元宇宙与超弦理论

1. 有谁知道超弦理论（有关宇宙模型的）

超弦理论是物理学家追求统一理论的最自然的结果。爱因斯坦建立相对论之后自然地想到要统一当时公知的两种相互作用－－万有引力和电磁力。他花费了后半生近40年的主要精力去寻求和建立一个统一理论，但没有成功。现在回过头来看历史，爱因斯坦的失败并不奇怪。实际上自然界还存在另外两种相互作用力－－弱力和强力。现在已经知道，自然界中总共4种相互作用力除万有引力之外的3种都可有量子理论来描述，电磁、弱和强相互作用力的形成是用假设相互交换“量子”来解释的。但是，引力的形成完全是另一回事，爱因斯坦的广义相对论是用物质影响空间的几何性质来解释引力的。在这一图像中，弥漫在空间中的物质使空间弯曲了，而弯曲的空间决定粒子的运动。人们也可以模仿解释电磁力的方法来解释引力，这时物质交换的“量子”称为引力子，但这一尝试却遇到了原则上的困难－－量子化后的广义相对论是不可重整的，因此，量子化和广义相对论是相互不自洽的。
超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论，自然界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式。与以往量子场论和规范理论不同的是，超弦理论要求引力存在，也要求规范原理和超对称。毫无疑问，将引力和其他由规范场引起的相互作用力自然地统一起来是超弦理论最吸引人的特点之一。因此，从1984年底开始，当人们认识到超弦理论可以给出一个包容标准模型的统一理论之后，一大批才华横溢的年轻人自然地投身到超弦理论的研究中去了。
经过人们的研究发现，在十维空间中，实际上有5种自洽的超弦理论，它们分别是两个IIA和IIB，一个规范为Apin(32)/Z2的杂化弦理论，一个规范群为E8×E8的杂化弦理论和一个规范为SO（32）的I型弦理论。对一个统一理论来说，5种可能性还是稍嫌多了一些。因此，过去一直有一些从更一般的理论导出这些超弦理论的尝试，但直到1995年人们才得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像。
这一图像可以有用上图来表示。存在一个唯一的理论，姑且称其为M理论。M理论有一个很大的模空间（各种可能的真空构成的空间）。5种已知的超弦理论和十一维超引力都是M理论的某些极限区域或是模空间的边界点（图中的尖点）。有关超弦对偶性的研究告诉我们，没有模空间中的哪一区域是有别于其他区域而显得更为重要和基本的，每一区域都仅仅是能较好地描述M理论的一部分性质。但是，在将这些不同的描述自洽地柔合起来的过程中我闪也学到了对偶性和M理论的许多奇妙性质，尤其是各种D－膜相互转换的性质。
在此我们不得不提到超弦理论成功地解释了黑洞的熵和辐射，这是第一次从微观理论出发，利用统计物理和量子力学的基本原理，严格了导出了宏观物体黑洞的熵和辐射公式，毫无疑问地确立了超弦理论是一个关于引力和其他相互作用力的正确理论。
将5种超弦理论和十一维超引力统一到M理论无疑是成功的，但同是也向人们提出了更大的挑战。M理论在提出时并没有一个严格的数学表述，因此寻找M理论的数学表述和仔细研究M理论的性质就成了这一时期理论物理研究热点。
道格拉斯（Douglas，MR）等人仔细研究了D－膜的性质，发现了在极短距离下，D－膜间的相互作用可以完全由规范理论来描述，这些相互作用也包括引力相互作用。因此，极短距离下的引力相互作用实际上是规范理论的量子效应。基于这些结果，班克（Banks，T）等人提出了用零维D－膜（也称点D－膜）作为基本自由度的M理论的一种基本表述－－矩阵理论。
