第1个回答 2022-07-05
广义相对论解释了引力如何在宏观宇宙中发挥作用。它讲述了行星轨道恒星的方式和原因，以及这些恒星如何围绕银河系运行等等。该理论认为引力不是实际的力，而是普通牛顿物理学所预测的时空的几何失真。物理学家和天文学家经常使用相对论进行观察和验证的预测。
量子力学解释了微观宇宙。它给出了原子，电子和其他亚原子粒子以及它们如何相互作用的数学描述。与可以被描述为平滑且可预测的大型世界不同，量子世界非常奇怪和混乱。
科学家们长期以来一直试图合并这两种理论，因为在某些情况下会出现问题和不一致，这些问题表明两种理论都没有得到所有答案。以一个黑洞为例。黑洞非常密集和巨大，但非常小。由于极端的重力，所有质量被压缩成一个称为奇点的小体积。我们是否使用相对论来解释黑洞，因为它包含如此多的质量或量子力学，因为它太小了？
那就是问题所在。科学家们无法避免同时使用广义相对论和量子力学。但是当他们试图这样做时，他们却得不到答案。他们开始提供毫无意义的无意义预测和答案。物理定律刚刚破裂。
弦理论 - 最初被称为“超弦理论” - 是一个术语，用于描述一组非常密切相关的基本粒子及其相互作用的数学模型。弦理论试图将宇宙中的四种力 - 电磁力，强核力，弱核力和引力 - 统一为一个统一的理论。该理论试图将量子力学和广义相对论结合起来，以便科学家能够在任何地方或时间，无论大小，都能在不破坏的情况下，在所有尺度上理解宇宙。
弦理论通过拒绝亚原子粒子是点状的观点来做到这一点; 相反，它们是微小的振动能量，称为弦。弦理论的弦是难以想象的小。平均字符串估计约为10 ^ -33厘米长。单个弦的大小非常小，以至于我们可能在基本粒子上执行的任何实验都不会显示出它的弦状性质 - 它看起来就像科学家所熟悉的点粒子一样。
在弦理论中，已知的基本粒子不再被描述为无量纲的数学点对象，而是被描述为扩展的一维对象（因此称为“弦”）。这些对象可以是行的开放位或闭合成循环。
这些字符串不是“由”构成的：它们是物质的基本组成部分。由于琴弦的尺寸有限，因此可以振动。据说这些弦以不同的速率振动。这些“音符”或振动频率是产生夸克和原子的不同特性的原因。根据该理论，所有已知的自然粒子只是弦的不同振动模式。因此，弦是唯一真正的“基本”粒子。一种特定类型的振动可以产生μ子，而另一种代表电子。通过改变琴弦的振动，可以产生不同的颗粒。
通过用极小的振动能量替换那些点状亚原子粒子，科学家们开辟了一个通向宇宙的窗口，相对论和量子力学不能; 一扇窗户可以让我们深入了解量子尺度上的引力，黑洞甚至宇宙本身的诞生。
有一个问题。对于字符串理论在数学上是一致的，他们需要描述超过我们熟悉的四个维度的字符串。假设弦理论是正确的自然理论，那么这些额外的维度显然必须隐藏在我们检测它们的能力之外。一般的假设是它们是“紧凑的” - 尺寸如此之小，以至于我们的日常经验只能揭示我们生活的四个大的（空间中的三个，一个时间）。这是一个十维世界，有些人在微观层面蜷缩，有些“大”维度被我们认为是“真实的”。
几位理论家参与了弦理论的发展一些最早和最重要的理论家是Gabriele Veneziano（意大利物理学家），Andre Neveu和Joel Scherk（法国物理学家），John Schwarz和Pierre Ramond（美国物理学家）。
非常感谢小伙伴“王超行侠仗义”的信任和邀请。
虽然您所提的问你题已经超出了我一个物理系本科生的能力范围之外了，但是我仍然希望能用自己了解的一鳞半爪，对这个问题进行一下解答。
一、弦理论的前世
量子力学和相对论是现代物理学的两大基石。其中发展最为迅速的是量子力学，然而量子力学在发展过程中遇到一个最大的问题就是引力，到现在引力的量子化工作也没完成，换成咱们都明白的意思就是大统一理论或者说是大统一模型没有建立起来。无数的科学界大牛，倒在了前进的路上，直到今天也只是一个半经典的的公式。
二、引力量子化的困境
