什么是弦理论？
弦理论是经过仅用一个元素维度就能够交换一切的物质和受力粒子的表达方式，从而在宇宙的规范描绘上翻开了全新的一页：即微小的振动弦以复杂的方式扭曲和旋转，从理想世界描绘的角度来看，它们看起来像粒子。
弦理论代表了理论物理学家的一个严重幻想-能在一张数学图中描绘一切的力和物质。但是在现今无数的论文中许多曾经希望取得的惊人打破似乎比以往任何时分都指日可待。
虽然如此即便没有比以往任何光芒的进步迹象，所得到的见解也对物理学和数学都留下了深入的烙印。
02弦理论的简化
作为“万物理论”的候选者，弦理论旨在处理各种理论难题。最根本的是重力如何作用于电子和光子等微小物体。广义相对论将重力描绘为诸如行星之类的大物体对空间弯曲区域的反响，但是理论物理学家以为重力最终应表现得更像磁性—冰箱磁铁会粘住，由于它们的粒子正在与冰箱粒子交流光子。
实践上在四品种型的自然力中，从小颗粒的角度来看只要重力缺乏这种描绘，弦论家们能够用数学预测重力粒子的外观，但是当他们尝试计算两个“重力子”撞击在一同会发作什么时，可能会得到无量无尽的能量堆积在一个很小的空间中-这是数学上短少某些东西的特定表达。
弦论呈现在20世纪70年代以来经过方程计算得到一种可能的处理计划是摆脱有问题的点状引力子粒子，粒子行为被描绘能够像琴弦一样的碰撞和反弹，而不是暗示物理学上不存在的无限度张量。著名的理论物理学家玛丽卡·泰勒（MarikaTaylor）表示：“一个一维物体-就是要真正屈从于计算中呈现的这种无限性答案的事物上。”
弦论的数学表达更像是敲打出特定音符长度的音符所取得玻色子的状态属性一样，而折叠并以不同频率振动的另一根音符串会起到相似夸克的作用，依此类推除了重力以外，这种数学表达还能解释诸如电子质量之类是什么的问题。弦理论家们希望下一步是找到正确的数学办法来描绘琴弦十分复杂的折叠和运动。
但是由于理论最初假定的简单性却以意想不到的复杂性为代价-弦论的音符数学在熟习的四个维度（三个空间和一个时间）中不起作用。它至少需求六个额外的维度，这些尺寸只在所谓的普朗克尺度内可见，就像电力线对飞过头顶的鸟类来说像一维线，而关于蚂蚁在电线上匍匐而言，像是3D圆柱体一样。到上个世纪80年代的中期，一批物理学家提出了五种互相矛盾的弦理论，这使本来的问题愈加复杂。
世纪呈现了更根本的理论
在接下来的十年中，探究五种理论之间关系的科学家开端发现意想不到的联络，位于新泽西州普林斯顿高级研讨所的物理学家爱德华·维滕（EdwardWitten）搜集并提出了物理学停顿的新理论，并在年大学弦理论会议上作了引见。维滕以为这五种弦理论在特定状况下均代表了更为根本的11维理论的近似值，就像爱因斯坦的时空相对论相关于牛顿对物体以正常速度运动的描绘那样。
这种新颖的理论被称为M-理论，虽然到目前为止还没有人晓得它可能采用什么数学方式。“M”很可能遭到称为膜的高维物体的启示，但由于这种理论还没有详细的数学方程式，因而M依然是一个未知符号没有任何明白的含义。
试图找到在每种状况都适用的通用方程式的努力简直没有停顿，但是所谓的根底理论的还需求多年的开展，为开发五种弦论的数学理论来说太艰难了，由于描绘弦线的运动太过于复杂，无法用任何可能的技术设备去检测到，凡是事都有个例外譬如能运用热力学来间接检测是描绘黑洞熵的理论。
熵是指能够用来排列系统各局部的办法，只是无法查看黑洞的内部构造是什么，由于黑洞左近连光都无法逃逸，因而没人晓得里面可能存在哪品种型的粒子和性质或者说他们能够采取何种排列方式存在？固然在上个世纪70年代的初期温伯格、霍金等人展现了如何计算熵，这标明黑洞具有某种内部构造，大多数描绘黑洞组成的尝试都没有完成，艰难让他们以为弄清假想弦的构造就能够了。
弦论目前依然面临许多应战，它产生了无数种办法来折叠似乎都契合粒子物理学规范模型普遍特征的额外维度，简直没有给人希望辨别哪种是正确的，而且一切这些模型都依赖于引力子与物质粒子之间的超对称性，就像额外的维数一样，让人奇异的是这些模型似乎也没有描绘不时扩展收缩的宇宙。
许多物理学家例如哥伦比亚大学的彼得·怀特，都将这些与理想的分歧视为致命的缺陷。他在论文中写道：“弦理论统一研讨的不是根本问题，在过去30年来停顿迟缓，而是不断是负面的进步，这个理论的难度让一切都分明地标明了这种想法是行不通和不理想的。”
或许今天的模型过于简单化，将来的版本可能会内置补充宇宙学收缩和缺乏超对称性等特征，虽然新的引力波天文学时期可能会带来有关量子引力信息的新音讯，但经过继续将数学深化研讨弦论将会给科学带来获得更大的进步。
弦论的数学理论需求六个额外的尺寸（总共10个），这些尺寸仅对小弦可见，就像电力线对飞过头顶的鸟类来说像一维线，对蚂蚁在电线上匍匐来说像一维3D圆柱体一样。
04现代弦论将数学理论的焦点重新衔接起来
不论弦论作为万有理论的候选者是如何开展的，仅凭数学功劳就能够确保其作为高产研讨方案的遗产。
当维滕（Witten）等人证明五种弦论是单个理论的不同版本时，他们强调了称为对偶性的重要性，事实证明对二元对偶性有着对数学和物理学愈加严重的奉献。
对偶性是两种状况之间的笼统数学关系，它们看起来不同，但能够从一种状况转换为另一种状况。例如思索信誉卡上的鸟形全息图，是2D还是3D？在物理意义上贴纸是平整的但在视觉意义上图像具有深度，两种描绘都同意全息图包含一只鸟。
物理学家曾经运用相似的对偶性来联络起看似无关紧要的数学分支例如几何学和数论，其实每种言语都应作为一种独立的言语运转，但是双重性使数学家能够将一种言语转换为另一种言语，从而经过运用在另一种框架中停止的计算来处理在一种框架中无法处理的问题，其他二元性是有助于克制量子计算中的应战。就像一些物理学家调侃数论一样：“这不会使下一代iPhone成为理想，但它可能会使iPhone顺应22世纪。”
弦论说明衔接不同数学范畴的暗网才能终究是标明其潜力不同的标志，还是仅仅是侥幸的巧合，依然是一个争论的话题。维滕最近在一所高等研讨院的演讲中供认，弦理论将演化为完好的物理理论，他的直觉通知他这种理论开展这么多年依然是研讨范畴的前沿。他对观众深入地说：“对我来说，人类偶尔发现一个令人很难想象的构造，这对既定的物理理论以及如此众多的数学分支提供了太多的理解，这是继上个世纪不断以来都不曾有的。”
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