弦

弦是一門理論物理學上的學說。弦理論里的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段“能量弦線”，大至星際銀河，小至電子，質子，夸克一類的基本粒子都是由佔有一度空間(只有長度，沒有寬度的線)的“能量線”所組成。中文的翻譯上，一般是譯作“弦”。

較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由只佔零度空間的“點”狀粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題，但是此理論所根據的“粒子模型”卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，“弦理論”的基礎是“波動模型”，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述“弦”狀物體，還包含了點狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。值得注意的是，由於弦無法被直接觀測，弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準確預測，關於這一點，以下內文會說明。

弦理論的雛形是在1968年由Gabriele Veneziano發現。他原本是要找能描述原子核內的強作用力的數學公式，然後在一本老舊的數學書里找到了有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”卻是在不久後由李奧納特·蘇士侃所發現，這在日後則發展出“弦理論”。

雖然弦理論最開始是要解出強作用力的作用模式，但是後來的研究則發現了所有的最基本粒子，包含正反夸克，正反電子，正反中微子等等，以及四種基本作用力“粒子”（弱作用力粒子W或Z玻色子，強作用力粒子膠子，電磁力粒子光子，以及引力粒子引力子），都是由一小段的不停抖動的能量弦線所構成，而各種粒子彼此之間的差異只是這弦線抖動的方式和形狀的不同而已。

另外，“弦理論”這一用詞所指的原本包含了26度空間的玻色弦理論，和加入了超對稱性的超弦理論。在近日的物理界，“弦理論”一般是專指“超弦理論”，而為了方便區分，較早的“玻色弦理論”則以全名稱呼。1990年代，愛德華·維頓提出了一個具有11 度空間的M理論（目前的超弦理論只有9維空間+1維時間，且有多種分支，“M理論“被認為是統一各分支的”終極弦理論“），他和其他學者找到強力的證據，證明了當時許多不同版本的超弦理論其實是M理論的不同極限設定條件下的結果。這些發現帶動了第二次超弦理論革新。

弦理論與大統一理論

弦理論會吸引這麼多注意，大部分的原因是因為它很有可能會成為大統一理論。弦理論也可能是量子重力的解決方案之一。除了重力之外，它很自然的成功描述了各式作用力，包含了電磁力和其他自然界存在的各種作用力。超弦理論還包含了組成物質的基本粒子之一的費米子。至於弦理論能不能成功的解釋基於目前物理界已知的所有作用力和物質所組成的宇宙，這還是未知數。

在未獲實驗證實之前，弦理論是屬於哲學的範疇，不能完全算是物理學。無法獲得實驗證明的原因之一是目前尚沒有人對弦理論有足夠的了解而做出正確的預測，另一個則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。

科學家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論里主要的超對稱性學說所預測的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了，這仍不能算是可以證實弦理論的強力證據，因為那也只是找到一個本來就存在於這個宇宙的粒子而已，不過這至少表示研究方向是正確的。

弦的長度為10^-34米，每秒鐘振動10^42次，振動速度達到光速（約每秒30萬千米），振動時有一個或多個不振動的節點。弦分為開弦與閉弦，開弦最為經典的例子就是光子（光的基本粒子）與物質，閉弦有引力子（承載引力）等。開弦像一根線段，有兩個端點，光子有最簡單的開弦振動模式，只有一個節點；閉弦像一條橡皮圈，沒有端點，引力子有最簡單的閉弦振動模式，只有兩個節點。在弦理論中，時空有10~11維，而在三維空間中，存在著”D-膜“，開弦由於有端點，只能在膜上滑動，所以我們無法到達四維空間，但如引力之類的閉弦由於沒有端點，能脫離膜運動，能夠到達更高維空間，所以我們感受到的引力已經有很大部分“流"到了更高維空間，已經減弱了。

在宇宙大爆炸時，產生了大量的弦，一般認為，它們不斷融合，產生了大型的宇宙弦，大致有100億光年以上。宇宙弦很難用望遠鏡直接觀測，但能通過引力透鏡來間接發現。通常的引力透鏡是由於星系團的引力作用，使光線扭曲，會看到星系團后的星系分成兩個虛像，但像是扭曲的，而宇宙弦引起的引力透鏡效應不會導致像的扭曲。但到目前為止尚未發現可以認定是宇宙弦的情況。