物理學中未經證實但最精采、最具爭議的理論之一是弦理論 。 弦理論的焦點是貫串物理學幾個宿世紀的思惟本家兒線 ， 作為統一個框架的一部門 ， 在某些層面上 ， 所有分歧的力、粒子、彼此感化和實際表示被綁縛在一路 。 不是四種自力的天然根基力（引力、電磁、強和弱力） ， 而是一種同一的理論涵蓋了所有這些 。

弦理論的焦點不是0維的粒子 ， 而是組成宇宙的一維弦 。 圖片：flickr user Trailfan
在很多方面 ， 弦理論是引力量子理論的最佳競爭者 ， 它在最高能量標準上實現同一 。 盡管沒有嘗試表白 ， 但仍有令人信服的理論依據證實這一點 。 早在2015年 ， 頂尖弦理論學家埃德·威滕就關于弦理論的所有常識寫了一篇文章 。 即使你不是一個物理學家 ， 也是如斯 。



尺度量子場論彼此感化（L） ， 點粒子 ， 弦理論彼此感化（R）和封鎖弦之間的差別 。 圖片：Wikimedia Commons user Kurochka
當談到天然紀律時 ， 在看似不相關的現象之間幾多是有相似之處并值得注重 。 它們背后的數學布局經常是相似 ， 有時甚至是完全不異 。 按照牛頓定律 ， 兩個年夜天體之間引力的體例幾乎與帶電粒子吸引或排斥體例完全不異 。 鐘擺擺動的體例完全近似于彈簧上質量往返移動體例 ， 也近似于行星繞恒星運行的體例 。 引力波、水波和光波都有著很是相似的特征 ， 盡管它們的物理發源底子分歧 。 同樣的 ， 固然年夜大都人都沒有意識到單粒子量子理論以及若何接近引力量子理論也是近似 。



上圖是電子與電子散射的費曼圖 ， 它需要對粒子與粒子之間彼此感化的所有可能進行乞降 。 圖片：Dmitri Fedorov
量子場論的道理是取一個粒子 ， 然后進行數學上的所有可能乞降 ， 不克不及僅僅計較粒子在哪里 ， 以及它是若何達到那邊的 ， 因為天然有一個固有的 ， 根基的量子不確定性 。 相反把所有可能達到它此刻狀況的體例(“曩昔的汗青”部門)加起來用恰當的概率 ， 然后就可以計較單個粒子的量子態 。
若是想用引力來取代量子粒子 ， 必需稍微改變一下這個設法 。 因為愛因斯坦的廣義相對論與粒子無關 ， 而是與時空的曲率有關 ， 所以不克不及對粒子的所有可能的汗青進行平均 ， 代替這一點 ， 可以代替時空幾何的所有可能 。



由愛因斯坦的引力理論 ， 以及由量子物理學支配的其他事物（強、弱和電磁的彼此感化）是支配我們宇宙萬物的兩個自力的法則 。 圖片：SLAC國度加快器嘗試室
在三維空間中工作長短常堅苦的 ， 當物理問題具有挑戰性時 ， 凡是會起首測驗考試解決一個更簡單的問題 。 若是將難度降到一維 ， 工作就會變得很是簡單 。 獨一可能的一維曲面是一個開弦 ， 此中有兩個自力的、不相連的端點 ， 或者是一個閉弦 ， 兩個端點毗連在一路形當作一個輪回 。 此外空間曲率在復雜三維空間中變得眇乎小哉 。
所以若是想插手物質 ， 剩下的就是一組標量場（就像某些類型的粒子一樣）和宇宙常數（就像質量項一樣） 。 粒子在多個維度上獲得的額外自由度并沒有起到很高文用；只要能界說動量矢量 ， 那就是最主要的維度 。 是以在一維中 ， 量子引力就像肆意數目維度中的自由量子粒子 。

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