在简要回顾了高维时空理论的发展历程后，本文对膜世界理论，尤其是对由Arkani-Hamed，Dimopoulous和Dvali(ADD)提出的一种膜世界模型进行了研究。尽管有关额外维的理论已十分丰富，但对额外维的实验探索尚处起步阶段，我们至今还未发现额外维。并且，有可能发现ADD模型中额外维的引力扭秤实验难以突破自身实验能力极限，即它对牛顿平方反比律的检验很难达到微米尺度以下。基于此，并考虑到额外维在物理学中的重要性，我们提出了一种从光谱学角度探测ADD模型所预言的可能的牛顿平方反比律在小尺度的偏离并由此寻找额外的空间维存在证据的方法。我们分别以氢原子、μ氢原子、τ氢原子、高原子序数类氢离子和μ原子为例对这一设想进行了讨论。相关的实验也许能够将引力平方反比律的检验推进到纳米尺度，并用来研究ADD模型中两个以上额外维的情况。此外，实验也可对一些基本参数，如额外维的尺度等给出限制。同时，我们也尝试探讨了膜世界理论在早期宇宙的行为。我们将狭义相对论推广至额外维，得到了粒子的量子化能级。通过考虑粒子在温度很高的宇宙极早期的运动情况，我们提出了膜的形成的猜想，即膜并不是自宇宙诞生之初就存在的，而是后来逐渐形成的。在膜形成前，粒子可能是存在于包括额外维和膜(即普通的3维空间)在内的全部空间中的，而不仅仅是在膜上。这一图景至少在极早期宇宙不同于4维的标准宇宙模型。因此我们认为，研究高维宇宙的演化将是十分必要的。此外，从宇宙学的角度出发，我们给出了对膜形成时间的限制，并由ADD模型将此转换为对额外维维数的限制，结果要求存在7个或7个以上的额外维。