弦理论是正确的吗

现代弦理论是物理学中许多美丽思想的融合，为了了解弦理论最终失败的地方，我们需要回顾一下其中一些思想，更接近于弦理论的前身以及所有这些额外维度的起源。

电磁的额外维度

在卡鲁扎-克莱因理论的结果中，第五维度被循环成一个小圆圈。该循环维度中的动量具有电荷的精确行为，旋转方向决定了电荷的符号。这是一个令人难以置信的发现，也是一个美丽的发现。它甚至做出了预测：电荷与电子的质量之比。不过，基于电荷的实验测量值，预测给出的相应的电子质量应该在五千克左右，这显然是错误的。这不是卡鲁扎-克莱因理论第一版的唯一问题，它还预测了一个未知场——膨胀子场，以及一个从未见过的相应粒子。它也没有给出任何超越电磁的东西。

弦理论的诞生

超对称的引入以及对额外维度正确对称性的发现，引发了80年代中期的第一次超弦革命。超弦以令人难以置信的前景开始，因此出现了不同版本的超弦理论。事实证明，有五种方法可以连接超弦：1 型、2 型(A和B)、SO(32)和E8 ×E8。所有这些都需要六个紧凑的额外空间维度，不同的是这些空间的详细几何形状和对称性，以及弦在其中的振动方式。

各种超弦理论展示了我们所说的对偶性。物理学中的对偶性是两个明显不同的数学理论被证明代表相同的物理过程。这些对偶性揭示了某些类别的弦理论实际上是表达完全相同理论的不同方式。或许这些不同版本的弦理论毕竟有一线希望。

最终将它们结合在一起的人是爱德华·威滕。在95年的弦理论会议上，威滕表明，不同的弦理论都只是单一总体理论的不同观点、不同限制的特殊情况，这就是M理论。这里重要的是它增加了一个额外的维度，通过S-对偶连接所有五种超弦理论类型。因此，最初的超弦理论是10维的，而 M 理论是11维的，有 7个隐藏维度。

失败的地方

在所有这些理论中，额外的空间维度都被包裹起来，它们不是简单的循环，而是被称为卡拉比-丘流形的复杂几何形状。这些超维表面中弦的行为只有在理想化的情况下才能理解。但更令人担忧的是，有无数可能的几何形状、无数的卡拉比-丘流形可供选择。压缩维度的每个几何形状都意味着振动弦的一组不同的属性，因此不同的粒子族和不同的物理定律与之相伴，要找到哪个对应于我们的宇宙似乎是一项不可能完成的任务，这就是僵局。

原则上，标准模型存在于弦景观中的某个地方，但在不知道额外维度的几何形状的情况下，这无法验证，我们也无法在标准模型之外做出可测试的预测。基本上所有弦理论都需要超对称性才能起作用，大型强子对撞机的物理学家原本期望能找到超对称粒子，但他们没有。