互动科普

有实验设备的探测能力，无法观测到微小的弦

自然界的最小零件就是弦。那它到底有多小呢？虽然弦的具体长度谁也说不清，但是可以认为，它小得超出我们的想象，无论使用什么样的显微镜或设备，都无法捕捉到弦的身影。

弦的长度，竟然小到1毫米的100亿的100亿的1000亿分之一的尺寸（10^-34米）。我们知道，原子的半径，其尺度约为1毫米的1000万分之一（10^-10米），而原子核的直径大约是原子的10万分之一（10^-15米）。比起它们来，弦可是要小得多得多了。

也存在着“像橡皮圈一样的弦”

弦的形态有两种，一种是像橡皮圈般的“闭弦”，一种是“从某处把橡皮圈切开”般的“开弦”。也可以说，闭弦没有端点，而开弦有端点。

不难理解，只要把开弦的两端连接起来就形成了闭弦，而把闭弦切开就形成了开弦。也就是说，这两种弦在本质上并没有区别。

小提琴琴弦的振动频率超过了肉眼识别的范围，大约为1秒钟振动几百次（10²次）。作为对比，超弦理论中的弦，在1秒钟内居然要振动约“100万亿乘100万亿乘100万亿”次（10⁴²次）。相应地，弦的两端的运动速度，也将达到惊人的自然界最高速度—光速（每秒30万公里）。

光也是弦，引力也是弦

根据超弦理论，光的基本粒子“光子”是一种以最简单的方式振动（基频振动）的开弦。也就是说，太阳每时每刻不停地向宇宙空间中辐射着开弦。

传播引力相互作用的基本粒子“引力子”，是一种以最简单的方式振动（基频振动）的闭弦。太阳和地球之间是依靠引力相互吸引着，而这个引力可以认为是太阳和地球之间“交换”闭弦所产生的。

超弦理论预言世界有9个维度

超弦理论从根本上颠覆了我们的世界观。如果超弦理论是对的，那么根据这个理论计算出的结果就是：这个世界的空间并不是3维的，而是9维的。

到底什么是维度？想想飞舞的蝴蝶吧。它能在长、宽、高3个方向上运动（这3个方向是正交的），就是所谓的3维空间。

但是在超弦理论中，除长、宽、高3维以外，还有6个隐藏的维度（运动方向，与长、宽、高3个方向也是正交的)，它们因为卷曲得很小，所以看不见。这听起来是非常奇妙的事情，但实际上，这些“隐藏起来的维度”即便真的存在，也不会与今天的实验结果以及日常生活中的现象产生什么矛盾。

数学上需要高维空间

因为我们住在3维空间中，所以没有办法在纸上画出，甚至也无法在头脑中想象出9维空间来。在这一点上，物理学家们的处境和我们是一样的，但是他们能够使用数学工具来解决更高维度的问题。

比如说，边长为2厘米的正方形（2维），它的面积是4厘米²（2厘米×2厘米）；边长为2厘米的立方体（3维），它的体积是8厘米³（2厘米×2厘米×2厘米）。由此可以推断出，4维空间中的超立方体，它的“体积”应该是16厘米⁴（2厘米×2厘米×2厘米×2厘米）。这是一个非常简单的例子，说明数学是可以帮助人们处理更高维度的问题的。这样，物理学家们有了数学的帮助，就能对高维空间的现象进行计算了。

（本文发表于《科学世界》2013年第3期）