弦理论值得研究吗？

在爱因斯坦撰写的《相对论的意义》（The Meaning of Relativity）重印版本的前言中，弦理论物理学家布赖恩?格林写道，超弦理论成功地结合了广义相对论和量子力学。除此之外，它也有能力平等的包含电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。

在超弦理论中，每一种力都与弦的不同振动模式相关联。因此，就像由四种不同音符组成的吉他和弦一样，自然的四种力量在超弦理论的音乐中结合在一起。更重要的是，这适用于所有物质。在超弦理论中，电子、夸克、中微子以及所有其他粒子都被描述为拥有不同振动模式的弦。因此，所有物质和所有力在振动弦的同一说明下，都结合在一起，这就像一个统一性理论使所有一切统一起来。

那么，弦理论是否真的有证据吗？弦理论值得研究么？弦理论能完成以上提到得所有情况吗？

超弦理论确实合并了广义相对论和量子力学。它的成功与否，取决于我们所说的成功意味着什么。

格林非常谨慎地指出，超弦理论“有能力接受”引力和其他已知的基本力（电磁力、弱力和强力）。他的意思是，大多数弦理论学家目前认为存在一种超弦理论的特定模型，使它产生了这四种力。这个模糊的短语“有能力”是一种共同信念的表达。它掩盖了这样一个事实：没有人能够找到一个真正像格林所说的那样的模型。

超弦理论也带来了许多附带后果，这些附带后果经常被忽视。首先，这里的“超级”不是强调这个理论有多让人赞叹，而是指出它是超对称的。超对称是一种对称性，它假定标准模型的所有粒子都有一个伙伴粒子。这些伙伴粒子还没有被发现。但这并不排除超对称性，因为产生这些粒子的能量只可能会比我们所测试的更高。不过它确实意味着我们没有证据表明自然界实现了超对称性。

更糟糕的是，如果使标准模型超对称，由此产生的理论与实验相冲突。原因是这样做可以改变中性流，而这还未被观测到。这在20世纪90年代中期就清楚知道了，因为是很久以前的事，现在已经成为没人会提起的一个“众所周知”的问题了。为了拯救超对称性和超弦，理论学家们假定了一种额外的对称性，叫做R宇称，它简单地禁止了令人烦恼的过程。

超弦理论的另一个附带后果是它们需要额外的空间维度，总共加起来是9个。因为我们没有看过超过3个维度以上的情况，所以其他6个必须是被卷起来或者紧化的。有很多方法来实现这种紧致化，这也最终导致了弦理论的发展：存在于多元宇宙中的大量不同的理论。

问题不止于此。超弦理论确实包含了引力，但不是正常的引力类型。它是引力加上大量额外的场，即所谓的模场。这些场可能是可观测的，但我们没有看过。因此，如果想继续相信超弦，必须阻止这些场制造麻烦。有很多方法可以做到，但这又增加了一点复杂性。

然后是宇宙常数的问题。超弦理论在一个宇宙常数是负的时空中，即反德西特空间，它运用起来没有任何问题。不幸的是，我们没有生活在这样的空间里。我们知道我们宇宙中的宇宙常数是正的。当天体物理学家测量宇宙常数并发现它是正数时，弦理论学家为他们的理论做了另一个修正，以得到正确的迹象。即使在弦理论学家中，这种修正也不受欢迎，无论如何，它都必须添加另一种专门结构以使理论发挥作用。

最后，有一个问题是，要求多大程度的数学一致性才会告诉我们关于真实世界的开始？即使超弦理论是一种统一广义相对论和量子力学的方法，它也不是唯一，如果没有实验测试，我们就不知道哪一种是正确的方法。目前，发展得最好有竞争力的方法是渐近的安全引力，它既不需要超对称也不需要额外的维度。

撇开超弦理论是否可将已知的基本力结合起来，它可能还有其他用途。弦理论与标准模型的量子场论有许多数学联系，一些人认为，规范引力对应可以应用于凝聚态物理中。然而，在这些应用中，弦理论的应用程度最好也只能顺势而为。

以上只是简单的概述。如果想要更多的细节，可以去看Joseph Conlon的著作《为什么选择弦理论？》（Why String Theory?）。