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弦理论的出现寄托了理论物理学家的梦想，那就是在一张数学图中描述所有力和物质。但是在无数的讨论、会议、论文之后，许多曾经希望实现的惊人突破似乎比以往任何时候都遥遥无期。虽然即使没有任何光辉的进展迹象，但是所得到也对物理和数学留下了深刻的烙印。不管喜欢与否（某些物理学家当然不喜欢），弦理论依然存在。 作为所谓的“万有理论”的候选者，弦理论旨在解决各种理论难题，最基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述为诸如行星之类的大物体对空间弯曲区域的反应，但是理论物理学家认为重力最终应表现得更像磁性-冰箱磁铁会粘住，是因为它们的粒子正在与冰箱粒子交换光子。从粒子的角度看，在自然界的四种力中，只有重力缺少这一描述。理论学家可以预测重力粒子的外观，但是当他们尝试计算两个“重力子”撞击在一起时会发生什么，他们会将无穷无尽的能量聚集在一个狭小的空间中-这是数学上缺乏某种东西的信号。理论学家在20世纪70年代从核物理学家那里借鉴的一种可能的解决方案是：摆脱有问题的点状引力粒子。只有琴弦可以干脆地碰撞和反弹，但并不意味着物理上不可能的无限。  弦理论通过仅用一个元素替换所有物质和受力粒子，从而在宇宙的标准描述上翻开了一页：微小的振动弦以复杂的方式扭曲和旋转，从我们的角度来看，它们看起来像粒子。敲打特定音符的特定长度的弦会获得光子的属性，而以不同频率折叠并振动的另一根弦会起到夸克的作用，以此类推。除了驯服重力，该框架还具有解释诸如电子质量之类的所谓基本常数的潜力。理论学家希望，下一步是找到描述弦的折叠和移动的正确方法，其他一切都会随之而来。  但是最初的简单性却以意想不到的复杂性为代价-在熟悉的四个维度（三个空间和一个时间）中弦数学不起作用。它需要六个附加维度（总共10个），这些维度仅对小弦可见，就像电力线对飞过头顶的鸟类来说像一维线一样，对一只蚂蚁在电线上爬行来说像一维线一样。到20世纪80年代中期，物理学家提出了五种相互矛盾的弦理论，这使问题更加复杂。一切理论都破裂了。 一个更基本的理论出现在接下来的十年中，探索五种理论之间关系的科学家发现了意想不到的联系。五种弦理论在特定情况下都代表了更为基本的11维理论的近似，就像爱因斯坦的时空相对论相对于牛顿对以正常速度运动的物体的描述那样，这种新颖的理论被称为M-理论。尽管到目前为止，还没有人知道它可能采用什么数学形式。试图找到在每种情况下都适用的通用方程式的努力几乎没有进展，但是所谓的基础理论的存在给理论家以信心，为开发五种弦论的数学技术并将其应用于正确的环境提供了必要的知识。那些弦太小了，无法用任何可能的技术检测到，但是理论上的一个早期成功是在1996年发现的其具有描述黑洞熵的能力。  熵是指可以用来排列系统各部分的方式。但是却无法查看黑洞难以穿透的深度，没人知道里面可能存在哪种类型的粒子，或者他们可以采取何种方式。然而，在20世纪70年代初期，斯蒂芬·霍金等人展示了如何计算熵，这表明黑洞具有某种内部结构，但是大多数描述黑洞构成的尝试都没有实现。 弦框架仍然面临许多挑战，它产生了无数种折叠额外维度的方法，并且都符合粒子物理学标准模型的广泛特征，几乎没有希望区分哪种是正确的。而且，所有这些模型都依赖于力粒子与物质粒子之间的等价性，即超对称性。就像额外维度，我们没有观察到，这些模型似乎也没有描述不断扩展的宇宙。 现代弦论连接数学不管弦论是如何发展的，仅凭其数学功绩就可以确保其作为高产研究计划。当科学家证明五种弦论是处于单亲理论的阴影时，还强调了其被称为对偶性的联系，事实证明对二元性是对数学和物理学的重大贡献。对偶性是两种情况之间的抽象数学关系，它们看起来不同，但可以从一种情况转换为另一种情况。  物理学家已经使用类似的对偶性来架起看似无关的数学分支，例如几何学和数论。每种函数都作为一种独立的语言运行，但是双重性使数学家可以将一种函数转换为另一种，从而通过使用在另一种框架中进行的计算来解决在一个框架中无法解决的问题，其他二元性有助于克服量子计算中的挑战。 弦论阐明连接不同数学领域的能力究竟是表明其潜力的标志，还是仅仅是幸运的巧合，仍然是一个争论的话题。人类跌倒在如此令人难以置信的结构上，这让人不敢相信。当然，这种结构也对既定的物理理论以及许多不同的数学分支给予了太多启发。 |
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