進入21世紀後，物理學領域仍然面臨著重大的理論挑戰。暗物質的謎團未解，同時相對論與量子力學之間的不相容問題也持續存在。雖然量子電動力學與狹義相對論可以有效結合，透過狄拉克方程式解釋了許多微觀粒子的相對論性效應，但廣義相對論與量子力學之間的矛盾依舊沒有解決。
在愛因斯坦的時代，當時的科學界還未完全明確強力和弱力的存在，愛因斯坦主要致力於嘗試將重力與電磁力統一在一起，即所謂的大一統理論。
然而，愛因斯坦在大一統理論上並沒有取得顯著成就。隨著物理學的進展，科學家後來發現了強力和弱力，大一統理論的復雜性遠超愛因斯坦時期的設想。
自然界的四種基本力量
到了20世紀70年代，科學家們基本明確了自然界存在四種基本作用力：強力、電磁力、弱力和重力，其中前三種均可透過量子力學進行描述，唯獨重力最為特殊。
弦理論的最初靈感源於對強力的研究，強力主要作用於誇克之間，而其殘留效應則形成了束縛中子和質子的核力。
至於其它三種力的傳播者已被發現，例如強力的 膠子 、弱力的W+、W-、Z玻色子以及電磁力的光子，這些均為玻色子。因此，人們推測尚未被發現的重力子也可能是玻色子的一種。
在量子力學的框架下，傳播子被視為基本粒子，即它們是最基本的組成單位，不具有更深層的結構。關於誇克以下還有什麽，至今無人能提供確切答案。
盡管如此，總有科學家基於猜測提出可能的解釋，認為無數基本粒子和它們之間的復雜相互作用以及神秘的重力子可能在更微觀的尺度上找到解答。
這個理論便是弦理論，它認為我們現在認為的0維的基本粒子實際上是一維弦振動的結果。雖然膜本身是二維的，但在弦理論中，一維的弦是如何產生的。
弦理論提出，傳遞強力和弱力的玻色子是開弦形式的。開弦類似於一根未封閉的繩子，它的兩端被二維膜擠壓，使得由這些弦形成的基本粒子不能在空間自由移動，而是被限制在特定的時空區域內。
除了重力，其他三種力量都是局部傳遞的。例如，強力被限制在原子核內，一旦離開原子核，其作用便消失。
弦理論能夠解釋為何在四大基本力中，唯有重力是最普遍的力量。這意味著形成重力子的弦不受二維膜的擠壓影響。因此，構成重力子的弦應該是閉弦，因為只有閉弦沒有端點，二維膜無法對其端點施加壓力。
因此，由閉弦形成的重力子能夠自由地在時空中移動，使得宇宙空間充滿了重力子，從而使重力成為作用範圍最廣的力。
盡管弦理論提供了許多解釋，但仍有許多問題無法解答，其中之一是如何解釋玻色子和費米子之間的相互轉換？
根據粒子內容，我們可以將其分為兩大類：一類是構成物質的費米子，包括誇克和輕子；另一類是傳遞力的玻色子，即規範玻色子。
科學家認為玻色子和費米子在更微觀的尺度上結構相同，存在某種轉換關系，即在弦尺度上透過某種對應關系可以相互轉換，這便是玻色子和費米子的對稱性。
在最初的弦理論中，並未考慮這種對稱性。如果將這種對稱性概念納入弦理論，弦理論便成為超對稱弦理論，亦即超弦理論。
目前，超弦理論有五種不同的表述，每種理論的解釋也略有不同。為了統一這些理論，可以引入更高維度的M理論， 即包括 十維空間加一維時間的11維時空，將五種超弦理論和超重力理論包含其中。
如果稱超弦理論為萬有理論，那麽M理論則是超弦理論的終極表述。
什麽是萬有理論？簡而言之，就是能解釋構成宇宙萬物的基本規律。我們總相信，宏觀世界的不同物質內容在微觀尺度上有著統一的本質。盡管量子力學打破了我們對原子作為最基本單位的舊有認知，但我們依然相信在更基本的層面上存在一種均質的物質，其不同的表現形式構成了宏觀世界的多樣性。超弦理論正是基於這種信念，我們有理由期待它最終能成為解釋一切的理論。
然而，科學家們還有很長的路要走，當前弦理論的研究尚未得到實驗驗證，並被批評為紙上談兵。弦理論的實驗驗證還需要突破許多技術障礙。
毫無疑問，實驗是檢驗所有理論的最終標準。如果未來技術發展到足夠的水平，弦理論若不能透過實驗驗證，它可能會成為科學史上的一個大笑話。但我們仍然希望弦理論能夠經受住實驗的檢驗。
