为什么惠藤说弦理论预言了引力( 三 ) _你能解释弦理论以及为什么它是可能的吗?

后来1926年，数学家克莱因把它说的更清晰和具体，他认为：我们的宇宙的空间结构既有延展的维，也有卷曲的维。也就是说，我们的宇宙有像水管在水平方向上延伸的、大的、容易看到的的维度，也有像水管横向的圆圈那样的卷曲的维度，这些维度非常小，以至于我们很难观察到。结合当时最新的量子理论，他们认为，这些卷曲的维度的大小可能小到普朗克长度，是实验远远不能达到的。此后，物理学家把这种可能存在的额外小空间维的思想称之为：卡鲁扎-克莱茵理论。
同时，卡鲁扎的猜想最大的惊喜并不是宇宙的多维度可能，而是根据他的理论，将引力和电磁力这两种毫不相关的力联系起来了。他的理论指出，两种力都伴随着空间结构的波动，引力在我们熟悉的3维空间中波动，而电磁力则在新的卷曲空间中荡漾。在很长一段时间，爱因斯坦和物理学家都认可了这种猜想，但后来，克莱茵发现它与实验结果有很大的矛盾，例如把电子纳入理论所预言的质量与电荷的关系，大大偏离了观察的数值。因此，在此后很长一段时间，宇宙多维理论变成了一个边缘理论。
多年以后，物理学家们发现将多维理论和引力和超对称性结合起来，提出了高维超引力，从而将量子力学和广义相对论融合起来，缓和了它们之间的矛盾。但是物理学家们还是觉得缺少了一个基本的线索将它们缝合在一起，1984年，这个线索出现了。那就是：弦。
90年代中期，惠藤根据他本人和一些物理学家的结果，提出了一个惊人的理论：弦理论实际上需要十一维度，也就是十维度的空间加上一维度的时间，关于这个结论，我们在稍后会详细阐述原因。根据宇宙大爆炸理论，我们可以想象，在大爆炸一开始，三维的空间和一维的时间被展开，一直膨胀到我们今天的尺度，但是其余的空间维度仍然卷缩在一个非常小的尺度中没有展开。
也有一些物理学家提出，有10维的空间维度，是否存在更多维度的时间呢？这是一个大胆的假设。未来也许有新的理论诞生，时间维度将在其中扮演更多有趣的角色。
什么是弦理论？弦理论是哪位物理学家提出的？1968年，物理学家维尼齐亚认为，宇宙终极部分，不是微粒子。反倒弦结构模样，无限制细长。1981年，物理学家维伦金提出，开弦线形的，可衔接封合；闭弦环形的，可断裂延长。目前，宇宙弦理论认为，若吸收能量，导致弦伸拽拉长；若释放能量，导致弦蜷曲缩小。甚至，遵循弦定律，持续时空面积最小。宇宙弦理论认为，一方面来说，可谓弦振荡和波动时，传递能量场粒子。所以，宇宙终极构件，应该是弦波动形成的。终归，包括实费米子。譬如，像夸克和轻子。当然，包括虚玻色子。譬如，像W+、Z0和光子。一方面来说，可谓弦断接和碰撞时，传递相互作用力。所以，开弦断端点，不妨想象电荷对，分别是正负粒子。在断接中，传递电磁力。那么，闭弦碰撞点，不妨想象微粒对，分别是正反波子。在湮灭中，传递吸引力。终归，宇宙弦理论认为，不管虚实粒子，无论相互作用，可终极统一。然而，宇宙弦理论，依赖时空高维系。或许，最起码10维样子。虽然，爱因斯坦相信，时空四维体的。并且，宇宙弦理论认为，在10ˉ33厘米，普朗克范围中，大多数维系，不过是隐藏缠卷的。甚至，任何额外维度，可谓缠绕和蜷曲样子，不是确定的。最终，导致弦振动和碰撞形式，无限多样的。所以，宇宙弦理论，允许相互作用、虚实粒子，无限多种类的。况且，遵循弦定律，持续时空面积最小。所以，无额外能量，去牵引和扯拽时。那么，不难想象弦结构，在10ˉ33厘米，普朗克范围中，应该是圆球体状的。如果，依据弦理论观点，靠强额外能量，牵拽弦圆球体。纵然，一份额外能量，无限制强大。然而，像黑洞样。无限强能场中，不难想象弦圆球体，反倒限定的。归根结底来说，持续圆球面积最小，无法拽细和拉长。显然，宇宙弦理论中，无相互作用和虚实粒子。因为，无限强额外能量，束缚弦振动，无法辐射粒子。并且，无限强额外能量，束缚弦碰撞，无法相互作用。于是，科学家提出量子力学理论，希望把相互作用和宇宙根本粒子，统一在一个理论中。目前，只能是拭目以待，翘首以盼！非常感谢小伙伴“王超行侠仗义”的信任和邀请。虽然您所提的问你题已经超出了我一个物理系本科生的能力范围之外了，但是我仍然希望能用自己了解的一鳞半爪，对这个问题进行一下解答。一、弦理论的前世量子力学和相对论是现代物理学的两大基石。其中发展最为迅速的是量子力学，然而量子力学在发展过程中遇到一个最大的问题就是引力，到现在引力的量子化工作也没完成，换成咱们都明白的意思就是大统一理论或者说是大统一模型没有建立起来。无数的科学界大牛，倒在了前进的路上，直到今天也只是一个半经典的的公式。二、引力量子化的困境了解量子力学的人都知道，量子力学是用算符来描述的，所谓的引力量子化，就是把度规看做是算符，然后利用度规及其共轭的动量算符的对易关系来决定它们。在量子力学和量子场论中的对易关系是同时关系，所以引力场的量子化算符必然要定义在时空的类空间隔上。然而，要想知道两点的间隔是否类空，就必须首先知道该处的度规张量的真空期待值算符应该是由量子引力算符来决定的，而建立这个算符又必须先知道度规的预期值，理论就陷入了逻辑循环。第二个引力量子化的困难是，引力场量子化之后不能重整化，成为“发散”的理论。三、弯曲时空量子场论在没有解决引力量子化的困境之前，科学家们也并不是什么都做不了。现在物理学家们可以使用的理论是“弯曲时空量子场论” 。这个理论是一个从经典引力到量子引力的过渡理论，在理论中，引力场没有量子化，仍然看作是连续的弯曲时空，而物质场（电磁场、电子场）是量子化的。可以说，现在这个理论还是很靠谱的，它是广义相对论和量子场论的结合。当然了这种结合是不自然的。这个理论有点像波尔的量子理论，或者是二次量子化之前的量子力学；物质量子化了，但电磁场却没有，电磁场仍看作是连续的场，不看成光子。但是，在引力量子化没完成之前，这个理论也是可以解决很多问题的，比如目前对黑洞和早期宇宙的研究成果，都是基于这个理论。四、弦理论的诞生我们前面说过引力场量子化之后不能重整化，变成了一个“发散”的理论，科学家们为了解决这个问题设计了种种方案，弦理论就是在这样的背景下诞生的。比如超引力、圈量子引力、超弦等其实都是试图客服这个困难而诞生的。1968年，Gabriele Veneziano希望能找能描述原子核内的强作用力的数学公式，然后在一本老旧的数学书里找到了有200年之久的欧拉公式（Euler's Function），这公式能够成功的描述他所要求解的强作用力。然而进一步将这公式理解为一小段类似橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性的“线段”却是在不久后由Leo