愛因斯坦在提出相對(duì)論以后，從20年代開始就致力于尋找一種統(tǒng)一的理論來解釋所有相互作用，也就是解釋一切物理現(xiàn)象，愛因斯坦晚年偏離物理界大方向自己研究大統(tǒng)一理論想通過“弱作用，磁場(chǎng)，強(qiáng)作用”來簡(jiǎn)單的解釋宇宙直到他1955年逝世。他幾十年的努力雖未成功，但卻激勵(lì)了后人。愛因斯坦在創(chuàng)建相對(duì)論時(shí)就意識(shí)到，自然科學(xué)中“統(tǒng)一”的概念或許是一個(gè)最基本的法則。還在30年代愛因斯坦就著手研究“大統(tǒng)一理論”，試圖將當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的四種相互作用統(tǒng)一到一個(gè)理論框架下，從而找到這四種相互作用產(chǎn)生的根源。這一工作幾乎耗盡了他后半生的精力，以致于一些史學(xué)家斷言這是愛因斯坦的一大失誤。但是，在愛因斯坦的哲學(xué)中，“統(tǒng)一”的概念深深扎根于他的思想中，他越來越確信“自然界應(yīng)當(dāng)滿足簡(jiǎn)單性原則”。雖然“大統(tǒng)一理論”沒有成功，可是建立統(tǒng)一理論的思想?yún)s始終吸引著成千上萬的物理學(xué)家們。
60年代格拉肖、溫柏格、薩拉姆三位科學(xué)家提出弱電統(tǒng)一理論，把弱相互作用和電磁相互作用統(tǒng)一起來，這種統(tǒng)一理論可以分別解釋弱相互作用和電磁相互作用的各種現(xiàn)象，并預(yù)言了幾種新的粒子，他們因此榮獲1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，1983年實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了理論中預(yù)言的粒子，進(jìn)一步證明了理論的正確性。
今天我們已經(jīng)知道自然界一共有4種相互作用，除了引力相互作用和電磁相互作用外，還有強(qiáng)相互作用和弱相互作用。這4種相互作用強(qiáng)度大小相差懸殊，作用范圍也大相徑庭。例如，引力的強(qiáng)度只有強(qiáng)相互作用力的100萬億億億億分之一，但引力的作用范圍卻非常大，從理論上說可以一直延伸到無限遠(yuǎn)的地方，所以引力是長(zhǎng)程力；而強(qiáng)相互作用力的范圍卻很小很小，只有1厘米的10萬億分之一，所以說強(qiáng)相互作用力是短程力；弱相互作用力也是短程力，力程不到1厘米的1000萬億分之一，強(qiáng)度是強(qiáng)相互作用力的1萬億分之一；電磁力與引力一樣是長(zhǎng)程力，但它的強(qiáng)度要比引力大得多，是強(qiáng)相互作用力的1/137。4種相互作用在性質(zhì)上看來有明顯的差異，然而科學(xué)家們卻在思索：自然界為什么有這4種相互作用？這4種相互作用是否只有差異而無共同之處？這4種相互作用能不能在一定條件下得到統(tǒng)一的說明？從科學(xué)史來看，第一個(gè)認(rèn)真思索并付諸行動(dòng)的是物理學(xué)家愛因斯坦。愛因斯坦在完成廣義相對(duì)論的理論建設(shè)后，就一直在考慮能不能把引力相互作用和電磁相互作用統(tǒng)一起來。
