YesterdayOn210893464

其實，人們把“維”這個概念弄得含混不清了。物理世界的“維”，也就是真實世界的“維”，是指的物質世界的存在方式。而數學上的“維”，是用數學描述所論問題的方法。

真實世界，應該是四維空間，即三維空間+一維時間。你可以採用數學模型，分別用3、4、11維空間包括黎曼幾何空間去建模刻畫。不同的數學空間，數學模型是有差異的，對於刻畫和解決真實世界問題，各有所長。當然，你也可以認為真實世界就是你所採用的數學模型一樣的維度，未嘗不可。但是，把解決抽象問題的數學模型和現實世界的結構混淆起來，容易引入畸途。

小林90134

我們先來搞清楚這個11維的概念，它指的是，10維空間再加上時間這個單獨的維度。順便再科普一下，我們平常所聽到“時空”和“空間”是兩個不同的概念，比如說“4維時空”指的是3維空間再加上時間。那麼為什麼要說宇宙有11個維度呢？今天我們就來講一下。

只需要用一個理論就解釋所有的物理現象，這是物理學追求的終極目標。而弦理論最迷人的地方，就是它很可能會成為這樣一個理論，簡單的說，弦理論就是講的宇宙萬物都是由非常小的“弦”構成，通過不同的振動以及運動，“弦”就可以產生各種基本粒子。通過這種理論，就可以將相對論、量子力學以及四大基本力等全部統一起來。

然而當弦理論提出來的時候卻遇到了尷尬，在實際操作的時候，這個看去很完美的理論卻錯漏百出。這是怎麼回事呢？為了解決這個問題，科學家們對其進行了改進，那就是增加維度。

舉個不恰當的例子來說明，假設有兩個長方體的鐵塊，它們長和寬都是相同的，區別是一個高10釐米，一個高50釐米。如果在二維世界中如果有人在觀測這兩個鐵塊，他就會發現一個問題，這兩個由同種物質構成的二維物體，它們的長和寬都是相等的，但是偏偏這兩個物體產生的引力卻完全不同。

由於沒有第三個維度的認識，這個人不管怎樣計算都是錯誤的，但是在三維世界中這個問題就非常好解釋，這就是增加維度的好處。

但是增加了一個維度可以讓這種情況有所好轉，但是遠遠不能達到完美的境界，這個好辦，那就繼續再增加一個維度。如果還不行呢？那就再加！就這樣一直增加到26個維度弦理論才能夠自冶！

好傢伙，一下子就有了26個維度，這也太離譜了吧？其實科學家們也是這麼覺得的，在後來的日子裡他們在弦理論中加入了超對稱性，將26個維度降成了10個維度，這就是超弦理論。

現在問題來了，我們是生活在3維空間裡的，再加上時間一共有4個維度，那麼多出來的這6個維度在哪呢？下面舉例說明。

現在有一根吸管，當你離得比較遠的時候，你看到它是一條線，你靠近一點就可以看到它是一個圓柱體，再仔細看，你發現這個圓柱體還分了裡面和外面，如果你將這根吸管放大很多倍來看，你還可以發現它看似光滑的表面其實是凹凸不平的。

根據這個思路，科學家們認為，這6個維度應該是存在於非常非常小的尺度下的，以至於我們根本接觸不到。

建立超弦理論以後，又一個難題擺在科學家們的面前，那就是在這10個維度的前提下，居然可以推導出5種不一樣的超弦理論。這5種超弦理論分開來看看各自都沒有問題，但是湊在一起就不對勁了。

怎麼辦呢？糾結了很久之後，為了解決這個問題，科學家們又增加了一個維度……這就是M理論。這個新增的維度就厲害了，因為它將除時間以外的所有維度全部包含在內！

根據M理論的說法，我們所處的宇宙在這個新增加的維度空間中，就是一層“膜”，而在這個維度空間中，還有存在著其他的“膜”！宇宙有11個維度這種說法，也就是因此而來的。宇宙有11個維度這種說法，就是因此而來的。

