在弦理論中，由振動的弦構(gòu)成的環(huán)表現(xiàn)為各式各樣的粒子（如電子、夸克、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(shí)現(xiàn)的。這些弦極其細(xì)小，在我們看來就像一個個點(diǎn)，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(xué)家認(rèn)為，每一種振動模式都與一類特定粒子相關(guān)。因此所有以某一種模式振動的弦都可能表現(xiàn)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(shí)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，宇宙中只有四個維度是不夠的，因?yàn)橐话愕臅r空無法為弦提供足夠的振動“空間”，導(dǎo)致它們無法表達(dá)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(dāng)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，我們只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只能體驗(yàn)到四個維度，這兩大矛盾如何才能做到和諧統(tǒng)一呢？
蜷曲與壓縮
弦理論的概念看似極端，但好在歷史上有前身可以追溯。
1919年，在愛因斯坦剛剛發(fā)表廣義相對論之后不久，數(shù)學(xué)家與物理學(xué)家西奧多·卡魯扎（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后，發(fā)生了一件有趣的事情——事實(shí)上，什么都沒有發(fā)生，相對論方程并不會受到維度多少的影響。
但卡魯扎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”。加上這條新要求后，卡魯扎又有了新發(fā)現(xiàn)：除了在四個普通維度下的廣義相對論方程外，他還導(dǎo)出了電磁力的表達(dá)方程。這樣看來，似乎增加宇宙中的維度數(shù)量便有可能實(shí)現(xiàn)物理學(xué)的大一統(tǒng)。
事后來看，這種想法略有些言過其實(shí)。但在幾十年后，一位名叫奧斯卡·克萊因（Oskar Klein）的物理學(xué)家試圖從量子力學(xué)的角度解讀卡魯扎的理論。他發(fā)現(xiàn)，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(guān)，那么這個維度必須卷曲起來才行（和卡魯扎的最初想法一致），但尺度要小得多，僅為10-35米。
弦理論的眾多流形
如果這個（或這些）額外維度真的這么小，就無法被我們注意到了，就連高能量實(shí)驗(yàn)也無法直接探測到它們的存在。而如果這些維度呈卷曲狀，那么每當(dāng)我們在四維空間中移動一下，就相當(dāng)于圍繞這些額外維度轉(zhuǎn)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(jìn)一步的數(shù)學(xué)手段，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，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(yuǎn)遠(yuǎn)不止一種，而是約多達(dá)10200000種。如此看來，如果讓六個維度隨心所欲地卷曲起來，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內(nèi)部的弦的振動方式。既然弦振動的方式?jīng)Q定了它們在宏觀世界中的表現(xiàn)，那么每一種流形都會產(chǎn)生一個獨(dú)一無二的宇宙，每個宇宙都擁有自己的一套物理法則。
因此，只有一種流形創(chuàng)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。我們只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(jié)論有多正確。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(shù)學(xué)技術(shù)。
對此，弦理論學(xué)家提出了“地形”（Landscape）的概念，即由從各種流形推測出的宇宙構(gòu)成的一個多重宇宙。在這張“地形圖”上，我們的宇宙只是眾多小點(diǎn)中的一個而已。
而弦理論如今的狀態(tài)也是如此，茫茫然不可知。（葉子）