幾乎成了愛因斯坦中老年時(shí)期所要攻克的主要目標(biāo)，然而遺憾的是愛因斯坦終究沒有完成這一偉大的工程。自幼就崇敬愛因斯坦的溫伯格十分贊賞統(tǒng)一思想。但是既然引力和電磁力的統(tǒng)一障礙重重，那能不能先統(tǒng)一其他相互作用呢？從60年代起，溫伯格就著手弱相互作用與電磁相互作用的統(tǒng)一。統(tǒng)一之路并不平坦，溫伯格甚至不清楚該從哪里入手。從50年代末到60年代，在基本粒子理論領(lǐng)域里，對(duì)稱性自發(fā)破缺理論獲得了較大的發(fā)展。例如，李政道和楊振寧在1956年就已發(fā)現(xiàn)弱相互作用里的一種破缺對(duì)稱性（即破缺手征對(duì)稱性）。所謂對(duì)稱性自發(fā)破缺理論，通俗地說，它認(rèn)為一些不同的現(xiàn)象或規(guī)律可追溯到同一源頭，最初有著共同的對(duì)稱性，后來由于種種原因?qū)ΨQ性被自發(fā)地破壞，這樣我們就可以從對(duì)稱性來研究它們的共性，從對(duì)稱性自發(fā)破缺機(jī)制來研究它們的特殊性。1965年起溫伯格也開始了關(guān)于對(duì)稱性自發(fā)破缺理論的研究，并漸漸意識(shí)到這將是通向相互作用統(tǒng)一理論的合適道路。1967年秋，溫伯格終于確定弱相互作用和電磁相互作用可根據(jù)嚴(yán)格的、但自發(fā)破缺的規(guī)范對(duì)稱性的思想進(jìn)行統(tǒng)一的表達(dá)。他的理論結(jié)果發(fā)表在這一年的《物理評(píng)論快報(bào)》上，題目是“一個(gè)輕子的模型”。
這是科學(xué)上第一個(gè)成功的相互作用統(tǒng)一理論。理論中所預(yù)言的中間玻色子W和Z，在1983年被歐洲核子研究中心找到。弱電統(tǒng)一理論的成功，肯定了相互作用統(tǒng)一思想的正確性，促使許多科學(xué)家進(jìn)一步去研究把強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁相互作用統(tǒng)一在一起的大統(tǒng)一理論，以及把引力相互作用也統(tǒng)一進(jìn)去的巨統(tǒng)一理論。
70年代中期，人們進(jìn)一步提出強(qiáng)、弱、電磁三種作用統(tǒng)一的大統(tǒng)一理論。大統(tǒng)一理論的結(jié)論之一是預(yù)言質(zhì)子要衰變，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有矛盾。大統(tǒng)一理論雖然還未獲得成功，但是尋找四種相互作用統(tǒng)一的研究工作不會(huì)中斷，人們?nèi)栽谂实沁@一高峰。
將引力統(tǒng)一到這一圖像中之所以如此困難，是因?yàn)橐εc其他三種自然力相比極其微弱。不過，在某種意義下，引力和電磁力同樣簡(jiǎn)單和易于處理，因?yàn)樗灰笠环N傳達(dá)粒子，即無質(zhì)量的引力子。
約翰'馬隆著《科學(xué)難解之謎》中的一段話說得非常清楚：“在基本粒子層面，引力基本不起作用。一個(gè)電子和的一個(gè)質(zhì)子組成的氫原子，靠的不是引力，而是強(qiáng)度更大的電磁力。到底多大呢？大10^40倍。正如法國(guó)物理學(xué)家和作家蒂阿納所說：‘如果沒有電磁力，僅僅在引力的作用下的話，1個(gè)氫原子就將充滿整個(gè)世界。引力非常微弱，不可能使電子和質(zhì)子結(jié)合的如此緊密.......除非能將引力與其他三種力統(tǒng)一起來，否則就不會(huì)存在‘萬物理論’，或者大統(tǒng)一理論這類的現(xiàn)代科學(xué)的圣杯。
