在物理學中，愛因斯坦的相對論能夠很好地解釋宏觀物理現象，而量子力學則能夠很好地解釋微觀物理現象，但兩者很難結合到一起。於是，包括愛因斯坦在內的很多物理學家都在尋求統一場理論，以期把物理學中的四大基本作用力（引力、電磁力、強核力和弱核力）結合在一起。弦理論就是這樣一種理論，它在數學上把相對論與量子力學統一在一起。

一直以來，物理學家認為物質都是由各種亞原子粒子組成的。但在弦理論看來，組成物質的最基本結構是振動弦，而非亞原子粒子，弦的不同振動頻率產生了不同性質的粒子。弦的尺寸極其微小，如果把一個原子放大到整個太陽系，那麼弦還沒有一顆樹大。基於這些微小的振動弦，弦理論能夠優雅地解釋了四大基本作用力。

最初的弦理論建立在十個維度之上，比我們所認知的四維時空多了六維。該理論認為，另外六個維度蜷縮在普朗克尺度上，這是宇宙中最小的可測長度。自弦理論發展以來，物理學家提出了數個似乎都是正確的弦理論。此後，弦理論學家又在數學上增加了第十一維，從而把幾個弦理論統一成M理論。

M理論的第十一維預測了一種新型的弦，它能夠無限延長創造出所謂的膜。根據這個理論，存在著無數個膜，並且每個膜都是一個平行宇宙，這樣就能解決統一引力的問題。雖然物理學的標準模型已經統一了電磁力、強核力和弱核力，但引力仍然難以結合。該問題的部分原因是引力相較於其他三種力非常微弱。而M理論在數學上得出結果，之所以引力非常微弱，是因為它只是從平行宇宙中洩漏出來。

M理論認為，弦可以是開放的，也可以是閉合的。開弦有一個端點附著在它們所在的膜上，使物質包含在膜內。人類被認為是由開弦組成，這就是為什麼我們無法進入其他維度，也無法與其他維度互動。然而，閉弦沒有附著在它們所在的膜上，所以能夠從中洩漏出去。如果傳遞引力的引力子是由閉弦組成，那麼，引力就能從平行宇宙中洩漏到我們宇宙。

此外，弦理論還能解釋宇宙大爆炸。按照現有的理論，宇宙誕生於一個奇點的大爆炸，但物理學家一直不清楚是什麼原因引起的。而根據弦理論，兩個膜的碰撞會導致宇宙大爆炸。

然而，弦理論的最大問題在於它無法得到實驗的證實，目前還只是一種數學方法。因此，對於該理論的批評不在少數。儘管如此，支持者相信，隨著技術的進步，未來將會發現弦理論的證據。

筆者在回答這個問題的時候，正好是2017年的“基礎物理學突破獎”頒發給了三位弦理論家，以表彰他們在弦理論及其對黑洞、宇宙的意義方面取得重大突破。三位獲獎者分別是Joseph Polchinski，Andrew Strominger和Cumrun Vafa，他們共享300萬美元。

那麼什麼是弦理論？

一維的弦構成了宇宙萬物。

根據弦理論，所有的力和自然的粒子都是由微小的扭曲的弦組成。

1995年，Joseph Polchinski表示，該理論還包含兩個維度或更多的物件，稱為“膜（brane）”。

該研究最終開闢了宇宙學中的一個全新分支，就像是漂浮在魚缸中的葉子，膜理論研究的就是這樣漂浮在超空間的島狀宇宙，在更高的維度上彼此碰撞或發生相互作用。

在1996年的一個著名的計算中，斯特魯明格博士和瓦法博士使用弦理論來計算黑洞的資訊內容或熵。他們的結果驗證了史蒂芬·霍金使用更為粗略的方法得到的預測結果，即黑洞會輻射蒸發。

雖然弦理論還未獲得實驗驗證，但突破基金會的創始人Yuri Milner表示：“物理學獎是對智力成果的一個肯定，有時候這可能是提出一個很有創見性的問題，並不是只頒發給給出答案的人。這是和諾貝爾獎的一個重要區別。”