题目

霍金理论的宇宙中的13维指的是什么?
这13维有时间,空间还有什么?

提问时间：2020-05-22

答案

我不记得有讲到13维,我只记得讲了11维.
这里的多少维当然不是实际中能直接有感观的,比方说三维空间,俺们可以说那到具体到长宽高,这些都是能感觉得.再加一维时间,俺们可以说四维空间.此时俺们还是能够具体感受.但是如果再加一维呢.我们就很难具体直接指出感受,而十一维是怎么来的呢,打个比方,你要描述一个苹果,开始用长宽高,三维的,但是忽然发现不能完全描述,苹果时间摆长了,坏啦,好,再加一维时间来描述,但是忽然又发现这样也不能描述啊,苹果有红的,有绿的,好再加一维描述颜色的,这时候就是五维的了.但是苹果还有各个产地的,那再加一维描述产地,此时苹果就有了六维.总的来说维度并不只限制于长宽高这些,在数学里,一个方面就可以算是一维.十一维空间就是从十一个方面来具体阐述.每个方面归纳为一维,总共就十一维.
说道十一维,有人说是关于超弦理论的.
超弦理论简介
物理学家一直认为自然界有对称,例如亏子与轻子也是三族,又或正反粒子,CPT守衡等等.但物理界并不如我们所想般对称,如CP不守衡,而最大之不对称(asymmetry)是费米子及玻色子之自旋性,费米子要自旋两个圈才可见回原本景象,而玻色子只需自旋一个圈.
物理学家建立了N=8的超对称理论(Supersymmetry / SUSY)统一费米子与玻色子,那是认为这个宇宙除了四维之外,还有四维,这个八维宇宙叫超空间(superspace),然而这额外的四维不可被理解为时间抑或空间,八维宇宙是由费米子居住,物质可透过自旋由四维空间转入费米子居住之八维,又可由八维转回四维,即玻色子可换成费米子,费米子可转换成玻色子,它们没有分别,我们之所以看到它们自旋不同只不过是我们局限于四维而看不到八维的一个假象.
我打个譬喻,你在地球上只会感同到三维(上下前后左右),我们虽然知道时间之存在,然而我们眼睛看不到,眼睛只帮我们分析三维系统,然而有可能这个世界是八维,而因为眼睛只可分辨三维而你无法得知.
科学家称这些一对之粒子为超对称伙伴(supersymmetric partner),如重力微子(gravitino),光微子(photino),胶微子(gluino),而费米子之伙伴叫超粒子 (sparticle),只不过是在费米子前面加一个s,如超电子(selectron).可是我们知道费米子无论怎样转也转不出玻色子,亦没有发现费米子或玻色子转出来的超对称伙伴,例如电子就不是由任何已知玻色子转出来,假如每一玻色子或费米子都有其超对称伙伴,世界上之粒子数将会是现在的两倍.
有认为超对称伙伴质量比原本粒子高很多倍,只存在于高能量状态,我们处于安静宇宙是不能够被看见,只有在极稀有的情形下,超对称伙伴会衰变成普通的费米子及玻色子,当然我们尚未探测到超对称伙伴,否则就哄动啰!
然而在超对称理论背后,弦理论(strange theory)正慢慢崛起,它也是为了统一费米子玻色子.弦理论认为这个世界无论玻色子抑或费米子都是由一样东西－弦(string)所组成,弦就像一条绳子,不过事实上它们真的太小向前地,故它们形成粒状的粒子
The string tension in string theory is denoted by the quantity 1/(2 p a'), where a' is pronounced "alpha prime"and is equal to the square of the string length scale.
String theories are classified according to whether or not the strings are required to be closed loops, and whether or not the particle spectrum includes fermions. In
起初物理学家认为闭弦理论必须是十维,因为只有十维的闭弦理论方可被重正则化(Renormalization),重正则化是物理学家为解决量子电动力学中出现'无限'所用的一个巧妙手法,其中多个无限项问题都与自我作用(self-interation)有关,我举一个电子与电磁场之无限项例子:
电磁力之影响范围遵从平方反比定律,即1除距离之平方,电子与自己的距离是0,故影响自己之范围是1除0,等于无限,由于E=mc2,故电子质量岂非无限大!那和观察结果不乎.重正则化利用无限减无限得有限之方法计出电子质量(因为有限加无限也是无限).
荷兰物理学家Hendrik Kramers认为电子之质量是由两个质量-bare mass及infinite mass组成,利用麦斯威尔方程(Maxwell Equation)计出另一个电子质量,又是无限,用第二个质量减第一个质量,剩下的就是bare mass,即电子正常质量.
当然那不是样样东西都可以重正则化,你要好巧妙地把式定成:(无限)-(无限+少少)=(少少),否则答案会是零,或答案尚是无限,最成功的例子是利用重正则化解释兰伯移动(Lamb Shift),兰伯移动解释在一条轨道上之两粒不同态之粒子(旋上旋下)能量有少许分别,所以旋上电子变成旋下电子会放出21.11cm微波辐射.
事实上现今物理学上一个理论是否可行完全要看它是否可以被重正则化.