綜上所述，這些都是科學家們為了理論能夠自冶而假設出來的，只有這樣才行得通。而事實到底是不是這樣，還需要時間來驗證。

回答完畢，歡迎大家關注我們，我們下次再見`

魅力科學君

小朋友，這你就不懂了吧？這叫彎道超車。雖然地球上的事我們沒有搞明白，但我們通過奇點大爆炸，卻知道了宇宙的起源。頭條網友都知道吧？貼圖一張。

這是黎巴嫩。大家看到的長條巨石，1000多噸。附近還挖出許多這樣的巨石，最重達1800多噸。建造年代不詳。

偉松12

宇宙的宏觀空間維度是三維的，更高的維度僅可能存在於微觀量子世界中。

數學和理論物理這兩個領域只屬於少數天才，所以大眾整不明白也並不奇怪。能整明白，就可以以此為職業了。高維空間的數學研究很早就開始了，但在物理學使用這些概念前，研究這些概念的數學家大多被大眾當成無害的怪人，整天想些虛幻不實的東西。

圖示：數學是物理學的基礎，而且通常數學家的想象力總是走在物理學需要的前面，因此在數學和物理學界有個古老的玩笑，上帝一定是個數學家。

直到物理學發展到需要借用高維空間幾何分析，來解決物理學上遇到的實際問題的時候，這些概念才開始慢慢進入大眾視野，也開始吸引到大眾對高維空間的興趣。為什麼物理學家需要用更多維度來解釋宇宙呢？

因為，三維空間無法容納解釋宇宙奧秘的大統一方程！

物理學家相信整個宇宙的基礎——注意是基礎——都可以用一個“簡單"的方程加以描述，這被稱為物理學的萬物理論，也被稱為終極理論。在研究終極理論的過程中，物理學家們發現只有三個維度的空間無法解決這個問題，必須要擴張空間的維度才行，而讓他們感到驚喜的是，早在物理學提出自己的需要之前，已經有數學家們在百年前就開始了探索高維空間中的幾何問題的研究可以拿到物理學中用。

圖示：如果存在宏觀高維，萬有引力也將在這個維度上施展它的影響，這將嚴重影響我們已知的世界

至於宇宙在微觀尺度上到底多少維，這個問題並沒有定論，當然這裡的所有額外的空間維度，都蜷縮在極小的空間中，存在於量子世界中，宏觀世界只有三維這一點毫無疑問，否則萬有引力都要出問題。太陽系中的行星都將無法維持現有軌道。

我們這代人難以想象高維空間，但有了現代計算機的幫助下，我們的後代將不會再像我們這一代這樣對高維幾何茫然不知，或許以後的高考中，就會有高維幾何數學考試題，到那一天就不會有人問這種問題了。

圖示：用計算機做出的四維超立方體三維投影動畫，可以幫助我們理解它，並想象第四個垂直方向。

"平凡"的高維：一分鐘頓悟高維空間

我們是怎麼知道，自己生活在三維空間的？

最早認識到空間是有維度的觀念，至少可以追溯到亞里士多德，他在其著作《天空》中表達過這樣的觀念：線在某種程度上非常重要，因為它定義了平面，也定義了實體，從長度到面積，從面積到體積。

天文學家托勒密則將這一基本觀念進行了量化，他可能是第一個明確提出三維空間的人，托勒密為此專門寫了一本討論空間維度的書《維度》，在這本書中托勒密完成了一個重要證明，那就是證明我們所生活的空間維度不多不少恰好是三維。自此三維空間在西方知識階層中慢慢成為必須知道的常識。

圖示：托勒密構造的和諧宇宙天球系統，在這個系統中，地球是宇宙的中心，所有其它天體都圍繞地球運動，而空間到底有幾個維度，就是個很重要的問題，搞不清這件事，是無法規劃整個天球體系的。