將引力包括到TOE中的困難，可以通過考察四種基本力如何從一種統(tǒng)一的相互作用中‘分裂’出來而得到了解，物理學(xué)家認(rèn)為這種‘分裂’應(yīng)發(fā)生在宇宙由大爆炸中剛產(chǎn)生之時(shí)。光子與中介矢量玻色子和膠子的本質(zhì)差別之一，是光子沒有質(zhì)量，其他粒子卻有質(zhì)量。光子因沒有質(zhì)量而容易被創(chuàng)造，且能夠(原則上)在整個(gè)宇宙范圍內(nèi)傳播。傳達(dá)弱力和強(qiáng)力的玻色子則做不到這點(diǎn)。在一次相互作用中，‘創(chuàng)造’特定玻色子組所需要的質(zhì)量是按照量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理向真空借來的。但測(cè)不準(zhǔn)原理指出，這些所謂的‘虛’粒子能夠不時(shí)出現(xiàn)和隨即消失，條件是它們不能存活過久以避免被宇宙‘注意’到它們的存在。這樣一個(gè)粒子的質(zhì)量越大，它在短暫生存期需要借用的能量越多，它也就必須越快地償還債務(wù)。這就限制了玻色子在完成任務(wù)并消失之前運(yùn)動(dòng)所及的范圍。
但是，當(dāng)宇宙很年輕時(shí)，它浸泡在原始火球的能量大海之中。只要這一能量的密度足夠高，即使是膠子和中介矢量玻色子也能從火球抽取足夠能量而變成真實(shí)的粒子，并在火球中到處游蕩。那時(shí)，它們真正與光子等效，而不僅僅是類似；所有基本相互作用也都是同樣強(qiáng)和遠(yuǎn)程的作用。但是隨著宇宙膨脹和冷卻，它們逐步失去部分能耐，變成了我們今天看到的局限在原子核內(nèi)部的短程粒子。
在這幅圖像中，引力仍然獨(dú)樹一幟。根據(jù)目前的最好理論，當(dāng)作為整體的宇宙溫度為時(shí)，引力與所有其他力一樣強(qiáng)。當(dāng)宇宙開始平緩膨脹和冷卻時(shí)，其他三種力仍然是統(tǒng)一的。但在開始之后秒、溫度達(dá)到時(shí)，宇宙冷卻到不能供養(yǎng)強(qiáng)力的載體，于是強(qiáng)力被局限在今天我們所見的距離以內(nèi)。到秒時(shí)，溫度為，宇宙冷卻到無法維持中介矢量玻色子，于是弱力也變成了短程力。這是在整個(gè)宇宙的溫度與地球上的粒子加速器迄今達(dá)到的最高能量相當(dāng)?shù)臅r(shí)期發(fā)生的——弱電理論之所以比QCD遠(yuǎn)為堅(jiān)實(shí)可靠，這就是原因之一(因?yàn)槟軌蚺c實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較)。
由上述圖像不難看出將引力包括到統(tǒng)一理論中的困難所在。然而有趣的是，還在發(fā)現(xiàn)強(qiáng)和弱兩類相互作用之前，引力就已經(jīng)與電磁力包括到一個(gè)統(tǒng)一理論中了！對(duì)統(tǒng)一理論的這一探討，在兩種‘附加’力發(fā)現(xiàn)之后很多年內(nèi)基本上被人遺忘，而現(xiàn)在看來它算得上是長(zhǎng)期追求萬物之理征途上的領(lǐng)跑人。
廣義相對(duì)論用的曲率來描述引力。阿爾伯特·愛因斯坦提出這一概念后不久，就發(fā)現(xiàn)用與愛因斯坦廣義相對(duì)論方程式等效的方程式來描述五維曲率時(shí)，就得到我們熟知的、與麥克斯韋電磁場(chǎng)方程式并列的愛因斯坦理論中的場(chǎng)方程式。幾年以后的1920年代，引力和電磁場(chǎng)這種五維形式的統(tǒng)一甚至推廣到包括了量子效應(yīng)，這就是后來以兩位開創(chuàng)此項(xiàng)研究的先驅(qū)科學(xué)家姓氏命名的卡魯扎－克萊因理論。
計(jì)算中涉及增加額外維度的所有理論現(xiàn)在都叫做卡魯扎－克萊因理論，但這種處理方法長(zhǎng)期無人采用，因?yàn)?，要把卡魯扎－克萊因理論最初獲得成功后就發(fā)現(xiàn)了的更復(fù)雜的弱和強(qiáng)相互作用效應(yīng)包括進(jìn)來，它要求的就不是一個(gè)而是好幾個(gè)‘額外’維度。如果說光子是第五維度中的漣漪，那么(粗略地說)Z粒子就可以看成是第六維度中的漣漪，等等。
