如果你在談論量子物理學，尤其是它們與現代物理學的關係，那麼你可能會遇到“弦理論”這個術語。這聽起來像是對打結或繫繩的研究，取決於你怎麼看，這與事實相去不遠。
弦理論家的目標不是打結，而是把廣義相對論和量子物理學聯絡起來。這是存在於日常生活中的兩個截然不同的領域，每一個領域都有自己的法則來定義宇宙的各個部分是如何運作的。
廣義相對論是研究“大尺度”的學科。牛頓萬有引力定律（萬有引力的大小與兩個物體的品質之積成正比，而與它們的距離平方成反比）是在適當的範圍內與廣義相對論一致的定律之一。這可以通過觀察史瓦西方程的測地線運動得到。
基本的史瓦西半徑計算，其中R =半徑，G =重力常數，M =黑洞品質，c =光速。
量子物理學是研究“小尺度”的學科。當你觀察量子世界的時候，你會發現幾乎所有的東西都在粒子層面上。這裡的一個想法是量子疊加，你可以得到一個量子位，它同時具有0和1的值，以及介於0和1之間的每一個數字。這主要適用於小粒子，比如光子。
在這兩種情況下，我們得到了兩個非常重要的東西，它們給了我們宇宙的法則。不幸的是，這些定律通常是不一致的，當我們把它們應用到量子上時，我們得到的方程是有意義的，但當我們試著把它們放大時，就完全沒有意義了。
誰把貓從盒子裡放出來了？
這裡，我猜你們聽說過薛定諤的貓，如果沒有，這裡有一個簡短的總結：
盒子裡有一隻貓，裡面有一個放射性元素，一個探測器，還有一瓶毒藥。
這個裝置看起來是這樣的：探測器，放射性元素，和毒藥，都在貓的附近。然而，接下來的事件決定了貓的命運。貓的命運是不能完全知道的，直到我們開啟盒子，貓有兩種狀態一：死亡狀態或活著的狀態。探測器檢測到放射性元素，探測器打碎了毒藥瓶，殺死了貓。結局：貓死了。
或者，放射性元素沒有被檢測到，毒物沒有被破壞，因此貓活了下來。結局：貓還活著。
那麼這隻貓是死是活呢？好吧，我們不知道，直到我們打開了盒子，這意味著，在那一刻到來之前，貓同時是活著的和死的。但是，當您檢視貓時，會假定它處於一種狀態。這就是量子疊加的整個概念；它們在兩種狀態下都存在，直到它們被觀察到，然後它們假設其中一個。
當薛定諤提出這個想法時，它最初被用作一個思維實驗，後來被用來解釋疊加。在現實中，這是行不通的，因為你不能讓一隻貓同時既是活的又是死的，而你可以讓一個粒子同時既是1又是0。
疊加：兩種狀態，直到被觀察到為止，在這種情況下，只有一種狀態可以被認為是粒子的真實狀態。這對經典力學來說不是好兆頭；原因是巨集觀世界中的物體之間的相互作用比粒子之間的相互作用要多。在討論量子領域的粒子時，觀察它們是如何保持量子相干性的也很重要。
量子相干性—量子態的魔術貼
讓我們來看看維持量子態的必要狀態，也就是量子相干態。當一個粒子處於量子相干時，你基本上可以把它想象成疊加；同時處於兩種狀態的能力。
量子相干是一種保持在量子態的能力，可以經歷疊加，也可以是之後的糾纏，在糾纏中，兩個粒子同時代表相同的東西，因為它們被糾纏了。
另一種思考方式是有一個粒子它可以和很多不同的系統相互作用，因此是理想的實驗。
不僅如此，在研究經典力學時，我們還會看到具有可測量性質的物體。然而，當我們進入量子的世界，僅僅因為一個粒子中有些東西是不可測量的，並不意味著它仍然有一個定義的值，因為這個值可能是不同的。
