理论，现在被称为M理论。M代表mistery、mother或membrane。从第二次革命至今，弦论一直有持续的快速的进展，无疑地已成为高能物理研究的主流之一。

（四） 现况与展望

　　造成第二次革命中对偶性的研究可以突飞猛进的原因之一，是发现了弦论中除了一维的弦之外，还有其他维数的物体。要了解这一点，必须先介绍「孤立子」（soliton）的概念。孤立子最早是在水中被发现。水是由水分子所组成，水分子的振动形成水波。大部分的水波生成之后会慢慢消退，但是某些特殊形状的水波可以维持不变一段很长的时间，这种水波即所谓的孤立子。曾有人跟随一个渠道中的孤立子行进数英里，而孤立子仍几乎保持不变。场论中，基本粒子的某些特殊集体振动形式也会形成孤立子。孤立子够小时，看起来也像一个粒子，但是弦论中有许多种不同的孤立子，各有不同的维数。有趣的是，虽然在一个理论中基本粒子和孤立子截然不同，但是某一理论中的孤立子可能对应到其对偶理论的基本粒子，而基本粒子却对应到孤立子。因此，弦论中一维物体的独特角色被淡化了，各种不同维数的物体地位平等地存在於弦论之中。 　　弦论的预测之一，是时空的维数为十维。虽然我们的经验告诉我们时空只有四维，但理论物理学家已有许多方案可以解释为何十维的时空看起来可以像是四维的。可能之一，是多出的六维缩得很小，所以没被观测到。另一个可能，是我们其实活在一个四维的孤立子上。有趣的是，时空的维数可以是弦论的预测之一；过去从未有过这样的理论。但另一方面，有另一个弦论的对偶理论，它的时空是十一维的。（这个理论也是M理论的一种表示方式。）这是因为时空的形状及维度，要看我们如何定义其测量方法才有意义；不同理论中的时空定义不一定恰好相同。 　　弦论研究的重要成果之一，是计算出某些（特别简单的）黑洞的乱度。虽然霍金（Hawking）很久以前就预测出黑洞乱度的公式，但因为缺乏一个量子重力理论，无法真的根据乱度的定义直接算出结果。另一个量子重力理论应有的性质-全像原理（也与霍金的黑洞乱度公式有关），最近也在弦论中得到实现。有关於量子重力学的更基本也更有趣的问题是：时空到底是什么。在弦论中，时空所有的性质都可以从理论中推导出来。在一些假想的情况中，时空的性质可以和我们的经验大不相同。事实上，在大爆炸初期，时空的性质很可能的确非常不同。根据量子力学，要探测小尺度时空内的现象，必然伴随著大的能量不确定性，而根据广义相对论，这会造成时空结构上大的不确定性。结果是，一般经验中平滑的、由无线多点构成的有关时空的概念，不可能在接近普朗克尺度（约10^(-37) m）时适用。数学上一般的几何概念对普朗克尺度下的时空并不适用。数学上所谓的「非交换几何」，是古典几何的一种推广，有可能可以用来描述普朗克尺度下的时空。近来在弦论中已经发现一些假想情况中的时空的确可以用非交换几何来描述。 　　虽然弦论的研究至今不能告诉我们为何电子是如此重，或计算出任何当今技术可及之实验结果，但是因为它要解决的问题是如此复杂困难（例如要了解为何宇宙中有这些物质和交互作用、为何时空是四维的等等），而且因为没有其他任何一个理论在这个目标上的进展可与之比拟，弦论无疑地仍是值得继续努力研究的方向。 　　——台大物理系 贺培铭 2001/2/3^[1]

