粒子其实是微小的振动的弦，而非点粒子——这个想法在20世纪八九十年代得到了越来越多的认可。不同类型的粒子不过是由纯能量组成的、小小的一维弦的不同振**模式。而且，这个理论似乎很“严苛”，人们不能轻易改变理论的细节。这一点反倒受到了物理学家的肯定，他们认为这正说明该理论具备强大的预测能力：研究弦理论并没有多少不同的途径，因为其参数极少，而且非常固定。而这几种（准确地说是五种）不同的弦理论似乎是由对称性联系在一起的，即同一个理论的五种不同的表述方式。

弦理论似乎有可能将所有已知的粒子和相互作用统一起来，为建立一种万有理论打下基础。

通缉：六个额外维

有件非常明显的事我要告诫大家。只有当时空是十维（一个时间方向和九个空间方向）的时候，弦理论才有效！这与我们日常生活中的经验颇为相悖：明明是一维的时间和三维的空间，哪里来的九维空间？但这件事没得商量：如果维度的数量换一个，弦理论就会出现矛盾。这是它的刚性特征之一：人们不可能在四维时空中写下一个同样讲得通的弦理论。只能是十维，其他维完全不可行！

现在遇到这种情况该怎么办？弦理论是不是压根就是错的？但在其他许多方面上，这个理论又好到不像真的，所以物理学家还不准备放弃它。而事实上，有一个办法可以解决这个难题！

如何藏住额外维：花园浇水软管的比喻

既然十维不一定要有多大，只需要存在即可，那么，它们完全可以卷起来，让人无法用肉眼看到。

我们可以用花园里浇水的软管，来轻松展示“卷曲的维度”这个想法。如果凑近了看花园软管，你可以看到它就是一条长长的管子。想象一下，一只小昆虫，比如螨虫，在上面爬来爬去。螨虫有两个独立的方向可以选择：沿着软管的长度爬或者围绕其外圈表面爬。因为与软管的厚度相比，螨虫相当小，它可能都意识不到这两个方向中的一个弯成了一个圈。如果螨虫能以某种方式留下记号，它可能会意识到，在绕着软管横向爬行不久后，它就会回到开始的地方。否则，它只会看到两个维度，不会多想。所以，从近处看，软管（的表面）是二维的。

然而，从远处看它并不是二维的。想象一下，你乘坐直升机在郊区上空飞行，俯瞰到有人在用软管浇灌花园。如果你的视力好，你看到的软管可能就是一条细细的线，线的一端有水流出来。对你来说，这条软管看起来肯定就是一维的。你不可能看到一只螨虫在软管表面横向爬行，因为你们之间的距离实在是太远了！所以，从远处看，软管是一维的。

另一种说法是，软管的表面是二维的，但其中一个维度较大，另一个维度是卷曲的。如果你没有能力仔细观察，你只会看到较大的维度，而看不到较小的、卷曲的维度。我们可以想象弦理论的情况也非常相似：在空间的九个维度中，有六个维度是紧紧卷起的，只有三个维度是较大的。它们的大小差距格外大，导致在我们看来，这个世界仿佛是四维的，而不是十维的。

“你至少得有这么多能量才能驾驭它”

弦理论家认为，那六个额外的维度卷到了非常小的地步——他们称之为“紧化方向”（compactified directions）。因此，在三个方向上，宇宙是大的，而在另外六个方向上，宇宙是非常非常小的。

可是，难道因为这些额外的紧化方向很小，我们就无法看到它们吗？我们应该还能沿着这些方向运动，只不过我们会马上回到出发点，不是吗？不尽然。因为量子物理学的原因，你需要巨大的能量才能沿着六个紧化方向中的一个前进。这是因为粒子的波函数，顾名思义，是一种波。如果波沿着有无限空间的那个方向行进，那么它的波长是多少都可以。但如果它要沿着紧化方向行进，那么它会很快绕回来，对自身造成干扰。要想让这种干扰不至于产生破坏，它的波长必须得很短才行——至多与那个方向的宇宙半径同样长。

所以，一个沿着极短的紧化方向运动的粒子波长得非常非常短才行，要大约和那个维度的长短一致。而波长短意味着能量大。鉴于许多弦理论家假设这些额外维的大小与普朗克长度差不多，即约为10-35米，一个粒子要在我们大家所熟知和喜爱的三维空间以外的任何其他空间运动所需的能量会非常巨大，而这么大的能量永远不可能在粒子加速器中创造出来。宇宙大爆炸后不久，粒子就拥有了足以支持它们做上述运动的能量，但现在要在宇宙中找一个具有这么大能量的粒子几乎是不可能的。

有的从事弦理论研究的物理学家认为，这些额外维事实上很大（他们所说的“很大”指的是与普朗克长度相比很大，但仍比原子小很多）。如果这是真的，人们可能会在LHC之类的粒子加速器中看到它们。

到底如何卷起来？选择太多了！

不过，这些额外维给弦理论带来了最大的危机。你看，如果你只有一个额外维，你想把它变小，基本上只有一个办法，让它像浇水的软管一样卷起来就行了。但如果你有六个额外维，可能性就有很多了，没有人知道到底有多少。人们尝试过估算这么做有多少不同的方式，有人提出了10500这个数字，那可是1后面跟着500个零！而每一种不同的可能性都会带来非常不同的理论，产生不同类型的粒子，不同的自然常数。我们似乎绝不可能猜得到哪一个是正确的，甚至无法得知是否真的有一个能正确描述我们的宇宙的理论。

所以，弦理论的预测能力似乎已经丧失了：起初，似乎“严苛”的弦理论只允许宇宙有一种解释。现在看来，有数以亿计的不同的弦理论，所有的弦理论都有不同的紧化额外维，我们却没有很好的方法来找出哪一种才是正确的。也许这个问题在未来会得到解决，但在本书创作之时（2016年），人们似乎并不比30年前更接近万有理论。