矩阵理论是M理论的非微扰的拉氏量表述，这一表述要求选取光锥坐标系和真空背景至少有6个渐近平坦的方向。利用这一表述已经证明了许多偶性猜测，得到了一类新的没有引力相互作用的具有洛仑兹不变的理论。如果我们将注意力放在能量为1/N量级的态（N为矩阵的行数或列数），在N趋于无穷大的极限下，可以导出一类通常的规范场理论。许多迹象表明，在大N极限下，理论将变得更简单，许多有限N下的自由度将不与物理的自由度耦合，因而可以完全忽略。所有这些结论都是在光锥坐标系和有限N下得到的，可以预期一个明显洛仑兹不变的表述将是研究上述问题极有力的工具。具体来说，人们期望在如下问题的研究上取得进展：
（1）全同粒子的统计规范对称性应从一个更大的连续的规范对称性导出。
（2）时空的存在应与超对称理论中玻色子和费米子贡献相消相关联。
（3）当我们紧致化更多维数时，理论中将出现更多的自由度，如何从量子场论的观点理解这一奇怪的性质？
（4）有效引力理论的短距离（紫外）发散实际上是某些略去的自由度的红外发散，这些自由度对应于延伸在两粒子间的一维D－膜，从场论的观点来看，这些自由度的性质是非常奇怪的。
（5）将M理论与宇宙学联系起来。
显然，没有太多的理由认为矩阵理论是M理论的一个完美的表述。值得注意的是矩阵理论的确给出了许多有意义的结果，因此也必定有其物理上合理的成分，这很像本世纪初量子力学完全建立前的时期（那时，普朗克提出能量量子导出黑体辐射公式，玻尔提出轨道量子化给出氢原子光谱），一些有关一个全新理论的迹象和物理内涵已经被人们发现了。但是，我们离真正建立一个完美自洽M理论还相距甚远，因此有必要从超弦理论出发更多更深地发掘其内涵。在这方面，超弦理论的研究又有了新的突破。
1997年底，马尔达塞纳（Maldacena）基于D－膜的近视界几何的研究发现，紧化在AdS5×S5上的IIB型超弦理论与大N SU（N）超对称规范理论是对偶的，有望解决强耦合规范场论方面一些基本问题如夸克禁闭和手征对称破缺。早在70年代，特胡夫特（´t Hooft）就提出：在大N情况下，规范场论中的平面费曼图将给出主要贡献，从这一结论出发，波利考夫（Polyakov）早就猜测大N规范场论可以用（非临界）弦理论来描述，现在马尔塞纳的发现将理论和规范理论更加具体化了。1968年维内齐诺（Veneziano）为了解决相互作用而提出了弦理论，发现弦理论是一个可以用来统一四种相互作用力的统一理论，对偶性的研究引出了M理论，现在马尔达塞纳的研究又将M理论和超弦理论与规范理论（可以用来描叙强相互作用）联系起来，从某种意义上来说，我们又回到了强相互作用的这一点，显然我们对强相互作用的认识有了极大的提高，但是我们仍没有完全解决强相互作用的问题，也没有解决四种相互作用力的统一问题，因此对M理论、超弦理论和规范理论的研究仍是一个长期和非常困难的问题。
理论模型 超弦理论认为，在每一个基本粒子内部，都有一根细细的线在振动，就像琴弦的振动一样，因此这根细细的线就被科学家形象地称为“弦”。我们知道，不同的琴弦振动的模式不同，因此振动产生的音调也不同。类似的道理，粒子内部的弦也有不同的振动模式，不过这种弦的振动不是产生音调，而是产生一个个粒子。换言之，每个基本粒子是由一根弦组成。
超弦理论认为，粒子并不存在，存在的只是弦在空间运动；各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。自然界中所发生的一切相互作用，所有的物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来解释。
弦的运动是非常复杂，以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹，必须有高达十维的空间才能满足它的运动，就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成，而必须在三维空间中完成一样。