舉個簡單的例子，把它想象成只有你能看到的黑白圖片牆。其中一些圖片實際上是同一件事的視訊，只是視訊中的顏色在不斷變化。然而，那些視訊從你的角度看仍然是不變的，因為你只能看到黑色和白色。
儘管你可以測量其中一個並發現它的顏色，但下一次它將是不同的，因為顏色是不斷變化的。它與粒子相似，不同之處在於粒子可以在未知維度上有多個值，而不是改變一個顏色值並保持一致。
保持這種同時訪問其他維度的能力是我們認為的一致性。然而，當它們失去這種疊加狀態的能力時，就被稱為量子退相干。在退相干中，粒子的行為不再符合附加的量子定律，它們之間的相互作用也更符合經典力學。
當然，這仍然沒有完全回答弦理論是什麼，它只是給出了另一個例子說明這兩套定律是如何不合適地結合在一起的。因此，與其從更多的方面來研究它們的區別，不如讓我們來看看科學家們試圖理解的在已知宇宙中起作用的定律之間的裂痕。
我們宇宙中的弦理論，以及被束縛的東西
所以現在，弦理論家就在這幅圖裡。他們不是像愛因斯坦那樣直接否定量子定律，而是在尋找一種能把一切都聯絡起來的宇宙常數，來解釋為什麼量子定律在保持廣義相對論恆定不變的情況下仍然適用。
弦理論是一個理論框架，它表明在我們的宇宙中存在兩個物體：
量子力學的概念也適用於物理物件，比如電磁場。為了開始理解弦，它們基本上是點狀的量子場論粒子，可以放入一維模型中，稱為弦。弦的長度符合普朗克尺度，即量子引力具有重要意義的水平。後來，玻色子弦理論被稱為超弦理論，試圖解釋所有粒子的運動。
這說明了什麼是可能的維度，儘管弦理論假設有超過10個維度！超出我們通常看到的額外維度。我們通常接受的維度是高度，寬度和長度。然而，廣義相對論把時間作為一個維度，把宇宙變成了四維空間。當我們研究弦理論的時候，我們通常會假設不是四維，而是更多的維。有時是因為物理的某些性質在多維度的假設下更有效。其他時候則是認為已經存在不止一個維度，但所有維度都設法逃脫了檢測。一些維數更多的理論是玻色子弦理論（26維）和m理論（11維）。
二元性——弦理論的觀點。弦理論的主要二元性之一是s -對偶性。這表明，在另一種理論中，一組強相互作用的粒子可以被看作是一組弱相互作用的粒子。另一種版本是t -對偶性，其中某些字串可以圍繞一個迴圈的、交替的維度傳播。二元性並不總是與弦理論相對應——你也可以在量子場論中找到二元性。
這張圖顯示了某些理論中可能存在的二元性。在這三個例子中，我們已經定義了弦理論的基本部分是什麼，以及它們是如何應用的。然而，弦理論最大的問題是所有不同的理論是多麼的相互矛盾，事實上它們沒有得到認可，是因為它們無法通過實驗驗證。
總結：
在已知的宇宙中，有兩種主要的定律體系，它們是廣義相對論(大定律)和量子物理學(小定律)。不幸的是，這些系統在很多時候會發生衝突，因為量子物理學給了粒子一些規則(比如疊加)，而這些規則在廣義相對論的尺度下根本不適用。疊加是粒子同時是0和1的狀態，而不是經典的0或1的狀態。這也可以看作是薛定諤的貓理論。在量子領域保持有效意味著保持量子的一致性。這本質上就是疊加，它是一種允許粒子與一系列不同的系統相互作用的狀態，而不僅僅是一個系統(同時是0和1)。這就是弦理論的應用。弦理論的目標是把這些系統連線起來解釋為什麼一切都是這樣的。它可以包括字串、額外維度和二元性，所有這些都是用來解釋和理解宇宙的。關於宇宙，我們還有很多東西需要了解。我們可能在我的有生之年學不到，你們的有生之年也學不到，但答案就在那裡。我們所要做的就是發現它們。