公元二世紀中期，托勒密在其發表的《維度》一書中這樣寫道：

距離是天體之間非常重要的一個屬性，要試圖理解宇宙的奧秘，我們首先必須對距離進行定義。

但我們要如何定義距離呢，當我們對距離進行測量時，怎樣的測量才是合理的測量呢？

托勒密明確提出一個重要原則：垂直關係，他說，我認為定義距離必須沿垂直線進行

如果是這樣，那我們可以發現空間中的任何一個點，都可以被三條彼此垂直的線鎖定，這三條彼此垂直的線，兩條用來定義平面，第三條則測量縱深，除此之外再找不出第四條垂直線。這就是為什麼說我們生活在三維空間中的根本原因 。

圖示：三維空間本質，從原點到空間中的任意一個點

如果兩點間不存在一條直接簡單連接的直線時，我們只需要三個彼此垂直的線段，就總是能精確到達三維空間中的任意一個點，不需要第四個垂直線段，也不存在第四個垂直線段，這就是三維空間的本意了。

超越三維？

數百年前的數學家大多認為任何超越三維的物體都是怪物，是純粹的空想，毫無意義。

最先明確提到超越三維空間實體的數學家是Stifel（施蒂費爾，1486-1567），他說：

超立方體彷彿像有三個以上的維度

而數學家John Wallis（約翰·沃利斯）更加旗幟鮮明，他說：

任何高於三維的空間對象是怪物，甚至比奇美拉（Chimaera）或半人馬（Centaure）都要怪異。長寬和高度，已經佔據了整個空間。凡人無法想象在這三者之外，如何還能存在第四個空間維度。

但數學家奧扎拉姆（Ozanam，1640-1717）則玩了個小花招，他首先表示尊重傳統，即任何高於三個維度的實體都不是真實的，但他同時也小心翼翼地指出，數學有能力處理超越三維的事物，他相信數學能找到一套自洽的處理高維實體的數學方法，甚至多到如字母表那樣多的維度（字母表有26個字母）。

• 高維合成幾何學

從考慮高維空間實體的角度，發明莫比烏斯環/帶的數學家莫比烏斯，提供了第一個將三維實體轉變成四維實體的例子，莫比烏斯環將由此變成著名的克萊因瓶。

圖示：嵌入三維空間中的二維莫比烏斯帶，可以幫助我們理解高維空間。

通過將二維平面在三維空間中扭轉後黏貼在一起可以實現讓平面的兩個面自然過渡的效果，即在從一個面爬往另一個面的時候，沒有明顯的翻越障礙的地方，不知不覺就到了另一個面，而且這個循環無休無止。想象一下，如果我們的宇宙也是一個嵌入到四維空間中的三維的實體，那麼宇宙就可以即是有限的，同時又是沒有邊界的，你永遠飛不到宇宙的邊界，你只會回到原點。

將莫比烏斯帶在四維空間中黏貼到一起，可以得到另一個知名四維空間物體——克萊因瓶。

圖示：裝不滿的克萊因瓶

克萊因瓶被稱為瓶，只是因為它在三維空間中的投影像一個瓶子。與莫比烏斯帶相似，只是將維度提一等，莫比烏斯帶對於二維生物來說是個讓人迷惑的東西，那麼克萊因瓶對於我們這樣的三維生物來說也同樣迷惑。因為這個瓶子沒有內外之別，如果我們真的擁有一個真實的克萊因瓶，就會發現一件怪事，那就是這個看起來沒有縫隙（在三維空間中沒有）的瓶子，是永遠也裝不滿的！因為任何裝入瓶中的物體，彷彿突然間擁有了穿牆術，它們會通過神秘的第四維漏出來！

換句話說，要是有一個真實的克萊因瓶，人類就可以真正的研究第四維了！但這東西只能在四維空間中製造得出來，在三維空間中是無法制造的。就像上面那個莫比烏斯帶，只能通過三維空間製造，無法在二維平面中造出來，雖然你可以把它投影到二維平面上，那就是一個扭轉的8字。