有兩個(gè)原因使這類理論在1980年代再次流行。第一，構(gòu)建大統(tǒng)一理論的嘗試復(fù)雜到了令人厭煩的程度，其中有一些看來無論如何也必須增加額外維度才能進(jìn)行下去。既然總歸需要很多額外維度，為什么不用卡魯扎－克萊因的辦法呢？第二，數(shù)學(xué)物理學(xué)家開始對(duì)弦理論感興趣，在弦理論看來，人們習(xí)慣視為點(diǎn)狀粒子的實(shí)體可描述成一維‘弦’的細(xì)小片斷(遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于質(zhì)子)。弦理論也只有在很多維度下才能‘工作’，但它給我們極為豐厚的回報(bào)——引力。
理論家們以推導(dǎo)各種描述這類多維弦相互作用的方程式自?shī)?，他們發(fā)現(xiàn)有些方程式描述的封閉弦環(huán)正好具有引力描述所要求的性質(zhì)——弦環(huán)實(shí)際上就是引力子。
弦理論（stringtheory）是理論物理學(xué)上的一門學(xué)說。弦論的一個(gè)基本觀點(diǎn)就是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實(shí)際上都是很小很小的弦的閉合圈（稱為閉合弦或閉弦），閉弦的不同振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子。弦論是現(xiàn)在最有希望將自然界的基本粒子和四種相互作用力統(tǒng)一起來的理論。
超弦理論、M理論和黑洞物理學(xué)
超弦理論是物理學(xué)家追求統(tǒng)一理論的最自然的結(jié)果。愛因斯坦建立相對(duì)論之后自然地想到要統(tǒng)一當(dāng)時(shí)公知的兩種相互作用－－萬有引力和電磁力。他花費(fèi)了后半生近40年的主要精力去尋求和建立一個(gè)統(tǒng)一理論，但沒有成功。現(xiàn)在回過頭來看歷史，愛因斯坦的失敗并不奇怪。實(shí)際上自然界還存在另外兩種相互作用力－－弱力和強(qiáng)力?，F(xiàn)在已經(jīng)知道，自然界中總共4種相互作用力除有引力之外的3種都可有量子理論來描述，電磁、弱和強(qiáng)相互作用力的形成是用假設(shè)相互交換“量子”來解釋的。但是，引力的形成完全是另一回事，愛因斯坦的廣義相對(duì)論是用物質(zhì)影響空間的幾何性質(zhì)來解釋引力的。在這一圖像中，彌漫在空間中的物質(zhì)使空間彎曲了，而彎曲的空間決定粒子的運(yùn)動(dòng)。人們也可以模仿解釋電磁力的方法來解釋引力，這時(shí)物質(zhì)交換的“量子”稱為引力子，但這一嘗試卻遇到了原則上的困難－－量子化后的廣義相對(duì)論是不可重整的，因此，量子化和廣義相對(duì)論是相互不自洽的。
目前，超弦理論最引人注目，但它距完成超對(duì)稱統(tǒng)一理論還相當(dāng)遙遠(yuǎn)。粒子理論的一個(gè)重要探索方向是關(guān)于超對(duì)稱統(tǒng)一理論的研究，其目標(biāo)一是把大統(tǒng)一理論擴(kuò)大到包括萬有引力在內(nèi)，從而把四種基本相互作用統(tǒng)一到一起來；二是探索夸克和輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提出“亞夸克”模型，從而把自旋為半整數(shù)的費(fèi)米子和自旋為整數(shù)的玻色子統(tǒng)一到一起。
