通俗硬核科普：超弦能否成为统一宇宙的理论（一）

经典物理学由伽利略、牛顿等人于17世纪创立，经过多个世纪的发展，日臻成熟，其主要描述的是宏观世界的基本现象和原理。然而随着科学的发展，经典物理受到挑战，如黑体辐射，光电效应，康普顿散射，氢原子光谱实验，波粒二象性实验都无法用它来解释。直到20世纪末科学家们创立量子力学，这些现象才得到合理的解释。量子力学解决了大部分相互作用的难题，除了广义相对论中的引力外。
一、超弦理论的由来

量子力学的出现弥补了经典物理学的不足，但并不能将这个世界乃至宇宙的现象统一起来。多年来科学家一直在寻找或建立统一的宇宙理论， 1968年意大利物理学家加布里埃莱·韦内齐亚诺发现欧拉公式能解释强作用力。后来美国物理学家李奥纳特·苏士侃进一步将欧拉公式理解为类似一小段有弹性可以扭曲的橡皮筋，随后这一理论逐渐发展成为“弦理论” 。今天我们所说的超弦理论就是属于弦理论的一个部分，它是由日本物理学家南部阳一郎等科学家提出。 “超弦理论”是建立在超对称理论（每一种基本粒子都有“伴侣”的超对称粒子）基础上的弦理论，简称“超弦理论” 。
二、超弦理论的核心部分
1.物质由弦构成

众所周知，我们的世界由基本粒子组成，即电子、夸克（上夸克、下夸克）以及夸克的“伴侣”粒子轻子（电中微子和电子）等。其实组成世界的基本粒子多达12种，除了上、下夸克、电中微子、电子外，还有与之性质相同但质量不同的第2代、第3代基本粒子各四种。如果再深入展开讲述的话还有“反粒子” ，由于篇幅有限这里不再赘述。

超弦理论认为，所有基本粒子都是由同一种弦来构成，是的，你没听错，是同一种弦。那么问题来了，同一种弦如何产生不同基本粒子呢？乐器上同一根弦振动的方式或频率不同将产生不同的音调，超弦理论的观点与这个原理类似，即弦振动模式不同产生性质不同的基本粒子。这是不是与道家的思想“道生一，一生二，二生三，三生万物”有异曲同工之妙呢，而弦扮演了“道”的角色，归根结底它就是万物之源。
2.弦的基本知识
想理解超弦理论的知识，须首先试着去接受它的正确性，这是前提。
①弦是最小单位

弦理论认为弦与现实中的丝线、线段、橡皮筋等不同，它是1维物体，没有质量，是最小的单位，不存在“弦的原子”说法。研究认为，弦非常小，长度约为10（-35）米，这是一个什么概念，人体细胞大小约10（-5）米，构成细胞的原子约10（-10）米，可以想象一下弦是多么的小。
②弦的形态及运动

弦可以一分为二，也可以合二为一；弦可伸缩亦可膨胀，也可旋转；弦的两头连接起来形成圈状称之为“闭弦” ，有两个端点的弦称之为“开弦” ， “开弦”连接起来形成“闭弦” ， “闭弦”断开形成“开弦” ，两根“闭弦”可以融合形成一根“闭弦” ，一根“闭弦”也可以分裂成两根“闭弦” 。这些就是“弦”的基本形态和运动。