• 高維分析幾何學

雖然在合成幾何學上要在想象中製造高維實體都很麻煩。

但對於分析幾何來說，只要不把高維幾何體變成需要人類去想象的實體，僅僅是在數學上處理它們，則並沒有想象中那麼困難。

1833年，數學家格林嘗試探索高維空間幾何的分析方法。

1847年，數學家柯西在《幾何與分析》中宣佈找到處理高維幾何的數學方法

1854年，數學家黎曼提出 “關於幾何基礎的假設”，討論了N維空間中的流形，黎曼正式引入了無界但有限空間的概念，這一突破與四維幾何形狀密切相關。而黎曼幾何是愛因斯坦廣義相對論的數學基礎。

到19世紀末期，四維或更高維幾何圖形的專著和論文數量開始急劇增加。到1911年，Sommerville列出了1832篇研究高維空間的重要參考文獻，它們用意大利語，德語，法語，英語和荷蘭語寫成。高維空間研究在數學界已經是一個重要研究分支。

裸猿的故事

你的言論，我第一次看到。

其實吧？沒有幾維空間，更沒有緯度，只是有些奇幻的事情發生，也是因為人與自然之間有個觸摸不到的條約，框架。

框架，懂吧？

意思是說“我們人生活的框架比較厚，這也是人本身薄弱，被嚴密保護起來了，不想讓人受到外界的傷害，這裡的外界就是那些觸摸不到的東西，但是現在不同了，人喜歡作死，也就是好奇心，會殺死他們，因為好奇的人，都會早死；”

因為自然法則早已經在民國1915年之前的時間不太清楚了，（這是秘檔），是主任從……無意中看到的，我聽他說“只看了一眼，後來那張紙，他再沒見過……”

所以跟著時間推算，有些事情到了以後，也就是現代，再向後推算幾十年，也就是20…年吧！

有些人就會看到你們都想知道的事情，因為人類都與它們生活在一起，只不過一個站在臺階頂層，一個正在往上爬，就是這麼個關係，有些人站不穩會掉下去，重新來過，時間的機器就是這麼安排的……

誰作死，誰就要有下地獄的準備……

這只是一小部分人，在一本書上說了另外的事情，你們會知道的……

慢慢等，一切都會發生的，（主要還是年輕一代的人會看到，反之澤沒機會了）

紫澤錦言

最近，網上開始流傳一個微信稿《一張圖弄明白：從零維到十維空間》，其實這篇偽科學我在08年在網上就看到過了，看了以後覺得跟什麼李大師的那一套有點相似，於是沒有理睬。但不知道誰又把它給刨出來廣為流傳，連我的同學都開始找我問我是不是真的，我覺得有必要看帖闢謠了。

故事還是從愛因斯坦講起吧，我們知道1905年堪稱奇蹟年，這一年，愛因斯坦發表了《論動體的電動力學》，提出了狹義相對論，之前的三維空間和一維時間合為一體，“四維時空”一詞正式走進詞典。

之後，愛因斯坦和眾多物理學家一起發展了量子力學，用於解釋微觀世界。他又單獨提出了廣義相對論，整個宇宙都被一個方程所解釋，愛因斯坦走上人生巔峰，他試圖尋找宇宙的終極理論“大統一理論”。

就在這個時候，一個不為人知的小角色物理學家卡魯扎找到愛因斯坦，提到宇宙有可能是“五維時空”，多加一個維度，可能更好的去解釋一些問題。他提出“我們宇宙的空間結構既有延展的維度，也有蜷縮的維度。”這些蜷縮的維度之所以看不見，就好比我們從很遠的地方去看一根水管，以為它是一維的，但是湊近了去看，發現它還是三維的，有兩個維度蜷縮了。

愛因斯坦心想我也就敢提出四維時空，你直接跟我來五維了，簡直超出我的想象，於是回覆“我對你的理論很有興趣。”然後，就沒有然後了。現在回顧一下，卡魯扎是最早提出更多維度的科學家。

數學家是比物理學家還天馬行空的，在他們的腦子裡，沒有現實宇宙的牽絆，可以更加無邊無際的飛翔。我管你宇宙是四維五維的，我直接給你整N維的。

1954年的一次數學家會議上，一位數學家卡拉比提出一個猜想，存在一種六維空間，它只有質子的億萬分之一那麼小，因為它蜷縮起來，所以我們看不見。當時所有的數學家都表示無法理解，但年輕的丘成桐站了出來，希望能將卡拉比猜想證偽。他花費了四年時間，最終認識到他自己的想法是錯誤的，他終於“皈依”並證明了卡拉比猜想，所以這個六維空間也叫作“卡拉比-丘成桐空間”。

