經典物理學由伽利略、牛頓等人於17世紀創立，經過多個世紀的發展，日臻成熟，其主要描述的是宏觀世界的基本現象和原理。然而隨著科學的發展，經典物理受到挑戰，如黑體輻射，光電效應，康普頓散射，氫原子光譜實驗，波粒二象性實驗都無法用它來解釋。直到20世紀末科學家們創立量子力學，這些現象才得到合理的解釋。量子力學解決了大部分相互作用的難題，除了廣義相對論中的引力外。

一、超弦理論的由來

量子力學的出現彌補了經典物理學的不足，但並不能將這個世界乃至宇宙的現象統一起來。多年來科學家一直在尋找或建立統一的宇宙理論，1968年義大利物理學家加布裡埃萊·韋內齊亞諾發現尤拉公式能解釋強作用力。後來美國物理學家李奧納特·蘇士侃進一步將尤拉公式理解為類似一小段有彈性可以扭曲的橡皮筋，隨後這一理論逐漸發展成為“弦理論”。今天我們所說的超弦理論就是屬於弦理論的一個部分，它是由日本物理學家南部陽一郎等科學家提出。“超弦理論”是建立在超對稱理論（每一種基本粒子都有“伴侶”的超對稱粒子）基礎上的弦理論，簡稱“超弦理論”。

二、超弦理論的基本理論

1。物質由弦構成

眾所周知，我們的世界由基本粒子組成，即電子、夸克（上夸克、下夸克）以及夸克的“伴侶”粒子輕子（電中微子和電子）等。其實組成世界的基本粒子多達12種，除了上、下夸克、電中微子、電子外，還有與之性質相同但質量不同的第2代、第3代基本粒子各四種。如果再深入展開講述的話還有“反粒子”，由於篇幅有限這裡不再贅述。

超弦理論認為，所有基本粒子都是由同一種弦來構成，是的，你沒聽錯，是同一種弦。那麼問題來了，同一種弦如何產生不同基本粒子呢？樂器上同一根弦振動的方式或頻率不同將產生不同的音調，超弦理論的觀點與這個原理類似，即弦振動模式不同產生性質不同的基本粒子。這是不是與道家的思想“道生一，一生二，二生三，三生萬物”有異曲同工之妙呢，而弦扮演了“道”的角色，歸根結底它就是萬物之源。

2。弦的基本知識

想理解超弦理論的知識，須首先試著去接受它的正確性，這是前提。

① 弦是最小單位

弦理論認為弦與現實中的絲線、線段、橡皮筋等不同，它是1維物體，沒有質量，是最小的單位，不存在“弦的原子”說法。研究認為，弦非常小，長度約為10（-35次方）米，這是一個什麼概念，人體細胞大小約10-5米，構成細胞的原子約10（-10次方）米，可以想象一下弦是多麼的小。

② 弦的形態及運動

弦可以一分為二，也可以合二為一；弦可伸縮亦可膨脹，也可旋轉；弦的兩頭連線起來形成圈狀稱之為“閉弦”，有兩個端點的弦稱之為“開弦”，“開弦”連線起來形成“閉弦”，“閉弦”斷開形成“開弦”，兩根“閉弦”可以融合形成一根“閉弦”，一根“閉弦”也可以分裂成兩根“閉弦”。這些就是“弦”的基本形態和運動。

③主張的9維度空間

正所謂維度指的是空間維數與“能夠相互正交（垂直相交）的線的最大值”一致。我們所生活的空間為3維度空間，即一個能描述的長、寬、高的空間。超弦理論認為我們的空間是9維度空間，其中3維是顯現出來的，而剩餘的6維是捲曲隱藏起來的。3維度我們是可以描述出來的，9維度如何描述？可用數學的方法可簡單給大家解釋，小學的數學告訴我們一個3維立方體的體積是邊長的立方，那麼9維立方體的體積就是邊長的9次方，這樣大家就可以理解了吧。

2。弦把四種“力”的統一起來

眾所周知宇宙中存在的已知四種力，即電磁力相互作用力、強相互作用力、弱相互作用力、引力。

（1）研究表明電子之間總是在不斷交換光子，電子釋放光子給另一電子吸收這個過程中會產生動量，從而出現起電子互相排斥現象，這一過程也是產生電磁力相互作用的過程，光子作為基本粒子充當著傳遞電磁力的角色。

（2）夸克構成了原子核的質子和中子，而夸克之間透過交換膠子產生強相互作用力，強相互作用力能把夸克牢牢結合在一起。

（3）“幽靈”粒子中微子能輕輕鬆鬆穿透地球，當它與電子或夸克接近時，透過交換“弱玻色子”而產生弱相互作用力而發生碰撞。

（4）地球會圍繞太陽公轉，這樣的運動週而復始，之所以產生這種現象是因為萬有引力的作用。廣義相對論認為，大質量天體會使得周圍時空會扭曲，從而形成引力。同樣道理，科學家們假想天體之間透過傳遞“引力子”產生引力。

超弦理論認為宇宙中的一切物質都是由弦構成的，弦與弦之間透過交換（釋放和接收）弦來產生各種力，這樣一來超弦理論就可以把四種力統一起來。

三、宇宙可能是“膜”

隨著對超弦理論深入的研究，科學家們認為閉弦聚集形成了膜狀的物質。而我們所存在的宇宙可能是漂浮於高維度度空間中的膜。

開弦是構成物質的基本粒子以及引力子之外傳遞力的基本粒子，它是開放的弦，兩端可附著在D膜上或隨意移動；閉弦兩端閉合無法附著在D膜上，因此可向更高維度轉移。

與其他三種力相比，引力在我們現實生活中其實很微弱，舉個例，例如握在手中的細鐵絲能被磁鐵所產生的磁力能吸引，而地球相對磁鐵來說大得多，它所產生的引力卻無法對抗小磁鐵。用超弦理論就可以解釋得通，傳遞引力的閉弦（引力子）脫離D膜的束縛向3維空間以外的空間分散，從而導致引力的削弱。

四、物理定律與超弦理論

我們常常覺得無法理解：為什麼我們所存在的宇宙中有諸多物理定律，他們的存在是否是巧合？

根據超弦理論認為，我們所生存的世界不僅是3維而已，還存在多維度，如6個維度等，而諸多的物理法則則是由這些額外的6個維度及D膜的分佈方式來決定的。額外維度的形狀決定著基本粒子的樣子，及基本粒子或物質之間的關聯。

額外維度如果過度捲曲，就會形成“卡比拉-丘流形”（如下圖），這樣就能形成10的500次方種物理定律，這將是很難想象的，宇宙中還有多少不可思議的事情發生呢。

五、超弦理論是否是終極理論？

經過幾十年的研究，超弦理論已經有了很大的發展，已經發展成為了5種理論，即Ⅰ型、ⅡA型、ⅡB型、雜化E8×E8型、雜化SO（32）型等。但超弦理論還存在諸多的不足，大部分還只是停留在理論階段，甚至有很多科學家反對這個理論，稱之為偽科學。超弦理論是否是科學的理論，它能否成為統一宇宙的理論，無論如何相信時間能給出答案，科學能給出答案。