In fisica, la teoria delle stringhe (string theory,  "teoria delle corde") è un quadro teorico nel quale le particelle puntiformi sono sostituite da oggetti uno-dimensionali chiamati stringhe. Questa teoria descrive come le stringhe si propagano nello spazio e nel tempo e come interagiscono tra loro.

Dimensioni extra in un dipinto del Maestro Vincenzo Greco
Un esempio di compattificazione. A distanze grandi, una superficie penta dimensionale con una dimension circolare sembra mono-dimensionale.

Nella vita quotidiana, ci sono quattro dimensioni  (3D) dello spazio: altezza, larghezza e lunghezza. La teoria della relatività ristretta tratta il tempo come una quarta dimensione alla pari con le tre dimensioni spaziali, per cui lo spazio e il tempo non sono modellizzati come entità separate, ma sono unificati in uno spaziotempo quadridimensionale (4D). Va considerato inoltre che nella relatività generale la gravità è vista come una conseguenza della geometria dello spaziotempo.

A dispetto del fatto che l'universo è ben descritto da uno spaziotempo 4D, ci sono molte motivazioni per cui i fisici considerano teorie con ulteriori dimensioni. In alcuni casi, modellizzando lo spaziotempo in un numero superiore di dimensioni una teoria diventa matematicamente più trattabile[N 2]; ci sono poi situazioni dove le teorie con due o tre dimensioni spaziotemporali aggiuntive sono utili per descrivere fenomeni in fisica della materia condensata.[16] In questi scenari le dimensioni aggiuntive dello spaziotempo che potrebbero esistere oltre alle 4 canoniche in qualche modo non hanno potuto ancora essere osservate negli esperimenti.[23]

Le varie teorie di stringa richiedono dimensioni extra dello spaziotempo per essere coerenti dal punto di vista matematico. Nel caso delle stringhe bosoniche, lo spaziotempo ha 26 dimensioni, mentre per le superstringhe è 10-dimensionale e in teoria M le dimensioni sono 11.

Visualization of a complex mathematical surface with many convolutions and self intersections.
Una sezione di una varietà di Calabi-Yau quintica
La compattificazione è un modo di modificare il numero di dimensioni in una teoria fisica: si suppone che alcune delle dimensioni extra si "chiudano" su sé stesse a formare dei cerchi.[24] Nel limite in cui queste dimensioni arrotolate diventano molto piccole, si ottiene una teoria in cui lo spaziotempo ha effettivamente un numero inferiore di dimensioni rilevabili. Un'analogia diffusa per questo procedimento è considerare un oggetto multidimensionale come un tubo da giardino. Se il tubo è visto da una distanza sufficiente, sembra avere solo una dimensione, la sua lunghezza, tuttavia, quando ci si avvicina, si scopre che esso contiene una seconda dimensione, la sua circonferenza. Così, una formica che striscia sulla superficie del tubo si muove in due dimensioni

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La compattificazione può essere usata per costruire modelli in cui lo spaziotempo è effettivamente quadridimensionale. Tuttavia, non tutti i modi di compattare le dimensioni producono un modello con le proprietà giuste per descrivere la natura. In un modello in grado di descrivere correttamente la fisica delle particelle, le dimensioni extra compattate devono assumere la forma di varietà di Calabi-Yau,[24] un particolare spazio topologico dotato tipicamente di sei dimensioni. Prende il nome dai matematici Eugenio Calabi e Yau Shing-Tung.[25]

Un altro approccio per ridurre il numero di dimensioni è il cosiddetto scenario "mondo-brana", in cui si assume che l'universo osservabile sia un sottospazio quadridimensionale di uno spazio di dimensioni superiori. In tali modelli, i bosoni della fisica delle particelle nascono da stringhe aperte con gli estremi attaccati al sottospazio quadridimensionale, mentre la gravità nasce da stringhe chiuse che si propagano attraverso lo spazio più grande. Questa idea gioca un importante ruolo nei tentativi di sviluppare modelli basati sulla teoria delle stringhe in grado di descrivere la fisica del mondo reale, e fornisce una spiegazione naturale per la debolezza della gravità rispetto alle altre forze fondamentali.[26]