进入21世纪后，物理学领域仍然面临着重大的理论挑战。暗物质的谜团未解，同时相对论与量子力学之间的不兼容问题也持续存在。虽然量子电动力学与狭义相对论可以有效结合，通过狄拉克方程解释了许多微观粒子的相对论性效应，但广义相对论与量子力学之间的矛盾依旧没有解决。
在爱因斯坦的时代，当时的科学界还未完全明确强力和弱力的存在，爱因斯坦主要致力于尝试将引力与电磁力统一在一起，即所谓的大一统理论。
然而，爱因斯坦在大一统理论上并没有取得显著成就。随着物理学的进展，科学家后来发现了强力和弱力，大一统理论的复杂性远超爱因斯坦时期的设想。
自然界的四种基本力量
到了20世纪70年代，科学家们基本明确了自然界存在四种基本作用力：强力、电磁力、弱力和引力，其中前三种均可通过量子力学进行描述，唯独引力最为特殊。
弦理论的最初灵感源于对强力的研究，强力主要作用于夸克之间，而其残留效应则形成了束缚中子和质子的核力。
至于其它三种力的传播者已被发现，例如强力的 胶子 、弱力的W+、W-、Z玻色子以及电磁力的光子，这些均为玻色子。因此，人们推测尚未被发现的引力子也可能是玻色子的一种。
在量子力学的框架下，传播子被视为基本粒子，即它们是最基本的组成单位，不具有更深层的结构。关于夸克以下还有什么，至今无人能提供确切答案。
尽管如此，总有科学家基于猜测提出可能的解释，认为无数基本粒子和它们之间的复杂相互作用以及神秘的引力子可能在更微观的尺度上找到解答。
这个理论便是弦理论，它认为我们现在认为的0维的基本粒子实际上是一维弦振动的结果。虽然膜本身是二维的，但在弦理论中，一维的弦是如何产生的。
弦理论提出，传递强力和弱力的玻色子是开弦形式的。开弦类似于一根未封闭的绳子，它的两端被二维膜挤压，使得由这些弦形成的基本粒子不能在空间自由移动，而是被限制在特定的时空区域内。
除了引力，其他三种力量都是局部传递的。例如，强力被限制在原子核内，一旦离开原子核，其作用便消失。
弦理论能够解释为何在四大基本力中，唯有引力是最普遍的力量。这意味着形成引力子的弦不受二维膜的挤压影响。因此，构成引力子的弦应该是闭弦，因为只有闭弦没有端点，二维膜无法对其端点施加压力。
因此，由闭弦形成的引力子能够自由地在时空中移动，使得宇宙空间充满了引力子，从而使引力成为作用范围最广的力。
尽管弦理论提供了许多解释，但仍有许多问题无法解答，其中之一是如何解释玻色子和费米子之间的相互转换？
根据粒子属性，我们可以将其分为两大类：一类是构成物质的费米子，包括夸克和轻子；另一类是传递力的玻色子，即规范玻色子。
科学家认为玻色子和费米子在更微观的尺度上结构相同，存在某种转换关系，即在弦尺度上通过某种对应关系可以相互转换，这便是玻色子和费米子的对称性。
在最初的弦理论中，并未考虑这种对称性。如果将这种对称性概念纳入弦理论，弦理论便成为超对称弦理论，亦即超弦理论。
目前，超弦理论有五种不同的表述，每种理论的解释也略有不同。为了统一这些理论，可以引入更高维度的M理论， 即包括 十维空间加一维时间的11维时空，将五种超弦理论和超引力理论包含其中。
如果称超弦理论为万有理论，那么M理论则是超弦理论的终极表述。
什么是万有理论？简而言之，就是能解释构成宇宙万物的基本规律。我们总相信，宏观世界的不同物质属性在微观尺度上有着统一的本质。尽管量子力学打破了我们对原子作为最基本单位的旧有认知，但我们依然相信在更基本的层面上存在一种均质的物质，其不同的表现形式构成了宏观世界的多样性。超弦理论正是基于这种信念，我们有理由期待它最终能成为解释一切的理论。
然而，科学家们还有很长的路要走，当前弦理论的研究尚未得到实验验证，并被批评为纸上谈兵。弦理论的实验验证还需要突破许多技术障碍。
毫无疑问，实验是检验所有理论的最终标准。如果未来技术发展到足够的水平，弦理论若不能通过实验验证，它可能会成为科学史上的一个大笑话。但我们仍然希望弦理论能够经受住实验的检验。