超弦理論是人們拋棄了基本粒子是點(diǎn)粒子的假設(shè)而代之以基本粒子是一維弦的假設(shè)而建立起來的自洽的理論，自然界中的各種不同粒子都是一維弦的不同振動(dòng)模式。與以往量子場(chǎng)論和規(guī)范理論不同的是，超弦理論要求引力存在，也要求規(guī)范原理和超對(duì)稱。毫無疑問，將引力和其他由規(guī)范場(chǎng)引起的相互作用力自然地統(tǒng)一起來是超弦理論最吸引人的特點(diǎn)之一。因此，從1984年底開始，當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到超弦理論可以給出一個(gè)包容標(biāo)準(zhǔn)模型的統(tǒng)一理論之后，一大批才華橫溢的年輕人自然地投身到超弦理論的研究中去了。
在十維空間中，實(shí)際上有5種自洽的超弦理論，它們分別是兩個(gè)IIA和IIB，一個(gè)規(guī)范為Apin(32)/Z2的雜化弦理論，一個(gè)規(guī)范群為E8×E8的雜化弦理論和一個(gè)規(guī)范為SO（32）的I型弦理論。對(duì)一個(gè)統(tǒng)一理論來說，5種可能性還是稍嫌多了一些。因此，過去一直有一些從更一般的理論導(dǎo)出這些超弦理論的嘗試，但直到1995年人們才得到一個(gè)比較完美的關(guān)于這5種超弦理論統(tǒng)一的圖像。五種超弦統(tǒng)一四大作用力結(jié)構(gòu)模型-圖表
| 一引（重）力 | 二強(qiáng)力。三弱力 | 四電磁力 | |||
| 11維超重（引）力：,大霹靂,引力,奇點(diǎn),－－－+－+++ | 10維大統(tǒng)一力：GUT五種超弦－++++++－－－－++－－－－+－++++－－+－++－－－ | 強(qiáng)作用力：ⅡB型弦（閉弦）ⅡA型弦（閉弦） | －++++++－－++++++－－－－++－－－－－－++－－－ | ||
| 弱作用力：O型雜弦-加-ⅡB型弦(1/4開弦，3/4閉弦)E型雜弦-加-ⅡA型弦(1/4開弦，3/4閉弦) | －+－++++－－++++++－－+－++－－－－－－++－－－ | 陽(yáng)電磁力：O型雜弦(1/2開弦，1/2閉弦)陰電磁力：E型雜弦(1/2開弦，1/2閉弦) | －+－++++－－+－++++－－+－++－－－－+－++－－－ | ||
| 分化方向?→ | ?,→ | ?,→ | ?,→ |
所有的五種超弦理論和M理論都是一個(gè)場(chǎng)基本的理論的不同極限
這一圖像可以有用上圖來表示。存在一個(gè)唯一的理論，姑且稱其為M理論。M理論有一個(gè)很大的模空間（各種可能的真空構(gòu)成的空間）。5種已知的超弦理論和十一維超引力都是M理論的某些極限區(qū)域或是?？臻g的邊界點(diǎn)（圖中的尖點(diǎn)）。有關(guān)超弦對(duì)偶性的研究告訴我們，沒有模空間中的哪一區(qū)域是有別于其他區(qū)域而顯得更為重要和基本的，每一區(qū)域都僅僅是能較好地描述M理論的一部分性質(zhì)。但是，在將這些不同的描述自洽地柔合起來的過程中我閃也學(xué)到了對(duì)偶性和M理論的許多奇妙性質(zhì)，尤其是各種D－膜相互轉(zhuǎn)換的性質(zhì)。
在此我們不得不提到超弦理論成功地解釋了黑洞的熵和輻射，這是第一次從微觀理論出發(fā)，利用統(tǒng)計(jì)物理和量子力學(xué)的基本原理，嚴(yán)格了導(dǎo)出了宏觀物體黑洞的熵和輻射公式，毫無疑問地確立了超弦理論是一個(gè)關(guān)于引力和其他相互作用力的正確理論
將5種超弦理論和十一維超引力統(tǒng)一到M理論無疑是成功的，但同是也向人們提出了更大的挑戰(zhàn)。M理論在提出時(shí)并沒有一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表述，因此尋找M理論的數(shù)學(xué)表述和仔細(xì)研究M理論的性質(zhì)就成了這一時(shí)期理論物理研究熱點(diǎn)。
