秘密，那就是，它所依赖的原理是简单而有力的。爱因斯坦渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此而展示的自然界的动人美丽和优雅，将让每一个第一次知道的人产  
    生有生以来最强烈的敬畏、惊讶和震撼。 
    弦理论或者超弦理论是那些象量子和夸克等等已经溶入大众词典的诸多新科学专用词汇之一，但它们却很少能被人解释清楚。即使会议的参加者也会告诉你，超弦理论，象许多新兴科学和研究领域一样，涉及了许多高前沿的数学领域，并不是很容易能把握的。超弦理论到底是什么呢？简单说来，我们可以这样来定义超弦理论：(1)超弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论；(2)超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态；(3)超弦理论第一次将二十世纪的两大基础理论-广义相对论和量子力学-结合到一个数学上自冾的框架里；(4)超弦理论有可能解决一些长期困绕物理学家的世纪难题如黑洞的本质和宇宙的起源。(5)超弦理论的实验证实将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。 

　　首先，我们发现，弦理论描述自然界的活动还真有几分科学幻想的成份。举例来说、弦理论描述的世界并不是我们肉眼所看到的三维空间和一维时间。合理的解释是那些额外的空间维数没有被观测到是因为它们很小很小。要理解弦理论的高维属性并不困难。(参见《宇宙的琴弦》P. 180-181) 

　　在弦理论中就有许多这样极小的额外空间维数，因此，微观世界并不象我们普遍感觉到的世界那么简单。在宏观尺度上，弦理论也可能用来解释宇宙大爆炸的开始和黑洞内部的行为，而这些问题是以前的物理理论包括爱因斯坦的广义相对论都失效的地方。现在发展的弦理论是有关时间和空间的量子理论，因此理论看起来也就显得非常非常的奇怪。  

　　弦理论的一个基本观点就是自然界的基本单元不是象电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子，这些看起来象粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)，闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子。因此弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性。在弦理论中，人们自然地可以得到规范对称性、超对称性和引力，而这些原理在原有的标准模型中或者是强加进去的或者是与量子理论相冲突的，在弦理论中它们都协和地统一起来了，并且是彼此需要、独一无二的。

4. 超弦理论认为宇宙一共有几个维度？

超弦理论认为宇宙共存在11个维度。
人类存在在三维空间，科学家坚信，宇宙共存在11个维度，这种说法正确吗？关于宇宙共存在11个维度的答案要在打开四维空间后才能知道。
11维度空间起源于上世纪90年代提出的M理论，M理论就是多种超弦理论综合的理论，M理论指出，宇宙是11维度，由震动的平面构成。在高维理论中，高维时空和空间是两个独立的存在。打个比说，三维空间中只有时间维度，但是时间维度是个伪维度，单位与其他三个维度是不一样的。在四维空间中，四维和三维的维度空间拥有一样的性质，就是“时间是个伪维度”的说法。所以，时间和时空两个是完全不一样的。
肉眼可见的空间是低维空间，是零维到三维的空间。许多人坚信，人类是三维空间生物。霍金认为，人要研究时空的话，最好相信四维空间是存在宇宙中的。在零维到三维的空间中，每个空间彼此紧密联系。零维是个点，一维是条线，线由无数个点组成，由此猜测，人们可以从高维空间看到低维物体。零维到三维空间指的是位置，存在空间中，四维是速率，存在于时间，将三维空间作立体，四维空间就是贯穿立体的时间轴。
即使将四维空间引入人们生限制了锁死了思维。很难接受四维空间的想法。那么，第十一维又是考据的？科学家认为，第十一维空间隐藏在大脑里，人脑是世界上最为复杂的结构，其内部蕴藏的奥妙至今无法破解，大脑在思考是脱离于维度空间的限制的。所以，大脑结构是人类寻找十一维度空间的关键因素。当人类破解大脑的奥秘时，也就发现了十一维度空间的存在。

5. 超弦理论认为宇宙一共有十一个维度，真的可信吗？

超弦理论认为宇宙一共有十一个维度这种说法还是具有较高可信度的。
越来越多的科学研究显示出来，不是只有人类生存在广阔的多个维度的空间当中，超弦理论是广义相对论与量子力学发展到一定阶段下的产物，超弦理论认为宇宙一共有十一个维度空间的存在，事实真的是如此吗？很可能是的，因为超弦理论涵盖了广义相对论与量子力学两者共同覆盖的范围，在原先每种理论只能用于单独下的领域范围内，如今超弦理论这种理论的出现，打破了原先的理论限制，是两者之间存在的共同点共同适用不同的范围成为可能。我们生活的空间是四维空间，而超弦理论结合了广义相对论与量子力学两种理论的情况下，认为宇宙之中很可能存在多个维度的空间，这一说法被科学家广泛的承认。科学家发现，和广义相对论相反的狭义相对论对量子力学的发展有着某种促进作用，狭义相对论与量子力学都是针对微观世界下的物理问题。把狭义相对论与量子力学统一起来，科学家首先在电磁力与物质的作用上下了不少功夫，量子力学就是统一狭义相对论与量子力学的产物。科学家花费不少的时间努力使二者达到平衡，但是每次的结果都不令人满意。终于，一种全新的理论——超弦理论诞生了。超弦理论的核心是微观和宏观世界的“中间人”，使广义相对论和量子力学统一的理论。根据超弦理论可以知道，宇宙的基本组成部分不再只有粒子，而是像根线一样。虽然是“弦”，但是独特的构成方式令它是比原子更小的组成物质的结构用这种方式来进行定义，超弦理论是物理学上非常重要的理论发现。

