弦理論在大約30年前以自身的完美而大出風(fēng)頭，志在解決基礎(chǔ)物理學(xué)中的棘手問題，包括調(diào)和相對論與量子力學(xué)之間的矛盾。
在廣義相對論中，事件是連續(xù)的和確定性的，這意味著每一個(gè)原因匹配一個(gè)特定的，局部的影響。在量子力學(xué)中，亞原子粒子相互作用產(chǎn)生的事件以跳躍的方式發(fā)生（量子躍遷），其結(jié)果是有概率的，而不是確定的。
簡單地用微小振動(dòng)的弦環(huán)替換無限小的粒子，借用邁克爾·法拉第的話來說，這似乎太美妙了，不可能不真實(shí)。這些振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生夸克、電子、膠子和光子。量子不確定性無法將時(shí)空撕成碎片，似乎終于有了一個(gè)可行的量子引力理論。
比文字描述更美麗的是其背后的數(shù)學(xué)，它讓一些物理學(xué)家欣喜若狂。可以肯定的是，弦理論帶來了令人不安的影響。這些弦太小，實(shí)驗(yàn)無法探測，而且存在于多達(dá)11個(gè)維度的空間中。這些維度被折疊成復(fù)雜的形狀。沒有人知道這些維度是如何折疊的，但可以肯定的是，某些構(gòu)型最終會(huì)產(chǎn)生我們所熟悉的力和粒子。
許多物理學(xué)家認(rèn)為弦理論會(huì)讓量子力學(xué)和引力統(tǒng)一。
后來物理學(xué)家們意識(shí)到，單一（統(tǒng)一）理論的夢想只是一種幻覺。在上世紀(jì)70年代完成了強(qiáng)大的粒子物理學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”之后，他們希望這個(gè)故事能夠在弦理論身上重演。就像許多成熟的理論一樣，弦理論在一些方面變得豐富、復(fù)雜、難以處理，并具有廣泛的影響力。它的觸角已經(jīng)深入到理論物理學(xué)的許多領(lǐng)域。
弦理論的數(shù)學(xué)已經(jīng)應(yīng)用于宇宙學(xué)和凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域。今天的弦理論看起來幾乎是分形的。人們對任何一個(gè)角落探索得越近，他們發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)就越多。有些在特定的“裂縫”中挖得很深；另一些人則把視野放大，試圖理解更大的模式。結(jié)果是，如今的弦理論包含了很多看起來不再是弦的東西。那些微小的弦環(huán)被認(rèn)為可以滲入到自然界所知的每一種粒子和力中。
甚至當(dāng)弦理論的數(shù)學(xué)工具被物理科學(xué)所采用時(shí)，物理學(xué)家們一直在為如何處理弦理論的中心張力而苦苦掙扎：它是否能讓研究人員了解引力和量子力學(xué)是如何調(diào)和的？
“問題在于弦理論存在于理論物理學(xué)的領(lǐng)域中，”國際IAS的數(shù)學(xué)物理學(xué)家胡安·馬爾達(dá)塞納（Juan Maldacena）說，他可能是當(dāng)今該領(lǐng)域最杰出的人物?！暗覀?nèi)匀徊恢雷鳛橐碚?，它是如何與自然聯(lián)系在一起的。
弦理論作為萬物理論的一個(gè)高潮出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代末，當(dāng)時(shí)馬爾達(dá)塞納揭示了包含五維引力的弦理論與四維量子場理論是等價(jià)的。這種“AdS/CFT”二元性似乎提供了一張地圖，通過將其與古老的、很好理解的量子場理論聯(lián)系起來，來把握引力——這物理學(xué)中最難纏的對象。
這種聯(lián)系從未被認(rèn)為是一個(gè)完美的現(xiàn)實(shí)模型。它所處的五維空間具有“
但當(dāng)研究人員深入研究這種二元性的另一面時(shí)，他們感到驚訝。大多數(shù)人想當(dāng)然地認(rèn)為量子場論已經(jīng)被很好地理解了。事實(shí)證明，我們對它們的理解非常有限。
這些量子場論是在20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的，用以統(tǒng)一狹義相對論和量子力學(xué)。它們在很長一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)作得很好。但是今天，當(dāng)物理學(xué)家們重新審視“你認(rèn)為你在60年前就理解了的那部分”時(shí)，IAS的物理學(xué)家說，你會(huì)發(fā)現(xiàn)“令人震驚的結(jié)果”，這是完全出乎意料的。“我們所理解的量子場論的每個(gè)方面都是錯(cuò)誤的?！?/span>