五種超弦統(tǒng)一:「時(shí)空」「電磁場(chǎng)」「質(zhì)能」「動(dòng)量」「力」「溫度」的結(jié)構(gòu)圖表
| 五種超弦的結(jié)構(gòu) | 超弦名稱 | |
| 時(shí)間=空間彎曲曲率的大?。臻g曲率大-時(shí)間膨脹，空間曲率小-時(shí)間收縮）=閉弦態(tài)引力子卷縮緊化或展開擴(kuò)張的強(qiáng)度 | －+縱－+向－+閉+－弦（以引力子代表,引力質(zhì)量,） | Ⅰ型閉弦 |
| 空間=時(shí)間膨脹收縮的大小(時(shí)間膨脹-空間收縮，時(shí)間收縮-空間膨脹=開弦態(tài)重力子收縮緊化或展開擴(kuò)張的強(qiáng)度 | +－+－－+－+橫向開弦（以重力子代表,慣性質(zhì)量,） | Ⅰ型開弦 |
| 電場(chǎng) | －+－+,+++－,－+－+,+－－－ | O型雜弦（含Ⅰ型開弦）E型雜弦（含Ⅰ型開弦） |
| 磁場(chǎng) | －+++,+++－,－－－+,+－－－ | ⅡB型右旋閉弦ⅡA型左旋閉弦 |
| 質(zhì)量=超弦振幅（引力質(zhì)量）縱質(zhì)量=超弦張力（慣性質(zhì)量）橫質(zhì)量 | +引縱+力質(zhì)+質(zhì)量－量=實(shí)重力(realgravity)－+－+慣性質(zhì)量橫質(zhì)量=視重力(visualgravity)－引縱－力質(zhì)－質(zhì)量+量=實(shí)重力(realgravity)+－+－慣性質(zhì)量橫質(zhì)量=視重力(visualgravity) | O型雜弦（含Ⅰ型開弦）E型雜弦（含Ⅰ型開弦） |
| 動(dòng)量 | －+－+,+++－,－+－+,－－－++－－－,+++－ | O型雜弦（含Ⅰ型開弦）E型雜弦；(1/2)ⅡA型左旋閉弦（含Ⅰ型開弦）;(1/2)ⅡB型右旋閉弦 |
| 力 | －+－+,+++－,－+－+,－++++－－－,+++－ | O型雜弦（含Ⅰ型開弦）E型雜弦,ⅡB型右旋閉弦（含Ⅰ型開弦） |
| 能量 | －+－+,－++++++－,+－－－－+－+,－－－++－－－,+++－ | O型雜弦;ⅡB型右旋閉弦（含Ⅰ型開弦）;ⅡA型左旋閉弦E型雜弦;ⅡA型左旋閉弦（含Ⅰ型開弦）;ⅡB型右旋閉弦 |
| 溫度= | 超弦,振動(dòng)頻率 | 五種超弦 |
道格拉斯（Douglas，MR）等人仔細(xì)研究了D－膜的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了在極短距離下，D－膜間的相互作用可以完全由規(guī)范理論來描述，這些相互作用也包括引力相互作用。因此，極短距離下的引力相互作用實(shí)際上是規(guī)范理論的量子效應(yīng)?；谶@些結(jié)果，班克（Banks，T）等人提出了用零維D－膜（也稱點(diǎn)D－膜）作為基本自由度的M理論的一種基本表述－－矩陣?yán)碚摗?/p>
矩陣?yán)碚撌荕理論的非微擾的拉氏量表述，這一表述要求選取光錐坐標(biāo)系和真空背景至少有6個(gè)漸近平坦的方向。利用這一表述已經(jīng)證明了許多偶性猜測(cè)，得到了一類新的沒有引力相互作用的具有洛侖茲不變的理論。如果我們將注意力放在能量為1/N量級(jí)的態(tài)（N為矩陣的行數(shù)或列數(shù)），在N趨于無窮大的極限下，可以導(dǎo)出一類通常的規(guī)范場(chǎng)理論。許多跡象表明，在大N極限下，理論將變得更簡(jiǎn)單，許多有限N下的自由度將不與物理的自由度耦合，因而可以完全忽略。所有這些結(jié)論都是在光錐坐標(biāo)系和有限N下得到的，可以預(yù)期一個(gè)明顯洛侖茲不變的表述將是研究上述問題極有力的工具。具體來說，人們期望在如下問題的研究上取得進(jìn)展：
