弦理论
理论物理的一个分支学科
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弦理论（String theory）是理论物理学的学科分支，简称弦论，声称所有物质的基本组成对象不是粒子，而是弦。这些弦像小皮筋一样，非常细也非常强。一个电子可以被设想成为一个弦，它在非常小的尺寸上振动和旋转。超弦指的是考虑了超对称的特殊性后的弦。[1]有时，弦理论也被称为超弦理论，很多资料和文献并未对二者进行明确区分[7][2][3]，这是因为大多数的弦理论问题都是在超弦状态下解决的，因为超弦可以将弦的26维降到10维内讨论，可以解决快子的不稳定因素。[8][9]从弦理论的建立到超弦理论的诞生，一共经历了17年[7]，弦论或超弦被认为是还未被验证的万有 理论，涉及到的领域十分深奥，包括额外维度、量子涨落和黑洞等。[1]
从1968年开始，科学家意识到了弦理论的重要性。研究人员发现相互作用的粒子，也就是强子，它们的散射振幅的高能行为，可以用一个一维弦的动力学来描述。在弦理论中，粒子对应着弦的不同振动模式。弦可以被分成开弦和 闭弦两种。开弦有两个端点，可以在时空中随时间演化出一个两维世界叶面。闭弦是没有端点的闭合圈，可以在时空中演化呈一个等价于柱面的两维面。到了1973年和1974年，很多科学家放弃了进一步研究弦理论，转而研究量子色动力学。之后，进一步研究表明，任何量子力学意义上自洽的弦理论，一定会包含闭弦，也就是包含引力的相互作用。这说明，弦的的尺度大约为普朗克10-35m，同时弦还具有超对称性。1984-1985年爆发了关于超弦的第一次革命，一大批理论物理学家投入了关于该理论的研究。后来，在第二次超弦革命中，非微扰弦取得了重大进展，M理论统一了5种不同的弦理论和11维超引力。M理论除了预言了额外维和超对称性的存在，还为黑洞提供了微观层面的解释。[10]
弦理论发展至今已经有了几个主要的版本，包括玻色弦理论、开弦、闭弦、超弦以及M理论。[4]物理学中一个待解决的问题之一，就是如何实现量子引力化，并将引力与自然界的其他三种基本相互作用，即电磁力、弱相互作用力和强相互作用力统一起来。弦理论被认为是目前唯一能够从理论上解决这个问题的理论。如果弦论中的M理论被证明存在，那就可能会引发一场人类对时空本质、时空维数、相互作用本质，以及暗能量本质的革命性认识改变。[10]