超弦理论（特别是杂化超弦理论）,是历史上首次对所有基本粒子和它们的相互作用（即自然中所有的力）提出的一个严肃认真的建议.下一步要从这理论中得出一些预言,并与基本粒子中已知的（或即将测到的）事实进行比较.比较后出现了一个惊人的结果：方程中得出了特征能量或质量（普朗克质量）,这样,超弦理论开始直接显出一种近于完整的统一性.但是,与实验室中可探测现象的能量尺度相比较,等价于普朗克质量的能量,又太大了.这样,在实验室多少可以直接研究的基本粒子,统统属于超弦理论中的“低质量部分”（low-masssector）.
低质量部分
一群数量很大但又有限的粒子（例如100到200种）,它们的质量低到在可预见的未来出现在加速器实验中.这些粒子和它们的相互作用构成超弦理论中的低质量部分.
所有其他粒子（它们有无限的数量）有巨大的质量,以至它们只能出现在虚效应里（例如量子虚交换时力的出现）.这些虚效应 （virtual effect）中有些可能具有关键的重要性,例如它们可以使爱因斯坦的引力理论成为超弦理论的一部分,而且不会出现不完美的无限性.
标准模型,包括3个费米子家族和它们的反粒子以及已知的12个量子,构成这个统一理论的低质量部分的一部分.引力子和零质量,显然也属于这个低质量部分,如其他已预言的粒子一样.
在物理学的历史上,超弦理论不但是迄今为止唯一的协调了量子力学与广义相对论的量子引力理论,而且提供了统一描写强,电磁,弱及引力等四种基本相互作用的可能性.1995年超弦理论经历了一次突破性的发展:Dirichlet-膜与弦论中各种对偶关系被揭示出来了.这一发现启动了弦论研究的世界性高潮,涌现出了许多重要的研究方向.例如雄心勃勃的"M理论"力图建立起11维的(非微扰的)理论框架,使目前的超弦理论作为它在10维非紧致时空的约化,使11维超引力理论作为它的低能经典极限."超弦唯象学"则力图建立起一个(3+1)维的超弦理论,使之成为10维超弦理论的低能极限,并为目前粒子物理学中的标准模型提供一个可靠的弦论背景.
超弦唯象学是超弦理论发展的主流方向之一.它立足于物理数学逻辑内在自治的超弦微扰论和久经实验考验的粒子物理学(唯象的)标准模型,通过寻找二者的联系,致力于发现超弦理论真正的真空.超弦唯象学的研究将极大地深化人们对时空结构和自然界基本相互作用的理解,是超弦理论最终接受物理实验检验的不可逾越的重要环节.1995年以前人们主要研究了杂化弦的唯象学.随着Dirichlet-膜的发现,现在的研究领域已经扩展到了所有的超弦微扰论.超弦唯象学的研究在国际上很热,美国和欧洲都有许多一流理论物理学家从事该领域的研究工作.然而在我国,就本人所知,只有为数不多的理论物理学家在超弦和M 埋论方面开展工作,且人员大多集中在中科院理论物理研究所,研究方向基本上都集中在M理论.这也许是因为国内的科研传统及有所为有所不为的取舍吧.