弦论研究的历史

弦论的发现

　　弦论的发现不同于过去任何物理理论的发现。 一个物理理论形成的经典过程是从实验到理论，在爱因斯坦广义相对论之前的所有理论无不如此。一个系统的理论的形成通常需要几十年甚至更长的时间，牛顿的万有引力理论起源于伽利略的力学及第谷，开普勒的天文观测和经验公式。一个更为现代的例子是量子场论的建立。在量子力学建立(1925/26)之后仅仅两年就有人试图研究量子场论，量子场论的研究以狄拉克将辐射量子化及写下电子的相对论方程为开端，到费曼 (Feynman)，薛温格(Schwinger) 和朝永振一郎 (Tomonaga) 的量子电动力学为高潮，而以威尔逊(K. Wilson)的量子场论重正化群及有效量子场论为终结， 其间经过了四十余年，数十甚至数百人的努力。 广义相对论的建立似乎是个例外，尽管爱因斯坦一开始已经知道水星近日点进动，他却以惯性质量等于引力质量这个等效原理为基础，逐步以相当逻辑的方式建立了广义相对论。如果爱因斯坦一开始对水星近日点进动反常一无所知，他对牛顿万有引力与狭义相对论不相容的深刻洞察也会促使他走向广义相对论。尽管同时有其他人如阿伯拉汗(Max Abraham)，米(Gustav Mie)试图改正牛顿万有引力，爱因斯坦的从原理出发的原则使得他得到正确的理论。 　　弦论发现的过程又不同于广义相对论。弦论起源于一九六零年代的粒子物理，当时的强相互作用一连串实验表明存在无穷多个强子，质量与自旋越来越大越来越高。这 些粒子绝大多数是不稳定粒子， 所以叫做共振态。当无穷多的粒子参与相互作用时，粒子与粒子散射振幅满足一种奇怪的性质，叫做对偶性。 1968年，一个在麻省理工学院工作的意大利物理学家威尼采亚诺 (Gabriele Veneziano) 翻了翻数学手册， 发现一个简单的函数满足对偶性，这就是著名的威尼采亚诺公式。 应当说当时还没有实验完全满足这个公式。很快人们发现这个简单的公式可以自然地解释为弦与弦的散射振幅。 这样，弦理论起源于一个公式，而不是起源于一个或者一系列实验。伯克利大学的铃木 (H. Suzuki) 据说也同时发现了这个公式，遗憾的是他请教了一位资深教授并相信了他，所以从来没有发表这个公式。所有弦论笃信者都应为威尼亚采诺没有做同样的事感到庆幸，尽管他在当时同样年轻。

弦论研究的转变

　　弦论又可以说是起源于一种不恰当的物理和实验。后来的发展表明，强相互作用不能用弦论，至少不能用已知的简单的弦论来描述和解释。强相互作用的最好的理论还是场论，一种最完美的场论：量子色动力学。在后来的某一章内我们会发现，其实弦论与量子色动力学有一种非常微妙，甚至可以说是一种离奇的联系。作为一种强相互作用的理论，弦论的没落可以认为是弦论有可能后来被作为一种统一所有相互作用的理论运气，更可以说是加州理工学院史瓦兹 (John Schwarz) 的运气。想想吧，如果弦论顺理成章地成为强相互作用的理论，我们可能还在孜孜不倦地忙于将爱因斯坦的广义相对论量子化。不是说这种工作不能做，这种工作当然需要人做，正如现在还有相当多的人在做。如果弦论已经成为现实世界理论的一个部份，史瓦兹和他的合作者法国人舍尔克 (Joel Scherk)也不会灵机一动地将一种无质量，自旋为2的弦解释为引力子，将类似威尼采亚诺散射振幅中含引力子的部份解释为爱因斯坦理论中的相应部份，从而使得弦论一变而为量子引力理论！正是因为弦论已失去作为强相互作用理论的可能，日本的米谷明民 (Tamiaki Yoneya) 的大脑同时做了同样的转换，建议将弦论作为量子引力理论来看待。他们同时还指出，弦论也含有自旋为1的粒子，弦的相互作用包括现在成为经典的规范相互作用，从而弦论可能是统一所有相互作用的理论。 　　这种在技术上看似简单的转变，却需要足够的想象力和勇气，一个好的物理学家一辈子能做一件这样的工作就足够了。我们说的史瓦兹的运气同时又是弦论的运气是因为史瓦兹本人的历史几乎可以看成弦的小历史。史瓦兹毫无疑问是现代弦论的创始人之一。自从在1972年离开普林斯顿大学助理教授位置到加州理工学院任资深博士后研究员，他“十年如一日”，将弦论从只有几个人知道的理论做成如今有数千人研究的学问。他也因此得以摆脱三年延长一次的位置，终于成了加州理工学院的正教授。因为他早期与格林 (Michael Green) 的工作，他与现在已在剑桥大学的格林获得美国物理学会数学物理最高奖，2002年度的海因曼奖 (Heineman prize)。

弦论发展的革命

　　按照流行的说法，弦本身经过两次“革命”。经过第一次“革命”，弦成为一种流行。一些弦论专家及一些亲和派走的很远，远在1985年即第一次“革命”后不久，他们认为终极理论就在眼前。有人说这就是一切事物的理论 (TOE=Theory of Everything)，欧洲核子中心理论部主任爱利斯 (John Ellis)