研究人員在過去十年左右的時(shí)間里發(fā)展了大量的量子場論，每一種都用于研究不同的物理系統(tǒng)。這種新型量子場理論的爆發(fā)讓人不禁想起20世紀(jì)30年代的物理學(xué)，當(dāng)時(shí)一種新型粒子——介子的意外出現(xiàn)讓沮喪的拉比問：“這是誰發(fā)現(xiàn)的？”到20世紀(jì)50年代，新粒子的泛濫使恩里科·費(fèi)米抱怨道：“如果我能記住所有這些粒子的名字，我就會(huì)成為一名植物學(xué)家了?！?/span>
只有當(dāng)物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了更基本的粒子（如夸克和膠子），他們才開始在新粒子的叢林中看清自己的方向?，F(xiàn)在許多物理學(xué)家正試圖用量子場理論做同樣的事情。
共形場理論是一個(gè)起點(diǎn)。你可以從一種簡化的量子場理論開始，這種理論在大大小小的距離上都有相同的表現(xiàn)方式。如果這些特定類型的場論能夠被完全理解，深?yuàn)W問題的答案就會(huì)變得清晰。
也許從弦理論的蓬勃發(fā)展中獲益最多的領(lǐng)域是數(shù)學(xué)本身。IAS的研究人員解釋了一些看似棘手的數(shù)學(xué)問題是如何通過想象一個(gè)字符串來解決的。例如，一個(gè)卡拉比-丘流形（用于描述時(shí)空的復(fù)雜折疊形狀）可以容納多少個(gè)球體？
數(shù)學(xué)家們被困住了。二維弦可以在如此復(fù)雜的空間中擺動(dòng)，當(dāng)它扭動(dòng)的時(shí)候，它就能獲得新的見解，就像數(shù)學(xué)多維套索一樣。這就是愛因斯坦著名的物理思維方式：與光束一起飛行的思想實(shí)驗(yàn)揭示了E=mc^2。從樓上摔下來的想象讓他靈光一閃：引力不是一種力，這是時(shí)空的屬性。
利用弦提供的物理直覺，物理學(xué)家們提出了一個(gè)強(qiáng)大的公式來解決嵌球問題。他們用數(shù)學(xué)家不允許的工具得出了這些公式。然后，在弦理論家找到答案后，數(shù)學(xué)家們用他們自己的術(shù)語證明了它。
弦理論也對宇宙學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)。弦理論在思考宇宙膨脹膨脹背后的機(jī)制中所扮演的角色——在大爆炸后的瞬間，量子效應(yīng)與引力正面相遇——是“驚人的強(qiáng)大”。
膨脹模型在弦理論中以多種方式糾纏在一起，尤其是多元宇宙（多元宇宙的概念是，我們的宇宙可能是無限多個(gè)宇宙中的一個(gè)），每個(gè)宇宙都是由產(chǎn)生我們自己宇宙的相同機(jī)制創(chuàng)造的。在弦理論和宇宙學(xué)之間，無限可能的宇宙的想法不僅被接受，甚至被許多物理學(xué)家視為理所當(dāng)然。選擇效應(yīng)將是一個(gè)非常自然地解釋，為什么我們的世界是這樣的，在一個(gè)非常不同的宇宙中，我們不會(huì)在這里講寫這篇文章。
這種效應(yīng)可能是弦理論本應(yīng)解決的一個(gè)大問題的答案。正如格羅斯所說：“是什么從無限的可能性中挑選出這個(gè)特殊的理論（標(biāo)準(zhǔn)模型）？”
至少，弦理論的成熟版本，提供了強(qiáng)大的新方法來觀察似乎不相容的對自然的描述如何同時(shí)是正確的。對同一現(xiàn)象的雙重描述的發(fā)現(xiàn)在很大程度上總結(jié)了物理學(xué)的歷史。一個(gè)半世紀(jì)前，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋發(fā)現(xiàn)電和磁是一枚硬幣的兩面。量子理論揭示了粒子和波之間的聯(lián)系?，F(xiàn)在物理學(xué)家有了弦理論。
一旦我們用弦而不是粒子來探測空間，看事物的角度就不一樣了。如果用量子場理論從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)太困難，那就在弦理論中重新思考這個(gè)問題。在宇宙學(xué)中，弦理論“以一種更容易思考的方式包裹了物理模型，也許要花上幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間才能把所有這些線索拼湊成一幅連貫的圖景。
愛因斯坦也曾試圖找到一種萬物理論，但也以失敗告終，這絲毫無損于他的天才。也許真實(shí)的情況更像是地圖冊上的地圖，每一張都提供了非常不同的信息，而且各不相同。使用地圖集將要求物理學(xué)家在同一時(shí)間精通多種語言、多種方法。他們的工作將來自許多不同的方向。
我們正處于自量子力學(xué)在20世紀(jì)20年代出現(xiàn)以來最令人興奮的物理時(shí)代。但一切都不會(huì)很快發(fā)生。
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