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赫尔曼·外尔曾经说过，“如果我必须在美与真之间做出选择，我会选择美。”外尔曾试图通过强加爱因斯坦的广义相对论来解释电磁学。爱因斯坦指出这个提议导致了一些荒谬的结果，因此这个想法付诸东流。尽管他的数学很优雅，但这不可能是对的。弦理论也会出现这种情况吗？为什么越来越多的物理学家认为弦理论是不完整的，或者完全是错误的呢？ 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1919年，在爱因斯坦发表了他伟大的引力理论后不久，西奥多·卡鲁扎发现了一些奇怪的东西。他在4个空间维度和1个时间维度中玩弄新奇的广义相对论。他发现，在正确的5维时空中，我们可以将生成的爱因斯坦方程分解成一个4维分量，看起来与我们宇宙中熟悉的广义相对论完全一样。还有一个额外特殊的数学，那个数学看起来也很眼熟， 它看起来像麦克斯韦的电磁方程。
也就是说，在这个第五维度中起作用的引力看起来就像被困在我们的4维时空中的电磁。据说爱因斯坦本人对这个想法很高兴，克莱因也在1920年代后期解决了它们没有额外特殊维度的不便。克莱因意识到，如果压缩那个额外的维度，可以获得一个合理的量子理论。 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。 弦理论的诞生这些似乎是致命的缺陷，人们尝试了各种方法来解决这些问题。例如，添加更紧凑的各种形状的维度和振动弦。有许多受卡鲁扎-克莱因启发的理论，弦理论是最著名的。所以，从卡鲁扎-克莱因开始，添加振动弦和额外特殊维度，我们就有了弦理论。
最后一个关键因素是超对称，这是玻色子和费米子之间的理论对称性，它非常优雅地解释了某些异常现象，例如基本力之间强度的巨大差异。它还将费米子引入到仅玻色子版本的弦理论中，以提供超弦理论。 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。 事实上，这些版本看起来彼此根本不同，是分歧的而不是趋同的，甚至是矛盾的。它们几乎没有优雅，甚至可能会被说丑陋或错误。但它们的融合和回归美丽的关键已经被瞥见了。 超弦理论的融合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。 在对偶中，两种描述宇宙力学的明显矛盾的方式会导致完全相同的结果。对偶的出现告诉我们，我们可能无法像我们希望的那样认真对待我们对数学的几何解释。有一种称为T-对偶的对偶类型证明，这些不同版本的弦理论实际上是同一理论的不同表达。弦论中另一种主要的对偶类型是 S-对偶，它是强相互作用弦与弱相互作用弦之间的对偶。S-对偶提供了最后的关键，证明五种不同类型的弦理论都是同一理论的表现。 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。
失败的地方超弦理论的这种融合恢复了弦理论的美感，它似乎再次走上了正确的轨道，那么为什么有些物理学家觉得它错了？从某种意义上说，他们从来都不是真正正确的。这个M理论的东西，它仍然没有很好的定义。 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。 |
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