6. 超弦理论与超膜理论-宇宙到底有多少维度呢？

我们物理世界的一个特点如此显而易见，以至于大多数人从未怀疑过空间是三维的这一事实。
——海兹·帕各斯

我们所身处的这个世界究竟有多少个维度？这取决于你问的是谁。
【工程师、数学家和物理学家】
如果你问一位工程师，他会拿出一个分度器和直尺进行测量，并很快就会得出世界是三维的：长、宽、高。的确，这三维已经足以描述我们的可见宇宙中的所有物体。

△ 一维到三维。（图片来源：PBSinfinite）
如果你问一位数学家，她则拿出他的笔记本，开始在纸上画出一系列常规、对称的几何图形。从四条边的正方形，到六个正方形面的正方体，再到八个立方体胞的超立方体。他发现自己可以一直这么玩下去，于是他给出的答案是：“无限”。

△ 从二维的角度看，一个三维的球穿过一个平面时，会看到一个变大再变小的圆盘。（图片来源：PBSinfinite）
最后，同样的问题你问了一位物理学家。她仰望星空，并仔细的记录恒星的行为。她认为恒星之间会受到引力的作用相互吸引，引力的大小会随着它们之间的距离的平方而递减。她认为这是三维空间的一个迹象。但是，当她推导从恒星发出的光在空间中是如何传播的方程时，她发现用四维来表达最合适。接着， 经过深思熟虑，她试图把引力和光用一个理论框架来描述，但这需要至少十个维度。她总结到：“三维，四维，或许更多。”

△ 如果将一个四维的球体穿过三维世界，我们会看到一个三维球体，从小变大再变小。（图片来源：PBSinfinite）
接下来，我们想要探讨的是物理学家是如何得出这个结论的。
【三维世界】

三维语言看起来比（四维）更加适合用来描述我们的世界。
——亨利·庞加莱

1917年，奥地利物理学家保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）就写过一篇富有启发性的论文【1】。在文章中他枚举了许多证据证明三维是描述我们这个世界最完美的维度。
例如，他注意到太阳系中行星稳定的轨道和原子中的电子静止状态需要力的平方反比定律。如果引力随着离太阳距离的立方递减，而不是平方，那么行星就不会遵循稳定、椭圆的轨道。

△ S代表引力源，r 代表离源的距离。（图片来源：Wikipedia）
我们现在来思考一下平方反比定律是什么意思。想象有一个气泡，正好能够包围一个行星的轨道。气泡的表面面积（A）正比于径向距离（r）的平方，即 A = 4πr² 。面积会随着 r² 膨胀，但是太阳引力场的强度则会随着气泡的表面面积的增大而相应的减弱。因为一个气泡，包括它的内部，是三维的，空间自身也必须是三维的。简单来说，引力随着距离的平方逐渐减弱（通过气泡表面面积的引力总量是不变的）的这个事实就暗示着空间的三维性。
【空间与时间的联姻】

每一个生活在数学之乡格廷根的男孩，都比爱因斯坦更懂得四维几何。但是，尽管如此，是爱因斯坦完成了这项工作，而非数学家。
——大卫·希尔伯特

然而，宇宙并不只有空间。1907年，爱因斯坦曾经的老师，数学家闵可夫斯基用超越传统三维的新颖形式，重写了狭义相对论。他发现与其将空间和时间看做是独立的，我们可以把时间当做第四维，并统一成“时空”，这样就可以更简洁地表达狭义相对论。之后，爱因斯坦在广义相对论中，就利用动态的四维模型来描述引力。

7. 详细介绍一下超弦理论

弦理论，即弦论，是理论物理学上的一门学说。弦论的一个基本观点就是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈（称为闭合弦或闭弦），闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。尽管弦论中的弦尺度非常小，但操控它们性质的基本原理预言，存在着几种尺度较大的薄膜状物体，后者被简称为"膜".直观的说，我们所处的宇宙空间也许就是九维空间中的三维膜。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。
    另外，“弦理论”这一用词所指的原本包含了26度空间的玻色弦理论，和加入了超对称性的超弦理论。在近日的物理界，“弦理论” 一般是专指“超弦理论”，而为了方便区分，较早的“玻色弦理论”则以全名称呼。1990年代，爱德华·维顿提出了一个具有11 度空间的M理论，他和其他学者找到强力的证据，证明了当时许多不同版本的超弦理论其实是M理论的不同极限设定条件下的结果。这些发现带动了第二次超弦理论革新。（抄于百度）

8. “超弦理论”讲了个啥

超弦理论形成宇宙及基本粒子模型图文解:






图中＋－号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特（qubit）
（名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特）
注：位元即比特