90年代初，弦理论处于理论发展的两难境地。几十年来，理论物理学家一直致力于认为现实的基本组成是微小的振动弦。

这是一个潜在的革命性想法，它可以将自然的所有力量和所有组成部分统一到一个和谐的画面中。然而，令人头疼的是弦理论有五个独立的候选项，每个候选项看起来都与其他候选项完全不同。哪一个可能是对的？

五种不同的弦理论

这五种不同的弦理论有几个共同点：第一，都涉及弦；它们还要求宇宙总共有10个维度(通常是3个空间维度，加上1个时间维度)和6个以上的微观维度，微观维度非常小，在亚微观尺度上自我卷曲。在所有的理论中，弦的振动模式带来了我们物理世界的丰富性，从自然力到物质的基本构成，再到物理常数本身。

但是说到物理理论，细节很重要，五个竞品弦模型在细节上是不一样的。有些理论只有闭弦，有些则允许开弦和摆弦。一些理论只允许振动在弦上向一个方向传播，而另一些理论允许两个方向都传播。有些理论是其他理论的结合。有兴趣的可以参考这五种弦论的名称：Type1，TypeIIA，TypeIIB，SO(32)异源性，E8 xe 8异源性。

显然，它们不可能都是对宇宙的正确描述，但哪一个才是& quot真实& quot弦理论和哪个是假的？问题是弦理论是不完整的(今天依然如此)。比如没有弦论的最终方程，是物理学家用描述理论的方式来描述的，就像爱因斯坦的引力方程或者麦克斯韦方程用来描述电磁学一样。理论物理学家只能寄希望于，却无法证明一个接近实际理论的近似。所以五种弦理论代表了五种不同的近似，不可能决定哪一种是最好的。

双重性

年，1995年，著名的理论物理学家爱德华威滕在一次关于弦理论的年会上发表了演讲。他在演讲中提出了一个创新性的建议：也许五弦论终究没多大区别。事实证明，这五种理论之间存在着一种有趣的关系，这种关系被称为二元性或对称性。比如关于弦，我们不知道它们的相互作用有多强。但是，如果你采取，比如说，类型1，并增加其相互作用的强度，你最终会得到一个较弱版本的SO(32)杂合。

还有更多。有时候一根弦可以以一定的动量在一个微小的卷曲维度上缠绕一定的圈数，但它的双重性会使缠绕的数量和动量发生逆转。TypeIIA和TypeIIB弦理论就是通过这样的二元性联系在一起的。这些二元性说明这五个弦理论在某种程度上是有联系的，都在探索更深层次的东西。通过遵循所有二元性，通过尝试五种弦理论中的两种二元性，可以猜到更深层次的东西：

有时你从其他几个理论中得到一个链接，有时你得到一个新的二元性。那是什么& quot新地方& quot刻薄？爱德华威登建议称之为& quotm理论& quot。在我们真正理解它之前，& quotM & quot可以解释(如& quot膜& quot).m理论就像一个超弦理论，它表明所有五个弦理论实际上只是一个更大更神秘理论的一个小角落。理论物理学家过去认为五弦理论是独立的行星，理论和数学探索仅限于这些行星上的小岛。

M理论

但是M理论表明所有这些岛屿实际上一直共享同一个更大的星球。M理论的一个奇怪的特点(我们对它知之甚少)是，弦理论似乎只是真实情况的低能近似，而现实需要的不是宇宙的10维，而是11维。更重要的是，现实的基本对象不再是弦，而是d膜。"Brane & quot只是一个描述多维振动事物的花哨词，而字母& quotD & quot表示尺寸，范围从1个膜(串)到2个膜(片)到3个膜(点)等等。

很大程度上，这些片子地位低下，大部分只是像琴弦一样起作用。11维在宏大的宇宙交响乐中并没有太大的作用。另外，人们对M理论知之甚少。弦理论学家通常在五个常见系统中的一个系统中工作，因为它们已经被很好地研究了几十年，额外维度和电影的引入使得本已激烈的弦理论数学雪上加霜。尽管如此，理论家们仍在继续探索这一边缘，希望给& quotM & quot在M理论中有一天。

博科公园|作者：保罗萨特(天体物理学家，纽约州立大学石溪分校)

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