2. 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<超弦:万能理论?>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<优雅的宇宙>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.

3. 超弦理论号称大一统理论，是如何解释宇宙由来的

通俗来讲的话，就是把相对论中的广义相对论和科学界流行的量子力学统一起来。

超弦理论作为一种全新意义上的理论促进着科学上，尤其是物理学史的发展。超弦理论广义相对论与量子力学发展到一定阶段下的产物，广义相对论与量子力学都有其适用的范围，但是这种范围都有其独特的局限性，广义相对论领域内的问题解决不了量子力学领域内的问题。

奇点，是个密度以及时空曲率都异常的高、体积及其微小小的一个“点”，而同时具备广义相对论和量子力学的特点的超弦理论就可以很好的解释关于“奇点”的这个问题。

4. 超弦理论预言了宇宙是怎么诞生了吗

超弦是用来统一相对论和量子论的理论
我看的时候没看到它预言了宇宙的诞生
只要量子论解释了黑洞里的奇点
而且被证实了 那么离能解释宇宙的诞生也不远了
但是我不太相信宇宙是由奇点爆炸而来的
奇点之前 讨论时间和空间是没意义的
这个让我郁闷..

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？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。

△ 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. 为什么说灵魂是超弦，超弦理论和灵魂是什么关系

物质都是弦的震动形成的，只是振动频率不同，灵魂也一样，可能灵魂的频率更符合宇宙的频率吧 而肉体的频率是很低的，说以要适应地球的三维的频率需要灵魂调节，当人的肉体死了灵魂又回到了他本来的高维空间。

弦理论是理论物理的一个分支学科。弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”（包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦）。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。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可能是9+1维时空中的D3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。

8. 超弦理论是什么意思

超弦理论，属于弦理论的一种，有五个不同的超弦理论，也指狭义的弦理论。是一种引进了超对称的弦论，其中指物质的基石为十维时空中的弦。

9. 什么是平行宇宙什么是全息宇宙什么是超弦理论什么是多宇宙理论

是否有另一个你正在阅读和本文完全一样的一篇文章？那个家伙并非你自己，却生活在一个有着云雾缭绕的高山、一望无际的原野、喧嚣嘈杂的城市，和其它7颗行星一同围绕一颗恒星旋转，并且也叫做“地球”的行星上？他（她）一生的经历和你每秒钟都相同。然而也许她此刻正准备放下这篇文章而你却打算看下去。

这种“分身”的想法听起来奇怪而又难以置信，但似乎我们不得不接受它，因为它已为各种天文观测的结果所支持。如今最流行同时也最简单的宇宙模型指出，离我们大约10^(10^28)米外之处存在一个和我们的银河一模一样的星系，而那其中正有个一模一样的你。虽然这距离大得超乎人们的想象，却毫不影响你的“分身”存在的真实性。该想法最初起源于很简单的“自然可能性”而非现代物理所假设：宇宙在尺寸上无限大（或者至少足够大），并且象天文观测指出的那样－－均匀的分布着物质。既然如此，按照统计学规律便可以断定，所有的事件（无论多么相似或者相同）都会发生无数次：会有无数个孕育人类的星球，它们之中会有和你一摸一样的人－－一模一样的长相、名字、记忆甚至和你一模一样的动作、选择－－这样的人还不止一个，确切的说，是无穷多个。

最新的宇宙学观测表明，平行宇宙的概念并非一种比喻。空间似乎是无限的。如果真是这样，一切可能会发生的事情必然会发生，不管这些事有多荒唐。在比我们天文观测能企及范围远得多的地方，有和我们一模一样的宇宙。天文学家甚至计算出它们距地球的平均距离。

你很可能永远见不到你的“影子”们。你能观测到的最远距离也就是自大爆炸以来光所行进的最远距离：大约140亿光年，即4X10^26米－－定义了我们可观测视界的大小，或者简单地说，宇宙的大小，又叫做哈勃体积。同样的，另一个你所在的宇宙也是个同样大小的球体。以上便是对“平行宇宙”最直观的解释。每个宇宙都是更大的“多重宇宙”的一小部分。