什麼是弦理論？
在物理學中，弦理論是一個理論框架，在這個理論框架中，粒子物理學中的點狀粒子被稱為弦的一維物體所取代。它描述了這些字符串如何在空間中傳播並相互作用。在比弦尺度大的距離尺度上，弦看起來就像一個普通的粒子，它的質量、電荷和其他性質都是由弦的振動狀態決定的。在弦理論中，弦的許多振動狀態之一對應著重子，一個帶有重力的量子力學粒子。因此弦理論是量子引力理論。
弦理論是一個廣泛而多樣的學科，它試圖解決一些基礎物理學的深奧問題。弦理論已被應用於黑洞物理學、早期宇宙宇宙學、核物理和凝聚態物理等領域的各種問題，並在純數學領域引發了一系列重大的發展。因為弦理論潛在地提供了對重力和粒子物理學的統一描述，它是萬物理論的候選，一個獨立的數學模型，描述所有的基本力和物質的形式。儘管在這些問題上做了很多工作，但弦理論在多大程度上描述了現實世界，以及弦理論在細節選擇上允許多大的自由尚不得而知。
弦理論的發展
弦理論最早是在20世紀60年代末作為強大核力的理論被研究出來的，後來被棄用於量子色動力學。後來人們認識到，正是弦理論的性質使它不適合作為核物理理論，這使它成為一個有前途的引力量子理論的候選者。弦理論的最早版本，玻色子弦理論，只包含了被稱為玻色子的粒子。後來發展成超弦理論，認為玻色子和費米子這類粒子之間存在超對稱性。在20世紀90年代中期，人們推測超級弦理論的五個一致的版本都是在11個維度上被稱為m理論的單一理論的不同極限情況。在1997年末，理論家們發現了一種叫做ad /CFT對應的重要關係，它將弦理論與另一種叫做量子場理論的物理理論聯繫在一起。
M理論
M理論在一個數學結構中統一了弦理論的五個一致的版本(以及超重力粒子描述)。看起來每個理論都在不同的物理狀態下。
成為“萬物理論（theory of everything，簡寫為TOE）”並不容易。一個萬物理論（TOE）有一項非常艱鉅的工作，那就是將重力融入自然的量子規律，在很大程度上，引力就像時空結構中的曲線，就像阿爾伯特·愛因斯坦在他的廣義相對論中所描述的那樣。在某種程度上，時空曲率是由引力子的量化單位的集體效應產生的。但是天真的嘗試去計算重子是如何相互作用的，結果是荒謬的無窮，這表明需要對重力有更深的理解。
弦理論(或者更嚴格地說，M理論)經常被描述為宇宙萬物理論的主要候選者。但是沒有實證證據證明它，也沒有其他關於重力如何與其他基本力結合的觀點。
為什麼弦/ M理論比其他理論更有優勢呢?
這一理論的著名論斷是引力子，以及電子，光子和其他一切，不是點粒子，而是微小的能量帶，或者說“弦”，它們以不同的方式振動。對弦理論的興趣在20世紀80年代中期激增，當時物理學家們意識到它對量化的重力給出了數學上一致的描述。但弦理論的五個已知版本都是“擾動”，意思是它們在某些情況下會崩潰。理論學家可以計算出當兩個重子弦在高能量下碰撞時會發生什麼，但當重子的匯流達到足以形成黑洞的程度時則不然。
然後，在1995年，物理學家愛德華·威滕發現了所有弦理論的母理論。他發現各種跡象表明，微擾弦理論結合在一起，形成了一個連貫的非微擾理論，他稱之為M理論。M理論看起來和絃理論在不同物理環境下的每個弦理論一樣，但它本身並沒有對它的有效性範圍的限制——這是萬物理論的一個主要要求。或者威滕的計算結果是這樣的。加州理工學院的理論物理學家大衛·西蒙斯-杜芬解釋說:“威滕可以在不寫下M理論方程式的情況下提出這些論點，這令人印象深刻，但也留下了許多未解的問題。”
兩年後，物理學家胡安·馬爾達塞納(Juan Maldacena)發現了AdS/CFT通信:在一個叫做反德西特(AdS)空間的時空區域內，將引力與粒子的量子描述(稱為“共形場理論”)聯繫起來，在該區域的邊界上移動。ad /CFT給出了一個完整的m理論的定義，用來描述AdS時空幾何的特殊情況，這些時空幾何被注入了負能量，使它們以與我們的宇宙不同的方式彎曲。對於這樣的想象世界，物理學家可以描述所有能量的過程，原則上包括黑洞的形成和蒸發。在過去的20年裡，有1.6萬篇論文引用了馬爾達塞納的理論，這些論文主要是為了進行這些計算，以便更好地理解AdS/CFT和量子引力。
這個基本的事件序列讓大多數專家認為M理論是最好的萬物理論（TOE）候選者，即使它在我們這樣的宇宙中的確切定義仍然是未知的。這個理論是否正確是一個完全不同的問題。它所定位的弦——以及額外的、彎曲的空間維度，這些弦被認為在其中擺動——比大型強子對撞機(Hadron Collider)所能解析的實驗要小1000億倍。一些可能已經被發現的理論的宏觀特徵，如宇宙弦和超對稱性，還沒有出現。
與此同時，其他的萬物理論（TOE）被認為有各種各樣的技術問題，但還沒有人重複弦理論對數學一致性的證明，比如引力-引力子散射計算。(根據西蒙斯-杜芬(simmon - duffin)的說法，所有競爭對手都沒能完成這一計算的第一步，或第一步“量子修正”。)一位哲學家甚至認為弦理論作為唯一已知的一致理論的地位可以作為這個理論是正確的證據。
與之競爭的理論包括漸近安全引力、E8理論、非交換幾何、以及因果費米子體系等，都遠遠落後於弦理論。例如，漸近安全引力建議，引力的強度可能隨著尺度的變小而發生變化，從而解決計算中出現的無窮大問題。但目前還沒有人知道如何讓這一技巧得到運用。
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