科學家們為什麼要提出多維空間理論？

宇宙中的一切現象都可以被歸結為四種力：引力、電磁力、弱核力還有強核力。

科學家們都相信一定可以把四種基本力結合起來。

多維空間理論就具有這個特點。

假如花園的水池裡有許多金魚，有一天，下了暴雨，池子里的睡蓮被衝刷得左右搖擺。對於魚來說，睡蓮似乎是自己在運動，因為魚看不見水，就像人類看不見我們賴以生存的空氣和空間一樣，所以這些魚一定會很困惑，為什麼睡蓮會運動？是不是因為有一種神秘複雜的力量在操控它們？但如果這些魚離開了池塘，進入了一個更高層次空間的話就會發現，睡蓮會動只是因為水池之外的世界下了一場雨而已，是一件很簡單的事情。只不過，魚根本就不知道還有水池之外的世界罷了，這就是金魚所處的時空維度不夠高的結果。

在愛因斯坦之前，人們一直相信絕對時空觀，意思就是說，三維的空間和一維的時間是相互獨立的，沒有關係，互不干擾，愛因斯坦提出了狹義相對論，把三維空間和一維時間結合到了一起，創造出了四維時空的概念。狹義相對論的本質，就是用四維時空來描述高速情況下的物理現象。

四維時空的提出，簡化了許多複雜的物理學原理。比如說，描述電磁現象的麥克斯韋方程組，以前要寫成 4 行，包含整整 8 個方程，時間和空間在這 8 個方程中要被分開處理，非常複雜，但在引入了時間作為第四維後，這 8 個方程就可以被統一為一個簡潔漂亮的方程，也就是麥克斯韋方程組的相對論形式，這被當做是物理公式優美的典範。

利用四維時空的概念，愛因斯坦重新解釋了引力，提出了廣義相對論。在廣義相對論中，引力的本質其實就是四維空間的彎曲。愛因斯坦的引力理論再次震驚了世界，同時也回答了許多牛頓引力理論所無法回答的問題。

一位叫作卡魯查的數學家通過在四維時空的基礎上引入第五空間維，居然統一了愛因斯坦的引力場理論和麥克斯韋的電磁場理論。也就是說，這個五維空間成功地把引力和電磁力這兩種基本力結合在了一起。

這意味著我們有希望通過增加時空維數來統一四種基本物理力，找到終極的統一理論，於是，多維空間理論就這樣誕生了。

多維空間理論到底給當代物理學帶來了怎樣的變革？

多維空間理論這個理論為什麼沒有發展下去呢？

在量子理論誕生後，多維空間理論就被打入了冷宮。

在量子理論中，宇宙是由各種各樣的粒子組成的。不光物質是由粒子構成的，力也是由於粒子的交換而產生的。比如說，兩個電子碰撞時之所以會產生相互排斥的電磁力，就是因為它們交換了一個光量子。除了光量子以外，還有產生強核力的 π 介子，產生弱核力的 W 玻色子等，總之它們都和粒子有關。所以，量子理論就成功地把電磁力、強核力、弱核力這三種基本力都統一了起來。

標準模型一直無法描述引力，對於引力的解釋還是要靠愛因斯坦的廣義相對論。量子理論和廣義相對論這兩大當代物理學的支柱理論還是沒能結合起來

物理學家都認為，這可能是人類歷史上最大的科學難題，誰要是解決了這個問題，就相當於捧起了「物理學聖杯」。

最有希望實現大一統的理論，讓整個物理學界為之震驚，這個形式就是「十維超弦理論」，也被簡稱為弦理論。

在標準模型中，宇宙是由粒子構成的，但這些粒子的種類實在是太多了，而且科學家們也無法解釋為什麼會有這麼多種粒子，而弦理論就回答了這個問題。

在弦理論中，宇宙的基礎構成元素不再是粒子。弦理論提出，如果我們能把一個粒子放大一萬億億倍，你就能看出它並不是一個點，而是一條正在振動的弦，就跟小提琴上的弦差不多。理論上，弦能以任意頻率振動，不同的振動模式就會產生不同的粒子。

弦理論真正的魅力，在於它有可能把廣義相對論和量子理論結合到一起。因為根據弦理論，一根弦如果想要在時空中完成複雜的運動，就必須遵循一套條件，其中就包含了對時空的限制條件。物理學家們在計算這個限制條件時發現，弦理論居然可以直接導出愛因斯坦方程。這就意味著，弦理論既能對量子理論中的物質粒子作出完美的解釋，也能兼容愛因斯坦的相對論。

科學家們通過計算發現，這套條件就規定了弦必須在一個特定的維數中運動，也就是必須在十維空間中運動，才能讓弦理論成立。如此一來，多維空間理論就重新回歸物理學家的視野。

如果宇宙中有其它文明，很有可能會先發現弦理論，然後通過弦理論來導出廣義相對論。

多維空間理論可以被驗證嗎？有實際價值嗎？

物理學家的解釋是，剩下的這六個維度被緊緊地捲曲到了一個非常非常小的尺度上，所以目前無法被人類觀測到。

十維超弦理論可以幫助我們瞭解宇宙大爆炸的原因所在。

根據廣義相對論的預言，宇宙誕生於一個奇點之中。奇點的體積無限小、能量無限大、時空無限彎曲，它就是宇宙的開端。但量子理論橫空出世以後，物理學家們發現，在這樣一個體積極小能量極大的地方，我們必須考慮到量子效應的影響，而量子理論又無法跟廣義相對論兼容

宇宙大爆炸可能就是十維宇宙裂解成四維宇宙和六維宇宙的過程。

最原始的宇宙其實是有十個維度的。這個原始宇宙的溫度極高，能量極高，四種基本力在這裡是融為一體的，相對論和量子理論在這裡也沒有區別。但是，這個十維宇宙並不穩定，它會裂解成一個四維宇宙和一個六維宇宙，這個裂解的過程就是宇宙大爆炸。裂解之後，四維宇宙會發生暴脹，並會在不到一毫秒的時間內完成四種基本力的分離，然後逐漸形成人類如今所觀測到的宇宙；而六維宇宙則會發生坍縮，並且是縮到一個極小的尺度之下。

或許，宇宙滅亡之時，我們可以通過躲進超空間來躲避宇宙的滅亡。