（1）全同粒子的統(tǒng)計(jì)規(guī)范對(duì)稱性應(yīng)從一個(gè)更大的連續(xù)的規(guī)范對(duì)稱性導(dǎo)出。
（2）時(shí)空的存在應(yīng)與超對(duì)稱理論中玻色子和費(fèi)米子貢獻(xiàn)相消相關(guān)聯(lián)。
（3）當(dāng)我們緊致化更多維數(shù)時(shí)，理論中將出現(xiàn)更多的自由度，如何從量子場(chǎng)論的觀點(diǎn)理解這一奇怪的性質(zhì)？
（4）有效引力理論的短距離（紫外）發(fā)散實(shí)際上是某些略去的自由度的紅外發(fā)散，這些自由度對(duì)應(yīng)于延伸在兩粒子間的一維D－膜，從場(chǎng)論的觀點(diǎn)來看，這此自由度的性質(zhì)是非常奇怪的。
（5）將M理論與宇宙學(xué)聯(lián)系起來。
顯然，沒有太多的理由認(rèn)為矩陣?yán)碚撌荕理論的一個(gè)完美的表述。值得注意的是矩陣?yán)碚摰拇_給出了許多有意義的結(jié)果，因此也必定有其物理上合理的成分，這很像本世紀(jì)初量子力學(xué)完全建立前的時(shí)期（那時(shí)，普良克提出能量量子導(dǎo)出黑體輻射公式，玻爾提出軌道量子化給出氫原子光譜），一些有關(guān)一個(gè)全新理論的跡象和物理內(nèi)涵已經(jīng)被人們發(fā)現(xiàn)了。但是，我們離真正建立一個(gè)完美自洽M理論還相距甚遠(yuǎn)，因此有必要從超弦理論出發(fā)更多更深地發(fā)掘其內(nèi)涵。在這方面，超弦理論的研究又有了新的突破。
1997年底，馬爾達(dá)塞納（Maldacena）基于D－膜的近視界幾何的研究發(fā)現(xiàn)，緊化在AdS5×S5上的IIB型超弦理論與大NSU（N）超對(duì)稱規(guī)范理論是對(duì)偶的，有望解決強(qiáng)耦合規(guī)范場(chǎng)論方面一些基本問題如夸克禁閉和手征對(duì)稱破缺。早在70年代，特胡夫特（′tHooft）就提出：在大N情況下，規(guī)范場(chǎng)論中的平面費(fèi)曼圖將給出主要貢獻(xiàn)，從這一結(jié)論出發(fā)，波利考夫（Polyakov）早就猜測(cè)大N規(guī)范場(chǎng)論可以用（非臨界）弦理論來描述，現(xiàn)在馬爾塞納的發(fā)現(xiàn)將理論和規(guī)范理論更加具體化了。1968年維內(nèi)齊諾（Veneziano）為了解決相互作用而提出了弦理論，發(fā)現(xiàn)弦理論是一個(gè)可以用來統(tǒng)一四種相互作用力的統(tǒng)一理論，對(duì)偶性的研究引出了M理論，現(xiàn)在馬爾達(dá)塞納的研究又將M理論和超弦理論與規(guī)范理論（可以用來描敘強(qiáng)相互作用）聯(lián)系起來，從某種意義上來說，我們又回到了強(qiáng)相互作用的這一點(diǎn)，顯然我們對(duì)強(qiáng)相互作用的認(rèn)識(shí)有了極大的提高，但是我們?nèi)詻]有完全解決強(qiáng)相互作用的問題，也沒有解決四種相互作用力的統(tǒng)一問題，因此對(duì)M理論、超弦理論和規(guī)范理論的研究仍是一個(gè)長(zhǎng)期和非常困難的問題。
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