99％的人都不理解：超弦理論與平行宇宙是什麼

科技 07-10

99%的人都不理解：超弦理論與平行宇宙是什麼？在我們普通人的認知當中，事物一般都是三維立體的，加上時間的概念，構成了我們所熟知的四維宇宙，但是無論是牛頓還是愛因斯坦，都提出了宇宙可能存在多維空間，平行宇宙當中，10維空間也是可能存在的，那麼這樣的超弦理論和平行宇宙，到底是怎麼回事呢？

量子力學中波和粒子被認為是同一現象的兩個不同表現，弦理論認為每一種振動模式都對應著一種粒子，特定弦的振動頻率決定了粒子的能量和質量，一根弦的不同振動模式可以形成我們現在所熟知的基本粒子。比如，根據弦理論，粒子被看作是長度為普朗克尺度一維弦，在引入費米子的座標後，科學家提出了超弦理論。

超弦理論暗示的平行宇宙時空必須擁有十個維度，時空中也存在超對稱現象，但沒有真空穩定態的問題，超弦理論的形成意味著此類平行宇宙並非由粒子和場構成的時空，宇宙不僅是四維時空，而是多維的。10維超弦理論避免了量子力學與廣義相對論合并時遇到的重整化問題，還在一定程度上連接了強力、弱力、電磁力以及引力四種基本力。

我們所處的時空是4維的，三維時空加上一維的時間。需要指出的是，我們熟知的牛頓力學、廣義相對論、電動力學還有量子場論等都可以存在於高維時空，不但可以在四維時空中進行完好地表達，也滿足四維以上的時空，沒有跡象表示這些理論不適合高維時空。

上個世紀90年代中期，南加州大學超弦會議上，物理學家威頓等公布了有關超弦的研究成果，涉及對偶性與不同超對稱理論，科學家發現可以用不同的維數膜來研究對偶性，超弦理論下的10維時空透過強耦合極限可以形成11維的時空，由此誕生了M理論。10維時空中一根弦圍繞在第11維度的膜上，由此M理論擁有了一個強大的膜空間，統一了五種超弦理論和11維超引力理論。

M理論的發展成熟意味著我們的宇宙建立高維時空中，完全顛覆了我們對宇宙是四維時空的概念，同時由M理論構造出的平行宇宙存在於一個膜的世界中。科學家發現時空是10維的，減去我們看見的3維時空還有7個維度，這些額外的空間必須進行緊緻化處理，將其捲曲成普朗克尺度，因此我們看不到這樣的維度，加上1維的時間，正是我們現在看到的時空。

M理論向我們展示了一個神奇的膜宇宙，不僅時空的多維的，膜結構也可以是多維的，我們的宇宙狠可能是由多層膜構成的高維超空間，透過無數次的捲曲形成3-膜空間，看似非常遙遠的系外行星，在多層空間中可能僅距離我們數毫米。M理論為平行宇宙理論的發展提供了潛在機會，該理論的提出不僅使得我們所處的宇宙呈現鬼魅般神秘，由此構造出的平行宇宙可能也擁有類似的時空。