數學家雖然天馬行空，但是在當時並沒有任何物理理論能容得下這個新的空間，所以他們的猜想只能被束之高閣。

1984年，英國物理學家格林提出，為了調和量子力學和廣義相對論，可以假設宇宙的終極基本粒子其實是一根弦，弦不同的振動模式決定了它是什麼樣的粒子，之前人們認識到的基本粒子：夸克、電子、中微子等等，都只是這根弦不一樣的表現形式，這就是“超弦理論”。原來，我們的宇宙是上帝在撥動琴絃，奏出的一段無盡的樂曲。

超弦理論提出以後也遇到了問題，它要求存在更多的空間維數，最早的玻色弦理論要求時空是26維，後來發現了“超對稱”，所以“不用26維，也不用銀河系的42，只要10維，只要10維，就可以解釋宇宙！”

竟然是10這個數字，如果有人過來告訴你，早在上帝造人的時候，他就考慮到了宇宙有10維，所以給人安上了10個手指頭，請你告訴他三個字“G-U-N！”發第三聲哦。

然而10維對於習慣四維時空的物理學家來說畢竟還是太多了，剩下的6維在哪裡呢？這個時候威騰等人翻出了卡拉比-丘成桐空間，缺的6維正好補上了。原來，我們的宇宙竟然是這番景象，在最微小的地方，竟然存在著一個又一個小宇宙：卡丘6維空間。每當你一揮手，你的手不僅穿過了我們熟知的3維空間，還拂過了無數個蜷縮的卡丘6維空間，然而你只是揮揮手，帶不走那個“小宇宙”的一片雲彩。

到這裡你應該明白了，10維時空，實際上是弦論的假設，我們熟知的三維+卡丘6維空間+一維時間。

後來的第十一維又是怎麼來的呢？

弦論出現以後，一個又一個版本出現了。最終，竟然發展出五種主要的弦理論。所有這些理論似乎都是可行的，但科學家們不習慣用五組看似矛盾的方程來描述同一件事。

1995年在南加州大學的弦理論會議上，高級研究所的Edward Witten指出，五種不同版本的弦理論可能從不同的角度描述了同一件事。他增加了一個維度，提出弦實際上是在11維時空中振動的二維膜上的一維薄片。這個較為統一的理論被稱為“M理論”。

當然，弦論只是一種假說，這麼多物理學家撲在上面研究，不過是弦的假說太過於吸引人，只需要一個假設，就可以解釋所有的問題。這些可惡的弦論物理學家啊，就是希望後面的物理系學生找不到工作。

另一方面，我們看到，標準模型提出的預測卻一步一步得到印證，越發牢不可破。2013年3月14日，歐洲核子研究組織發佈消息，他們探測到了“上帝粒子”——希格斯玻色子，這更加為標準模型撐上了保護傘。

——華麗的分割線（以下純屬作者個人見解，並不是科學公論，如有異議，概不負責）——

弦如果是宇宙的終極基本粒子，那大致處於普朗克長度的尺度：10的-35次方米，然而現在我們能研究的基本粒子（比如質子）的尺度還在10的-15次方米這個數量級呢，其中相差了20個數量級。質子相對於普朗克長度，就好比一個銀河系對一個足球。如果要說銀河系是由足球組成的，那我是打死也不相信，從銀河系到足球，還有很多層次的結構呢。所以，個人見解，從質子到普朗克長度，還有很長的路要走，標準模型表明出來的規律也許就是下一個層次更基本粒子性質的體現，也許接下來還有很多層次要走，更有可能走到普朗克長度，我們發現的會是比“弦”更美妙的東西，那就根本用不著“十維空間”這個假設了。

