非常感謝小伙伴“王超行俠仗義”的信任和邀請。

雖然您所提的問你題已經(jīng)超出了我一個物理系本科生的能力范圍之外了，但是我仍然希望能用自己了解的一鱗半爪，對這個問題進行一下解答。

一、弦理論的前世

量子力學(xué)和相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石。其中發(fā)展最為迅速的是量子力學(xué)，然而量子力學(xué)在發(fā)展過程中遇到一個最大的問題就是引力，到現(xiàn)在引力的量子化工作也沒完成，換成咱們都明白的意思就是大統(tǒng)一理論或者說是大統(tǒng)一模型沒有建立起來。無數(shù)的科學(xué)界大牛，倒在了前進的路上，直到今天也只是一個半經(jīng)典的的公式。

二、引力量子化的困境

了解量子力學(xué)的人都知道，量子力學(xué)是用算符來描述的，所謂的引力量子化，就是把度規(guī)看做是算符，然后利用度規(guī)及其共軛的動量算符的對易關(guān)系來決定它們。在量子力學(xué)和量子場論中的對易關(guān)系是同時關(guān)系，所以引力場的量子化算符必然要定義在時空的類空間隔上。然而，要想知道兩點的間隔是否類空，就必須首先知道該處的度規(guī)張量的真空期待值算符應(yīng)該是由量子引力算符來決定的，而建立這個算符又必須先知道度規(guī)的預(yù)期值，理論就陷入了邏輯循環(huán)。

第二個引力量子化的困難是，引力場量子化之后不能重整化，成為“發(fā)散”的理論。

三、彎曲時空量子場論

在沒有解決引力量子化的困境之前，科學(xué)家們也并不是什么都做不了?，F(xiàn)在物理學(xué)家們可以使用的理論是“彎曲時空量子場論”。這個理論是一個從經(jīng)典引力到量子引力的過渡理論，在理論中，引力場沒有量子化，仍然看作是連續(xù)的彎曲時空，而物質(zhì)場（電磁場、電子場）是量子化的。可以說，現(xiàn)在這個理論還是很靠譜的，它是廣義相對論和量子場論的結(jié)合。當(dāng)然了這種結(jié)合是不自然的。這個理論有點像波爾的量子理論，或者是二次量子化之前的量子力學(xué)；物質(zhì)量子化了，但電磁場卻沒有，電磁場仍看作是連續(xù)的場，不看成光子。但是，在引力量子化沒完成之前，這個理論也是可以解決很多問題的，比如目前對黑洞和早期宇宙的研究成果，都是基于這個理論。

四、弦理論的誕生

我們前面說過引力場量子化之后不能重整化，變成了一個“發(fā)散”的理論，科學(xué)家們?yōu)榱私鉀Q這個問題設(shè)計了種種方案，弦理論就是在這樣的背景下誕生的。比如超引力、圈量子引力、超弦等其實都是試圖客服這個困難而誕生的。1968年，Gabriele Veneziano希望能找能描述原子核內(nèi)的強作用力的數(shù)學(xué)公式，然后在一本老舊的數(shù)學(xué)書里找到了有200年之久的歐拉公式（Euler's Function），這公式能夠成功的描述他所要求解的強作用力。然而進一步將這公式理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的“線段”卻是在不久后由Leonard Susskind(李奧納特·蘇士侃)所發(fā)現(xiàn)，這在日后則發(fā)展出“弦理論”。

五、為什么弦理論會受到科學(xué)家的重視并寄予厚望

熟悉和關(guān)注科學(xué)發(fā)展的小伙伴們都知道，其實現(xiàn)在弦理論這項理論非常難測試，還缺乏很多真正意義上的實驗證據(jù)支持。并需要對我們所描繪的宇宙進行一些調(diào)整，也即宇宙一定存在比我們所知的四維空間更多的時空維度 ?？茖W(xué)家認為這些隱藏的維度可能卷起到非常小以至于我們沒有發(fā)現(xiàn)它們 。然而這并沒有澆滅物理學(xué)家們對弦理論的熱情，這主要是因為，弦理論主要試圖解決表面上的不兼容的兩個主要物理學(xué)理論——量子力學(xué)和廣義相對論——并欲創(chuàng)造的描述整個宇宙的“萬物理論” 。當(dāng)然了，上帝粒子（希格斯粒子）的發(fā)現(xiàn)，對于弦理論來說是一個重大的利好。

通過前面的介紹，我相信小伙伴們已經(jīng)了解了弦理論的前世今生，并對弦理論一定是充滿著無限美好的期待吧。如果您喜歡這類的話題，喜歡科學(xué)，您可以關(guān)注我的賬號，我將不斷為大家提供更多優(yōu)質(zhì)的科普文章。歡迎點贊、評論和轉(zhuǎn)發(fā)，讓我們共同為科學(xué)的發(fā)展貢獻自己的力量。