弦理論和量子場論都是用來模擬宇宙的有用數學框架，它們從不同角度探討宇宙的基本性質。弦理論提出，宇宙的基本組成部分不是零維的點粒子，而是一維的“弦”。這些弦以不同的頻率在不同維度上振動，其組合可以描述宇宙中所有類型的物質、力和能量。相比之下，量子場論認為所有粒子都是遍布宇宙的場中的激發，而力則是由稱為玻色子的粒子介導的粒子間相互作用產生的。這個框架描述了粒子和力在亞原子水平上的相互作用，并在粒子物理學的標準模型中得到了鞏固。

理論上，這兩種理論都能從數學上描述所有的粒子和力。量子場論是我們所擁有的最準確的理論之一，其預測精度在某些情況下可達到十億分之一。那么，為什么我們還要關注弦理論呢？一個主要原因是，弦理論中10維振動的閉合弦能夠模擬出類似于引力子的粒子。

引力子是標準模型中缺失的玻色子，理論上它負責傳遞引力，類似于光子傳遞電磁力、W和Z玻色子傳遞弱力、膠子傳遞強力。盡管引力子從未被發現，但它們是由弦理論預測的，這使得弦理論在幾十年前非常流行。物理學家認為，弦理論可能提供了將引力納入量子場論所需的數學工具，如果成功，將解決物理學的圣杯問題——引力的量子化。

弦理論最初是在20世紀60年代末和70年代初提出的，用于描述如質子和中子等強子在原子核內的力。后來，量子色動力學作為一種量子場論，被證明能夠準確描述強核力，因此弦理論似乎變得多余。然而，弦理論的研究并非徒勞，因為它啟發了對質量為零、自旋為2的粒子的數學建模，這些正是引力子的特性。

模擬引力子需要零質量和2自旋的原因在于，我們知道引力以光速傳播且具有無限范圍。只有無質量的玻色子才能具有這樣的特性，類似于電磁力的載體——無質量的光子。自旋2的要求源于兩個主要原因：首先，自旋2能夠模擬唯一的吸引力——引力。自旋 1，例如光子，可以模擬排斥力和吸引力。其次，引力子的自旋必須為2，以便與我們知道有效的廣義相對論相一致，這是目前我們對引力的最佳模型。雖然量子場論也可以描述引力子，但在量子場論中量化引力面臨重整化的問題。重整化是使理論在無限小的尺度上有效的過程，但當我們嘗試量化時空本身時，會在方程中得到無窮大，因此QFT并未成功量化引力。

弦理論解決了量子引力的問題，但代價是引入了6到7個額外的維度，總共10或11個維度。這些額外的維度從未被檢測到，盡管科學家們進行了多次嘗試。缺失維度的可能解釋之一是緊湊化，即額外的維度可能存在于微小的尺度上，以我們當前技術無法檢測到。另一種解釋是超維度膜，這個想法是，宇宙可能有比我們所能到達的更多的維度，可能有第四個空間維度，與其他維度隔離。我們必須存在于我們當地的膜之外才能看到這些膜或額外的維度。盡管如此，高維空間的數學仍然有其價值。

量子場論和弦理論是否能結合成一種復合理論尚不清楚，主要為難題在于維度。在量子場論中，我們將粒子定義為具有零維度的點狀模糊振動，它們沒有明確的尺寸，存在于3個空間和1個時間維度中。另一方面，只有當我們允許弦在至少10個維度振動時，它才起作用。事實上，額外的維度也可以在量子場論中理論化。但到目前為止，我們還不需要它們來使理論發揮作用。只要我們忽略引力，量子場論在我們可觀察到的四個維度上就可以很好地工作 。

但它們有相似之處。在量子場論中，粒子被視為場的激發，類似于床墊中的振動彈簧。這些振動的不同能級對應于不同的粒子數量，其中激發的幅度代表粒子的數量。而在弦理論中，粒子被視為振動的一維“弦”，其振動模式和頻率決定了粒子的類型。弦的振動振幅也與粒子數量相關，這與量子場論中的振幅概念相似。

弦理論的吸引力在于它提供了一個統一的框架，可以結合標準模型（解釋強力、弱力和電磁力）和廣義相對論（解釋引力）。不幸的是，弦理論似乎并不是一個很好的選擇，因為它的預測要么不正確，要么無法測試。科學在不斷發展，盡管量子場論目前看似更佳，但未來可能會有變化。我們知道標準模型之外還有未知的東西，弦理論的數學可能為我們提供解決這些未知問題的洞察力。