魯超

說宇宙是11維，那是因為弦論的數學模型需要11個參數，所以叫11維，跟你理解的長寬高三維不是一碼事。你按照長寬高三維去擴展11維當然會想不通了。因為這根本就不是個物理概念，而是個數學概念。

吾兒奉先何在

當然是為了“萬物至理”的大一統夢想了。物理學發展到現在，出現了人類歷史上最大難題：統一量子力學與相對論。

誰能做到，無疑就能獲得諾貝爾物理學獎，而且會成為含金量最高的一屆諾貝爾獎。要回答清楚這個問題，必須要大致瞭解物理學的發展史。

源於歐幾里得的三維認知

作為古希臘幾何的支柱，歐幾里得幾何（簡稱“歐式幾何”）源於歐幾里得所著的《幾何原本》，可謂幾何學開山鉅著。對後世的影響一點不比《聖經》小。

這也是我們從小就開始學習的幾何，根據平面與空間的劃分，又分為“平面幾何”與“立體幾何”，這就是我們對空間三維認知的源頭。

在“歐式幾何”的長期影響下，我們都建立起了空間是“平的”認知。隨著幾何學的發展，“歐式幾何”缺少曲面描述的弊端，顯示了出來。

黎曼幾何，高維理論的數學基礎。

1854年，在哥廷根大學的就職演講上，黎曼關於“幾何基礎”的論述，撼動了歐式幾何2000多年的統治地位。隨著以這場演講內容《論作為幾何基礎的假設》的發表，改變了整個數學界對空間的認知，開創了“黎曼幾何”。

而且黎曼是第一個將“力”解釋為空間扭曲結果的人，比愛因斯坦早了60年。同時，黎曼建立的度規張量，能夠輕鬆地描述任何維度的空間變化，成為了以後高維理論最堅實的數學基礎。

只是19世紀的物理學界，顯然還跟不上黎曼的思想，沒人對黎曼幾何做出有指導意義的物理詮釋。直到60年後，愛因斯坦的偶然發現，才發揮了它最大的價值，將其作為了廣義相對論的數學基礎。

並且，在提出“力”是空間扭曲的結果時，黎曼無疑之中發現了，自然定律在高維空間中會更簡單的秘密。這也是高維理論之後盛行的秘密所在。

愛因斯坦的四維時空論

第一個將高維思想用在物理學上的人，就是愛因斯坦。只是愛因斯坦是把“時間”作為了第四維度，然後運用黎曼的度規張量，統一了時間-空間，質量-能量，並建立起了它們兩者之間的關係。

相對論之所以能成功，其本質就是愛因斯坦運用了多出來的第四維：時間，幫他統一了原來在三維空間內看似無法統一的東西，比如時間與空間、質量與能量。

只不過愛因斯坦當時可能並沒有意識到這一點，他只是靠敏銳的物理直覺與超強的邏輯推導能力，完成了這一壯舉。

卡魯扎-克萊因理論的五維思想

在愛因斯坦完成廣義相對論後，著手“統一場論”試圖合併電磁力與引力，而一籌莫展時，一個不知名的數學家卡魯扎，大膽地提出了一個五維理論，輕鬆統一了愛因斯坦相對論與麥克斯韋電磁學。

愛因斯坦被卡魯扎大膽的天真想法所震驚，雖然猶豫，還是向全世界公佈了卡魯扎的思想。

隨後，經過克萊因的完善，卡魯扎-克萊因理論最終成型，成為了一個高維空間理論。

卡魯扎-克萊因理論之所以能輕鬆統一引力與光（電磁力），也是因為多出來了第五維空間。高維空間再次起到了統一、簡化自然定律的作用。

只是，20世紀隨著量子力學的突然崛起，物理學家放棄了無法檢驗的卡魯扎-克萊因理論。

弦理論的26維假設

隨著，量子力學在20世紀高速發展了60年之後，“標準模型”成功的背後，是量子力學發展的後勁不足。標準模型”雖能解釋發現的一切粒子的性質，但對不能解釋的引力、暗物質等，卻毫無辦法。

