下周《司天监的秘密》内容预告：

☯️《多维空间与诸天仙境》

《弦理论：十维空间》

20世纪60年代，物理学界陷入了一场危机。一方面，广义相对论完美描述了宏观宇宙，但在微观尺度下失效；另一方面，量子力学准确解释了微观粒子的行为，却无法容纳引力。科学家们意识到，需要一种全新的理论来统一这两大支柱。

1968年，意大利物理学家加布里埃莱·韦内齐亚诺在研究强核力时，偶然发现了一个数学公式——欧拉β函数。

这个公式能够完美地描述强核力的作用规律，但韦内齐亚诺当时并不知道这个公式的物理意义。直到1970年，美国物理学家伦纳德·萨斯金德、霍尔格·尼尔森和南部阳一郎才各自独立地发现，这个公式其实描述的是一种一维的“振动的弦”。

这一发现标志着弦理论的诞生。弦理论认为，宇宙最基本的单元不是点状粒子，而是一根根极细的“弦”。这些弦的长度只有普朗克长度（约10⁻³⁵米），比质子还要小千亿亿倍。不同频率的弦振动，会产生不同的粒子——就像吉他弦的不同振动频率会弹出不同的音符，弦的不同振动模式对应着电子、光子、夸克等不同的基本粒子。

但弦理论的发展并非一帆风顺。在20世纪70年代，量子色动力学（QCD）成为描述强核力的主流理论，大多数物理学家都转向了QCD的研究，弦理论的研究团队急剧萎缩，只剩下约翰·施瓦茨、迈克尔·格林等少数几个人坚持下来。

加来道雄在《超空间》中回忆道：“那是弦理论最黑暗的时期，我们被主流物理学界边缘化，申请科研经费被拒绝，发表论文也困难重重。但我们始终相信，弦理论蕴含着宇宙的终极真理”。

1984年，施瓦茨和格林取得了重大突破。他们发现，在十维时空（9个空间维度+1个时间维度）中，弦理论的方程式可以消除量子力学中的“反常”，实现数学上的自洽。

如果宇宙是三维或四维的，弦理论的方程会出现逻辑崩溃，比如概率变为负数，这在物理学中是不可能存在的。只有当空间维度达到9维，加上1维时间，总共10个维度时，数学体系才能完美自洽，引力和量子力学才能真正统一。

这一发现引发了物理学界的“第一次超弦革命”，沉寂多年的弦理论重新成为研究热点。

加来道雄在《平行宇宙》中写道：“十维空间的要求，并不是物理学家的主观臆想，而是数学自洽性的必然结果。就像解方程时必须满足特定的条件，弦理论要想统一宇宙中的所有力，就必须存在十个维度”。

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