於是，人們開始重拾卡魯扎的高維理論，試圖通過高維空間，來統一發現的眾多粒子大軍以及其他已知的所有物理現象。

弦理論橫空出世，在26維中成功統一了所有的已知物理現象，把相對論、電磁學、楊-米爾斯場、夸克-輕子都統一了。

用的方法還是黎曼的度規張量。

超弦理論的10維假設

超弦理論是弦理論的簡化，通過引入粒子的“超對稱”，把維度降到了10維。所謂的“超對稱”是粒子在高維空間中，才能表現出來的對稱性。

而超弦理論的出現，掀起了一股弦論研究風潮，眾多的學者投入其中。

1984年，物理學界爆發了第一次超弦革命，開發出來了5個超弦版本，加上1個超引力理論。

至此高維空間，成為統一自然定律最得心應手的一種方法。但由於技術手段的原因，超弦理論無法檢驗，也受到了不少學者的抗拒，不過超弦理論通過幾何的方式統一了所有的自然定律，表現出了物理學最大的“美”，也讓另一些學者難以抗拒。

到此，所有高維理論描述的高維空間，都是捲縮在普朗克長度以下的，也就是說非常非常小。

M理論的11維大統一

1990年，在第二次超弦革命中，作為弦論領軍式人物的愛德華·威滕，在10維超弦的基礎上，再加上1個空間維度，統一了之前5個不同版本的超弦論，而這1個維度不同於其他高維，並不是捲縮的，而是一個很大的維度。

自此M理論成了弦論的終極版本，而且宇宙被描述成了具有11個維度。

而在M理論中，多出來的最後的一個維度，將物質基礎的“弦”拉成了“膜”，而M理論中最關鍵的就是狄利克雷膜概念，俗稱D膜。

所以M理論，通俗的來說可以叫做膜論。

結論：

通過物理學的發展史，就可以看出：之所以會有高維理論，之所以宇宙會有11個維度，全因為高維空間可以讓自然定律更簡單，而要達到物理學追求的大統一，這是必不可少的。

想法捕手

1、首先要明白科學家為什麼會提出三維四維這些概念，那主要是數學邏輯思維思想。在我們生活的世界中是由空間和時間組成的，也就是我們常說的四維空間——空間三維長寬高和時間維度。

2、我們生活在三維世界（不討論時間這一個維度）裡面，不可能會找到其他維度的東西的，或者說不能真實的看到或者現象到其他維度物體的真實面目。好比二維世界是隻有長和寬的，沒有高度（厚度）的，但是在我們世界裡面能找到沒有高度（厚度）的東西嗎？同樣道理，我們能在我們的三維世界裡找到四維的物體嗎？或者說它在四維世界的真是面目嗎？

3、但是在數學嚴謹的數學推理中，確實存在高緯度的，比如二維物體在我們世界不存在，但是我們通過數學邏輯運算能算出它的一些性質或者規律，好比我們長方形的面積，我們不討論它的厚度，那麼他就是二維物體，能算出它的大小（也就是面積）。其實高維物體可以降維的，好比直線是一維世界，如果他投影在零維世界就是一個點；二維世界是一個面，面在一維空間的投影就是一條線；三維長方體在二維世界的投影就是一個長方形；那麼四維的物體在三維世界就是一個體的存在。同樣的道理我們把一張紙（二維空間）捲起來就變成了一個圈（三維空間），高維世界基本可以玩弄低維世界。

4、來點高能點，舉兩個舉世聞名的物理公式：薛定諤方程和愛因斯坦的場方程，薛定諤方程的正確性估計我們都不用去懷疑了，他有不同維度的方程表達式，不同維度下有不同的結果，而這個結果很好的去解釋了我們現在出現的現象；第二個是愛因斯坦的場方程是一個四維方程，需要在四維下才能解出結果，黑洞的照片發佈和引力波的驗證這兩個語言的驗證，估計沒人再敢懷疑這個讓愛因斯坦走上神壇的公式了吧！

5、根據最新的數學推理，這個世界上所有的現象，特別是物理學的四大作用力：強相互作用力、弱相互作用力、電磁力和引力在十一維度下就是同一個力，弦理論很有可能就是愛因斯坦所追求的大統一理論。

愛學習物理的小貓

這個十一維跟一般人想沒想明白沒有關係，而是是某些科學家想的問題，主要來自超弦理論。

四維——愛因斯坦基本上幫人類想清楚了

三維空間+一維時間，構成一個四維的時空連續體。在這個四維的時空連續體當中沒有孤立的時間和空間，它們必需被整體作為一個新的概念“時空”來認識——這基本上建立了四維時空的基本觀念，也闡述了四維時空的根本結構。

但是，

愛因斯坦的四維時空體系以及建立在這個體系上的廣義相對論能夠很好地解釋宏觀上的物理現象，諸如大尺度上的引力，高速度下的運動以及質量與能量的轉換等等問題，但是它不能很好地解釋在量子尺度上的各種現象，因為相對論無法量化（相對論基本上是一個關於連續體的理論體系），因此無法與量子力學兼容（量子力學是關於離散體系的理論體系）。

基本粒子標準模型的困惑

而粒子物理學關於各種粒子的最佳表現理論就是“標準模型”（這個主要就要歸功於楊振寧和米爾斯帶來的統一場思想），這個模型基本上預測了大部分在高能對撞機裡面發現的基本粒子，但是科學家們發現這些粒子還不夠解釋所有現象，包括引力、暗物質等等。

此外，由於統一場論的興起以及標準模型被實驗完全證實，粒子物理學家們在發現電磁作用與弱力作用可以統一為一種力之後，越來越浮想聯翩——因為這意味著，很有可能強力（夸克之間的力）以及引力作用也能夠跟電弱力統一為同一種力，但目前的標準模型無法找到支持這種大統一理論的線索，似乎標準模型並不是解釋這個世界一切物質構成的完備模型。

上圖：這是一套非常有趣的標準模型各種基本粒子的圖標集。通過三維圖標的形式將基本粒子的量子數特徵都一一表現出來了，諸如對稱性、反粒子、自旋、玻色子與費米子的區別等等，很有創意。

“升維思路”開闢了超弦理論的天地

根據廣義相對論，時空只有四個維度。但是這無法滿足對一些物理領域進行數學分析的需求（如前面所述），如果能夠添加更多的維度，那麼很多物理理論在數學上進行計算和思考將會變得容易很多。這就像我們只看物體的影子並不能瞭解其全貌，我們還需要從多個角度來看待物體的三維立體形象一樣。於是弦理論在提升理論模型的維度上邁開了腿：

• 超弦理論至少需要10個維度

• M-理論至少需要11個維度

• 波色弦理論至少需要26個維度

  
  

但為了確保跟我們觀測到的廣義相對論時空觀的相容性，科學家們提出了兩種用來解釋時空具有這麼多高維度的方法：

1. 緊緻化：指四維之外的維度是閉合的維度並且以某種方式自我蜷縮在沒有尺寸的點上。但維度摺疊的方式不是隨便怎麼折都可以的，而必須要摺疊成卡拉比丘流形。上圖：一個緊緻化的例子。
2. 膜世界場景化：指將我們觀測到的四維時空認為是更高維度宇宙的一個子宇宙，而各種作用力是來自其它維度的弦與這個四維時空的交互，不同的力的交互方式不同。

上圖：不同的“膜”之間的交互。左側的“引力膜”與右側的“我們的世界膜”之間的交互。膜是三維的。它們之間交互的強度決定了我們觀測到的作用的強度。

總結

所謂“四維”時空是我們目前能夠觀測到的四個維度（有基本的物理事實），而所謂“十一維”則是基於弦理論的假設（只是假設，目前並沒有證實）。數學模型基本上就是通過推理將現有的儘可能多的實驗結果進行解釋，越能夠解釋得通的那麼這個理論估計就越接近真相。弦理論尤其是需要11個維度的M理論似乎具有這樣的特性，有望成為指導未來物理學發展的方向。但最終還是需要得到實驗證實才能行。

關鍵字: 四維空間 宇宙 數學