了解量子力学的人都知道，量子力学是用算符来描述的，所谓的引力量子化，就是把度规看做是算符，然后利用度规及其共轭的动量算符的对易关系来决定它们。在量子力学和量子场论中的对易关系是同时关系，所以引力场的量子化算符必然要定义在时空的类空间隔上。然而，要想知道两点的间隔是否类空，就必须首先知道该处的度规张量的真空期待值算符应该是由量子引力算符来决定的，而建立这个算符又必须先知道度规的预期值，理论就陷入了逻辑循环。
第二个引力量子化的困难是，引力场量子化之后不能重整化，成为“发散”的理论。
三、弯曲时空量子场论
在没有解决引力量子化的困境之前，科学家们也并不是什么都做不了。现在物理学家们可以使用的理论是“弯曲时空量子场论”。这个理论是一个从经典引力到量子引力的过渡理论，在理论中，引力场没有量子化，仍然看作是连续的弯曲时空，而物质场（电磁场、电子场）是量子化的。可以说，现在这个理论还是很靠谱的，它是广义相对论和量子场论的结合。当然了这种结合是不自然的。这个理论有点像波尔的量子理论，或者是二次量子化之前的量子力学；物质量子化了，但电磁场却没有，电磁场仍看作是连续的场，不看成光子。但是，在引力量子化没完成之前，这个理论也是可以解决很多问题的，比如目前对黑洞和早期宇宙的研究成果，都是基于这个理论。
四、弦理论的诞生
我们前面说过引力场量子化之后不能重整化，变成了一个“发散”的理论，科学家们为了解决这个问题设计了种种方案，弦理论就是在这样的背景下诞生的。比如超引力、圈量子引力、超弦等其实都是试图客服这个困难而诞生的。1968年，Gabriele Veneziano希望能找能描述原子核内的强作用力的数学公式，然后在一本老旧的数学书里找到了有200年之久的欧拉公式（Euler's Function），这公式能够成功的描述他所要求解的强作用力。然而进一步将这公式理解为一小段类似橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性的“线段”却是在不久后由Leonard Susskind(李奥纳特·苏士侃)所发现，这在日后则发展出“弦理论”。
五、为什么弦理论会受到科学家的重视并寄予厚望
熟悉和关注科学发展的小伙伴们都知道，其实现在弦理论这项理论非常难测试，还缺乏很多真正意义上的实验证据支持。并需要对我们所描绘的宇宙进行一些调整，也即宇宙一定存在比我们所知的四维空间更多的时空维度 。科学家认为这些隐藏的维度可能卷起到非常小以至于我们没有发现它们 。然而这并没有浇灭物理学家们对弦理论的热情，这主要是因为，弦理论主要试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论——量子力学和广义相对论——并欲创造的描述整个宇宙的“万物理论” 。当然了，上帝粒子（希格斯粒子）的发现，对于弦理论来说是一个重大的利好。
1968年，物理学家维尼齐亚认为，宇宙终极部分，不是微粒子。反倒弦结构模样，无限制细长。
1981年，物理学家维伦金提出，开弦线形的，可衔接封合；闭弦环形的，可断裂延长。
目前，宇宙弦理论认为，若吸收能量，导致弦伸拽拉长；若释放能量，导致弦蜷曲缩小。甚至，遵循弦定律，持续时空面积最小。
宇宙弦理论认为，一方面来说，可谓弦振荡和波动时，传递能量场粒子。所以，宇宙终极构件，应该是弦波动形成的。终归，包括实费米子。譬如，像夸克和轻子。当然，包括虚玻色子。譬如，像W+、Z0和光子。一方面来说，可谓弦断接和碰撞时，传递相互作用力。所以，开弦断端点，不妨想象电荷对，分别是正负粒子。在断接中，传递电磁力。那么，闭弦碰撞点，不妨想象微粒对，分别是正反波子。在湮灭中，传递吸引力。
终归，宇宙弦理论认为，不管虚实粒子，无论相互作用，可终极统一。
然而，宇宙弦理论，依赖时空高维系。或许，最起码10维样子。虽然，爱因斯坦相信，时空四维体的。并且，宇宙弦理论认为，在10ˉ33厘米，普朗克范围中，大多数维系，不过是隐藏缠卷的。甚至，任何额外维度，可谓缠绕和蜷曲样子，不是确定的。最终，导致弦振动和碰撞形式，无限多样的。
所以，宇宙弦理论，允许相互作用、虚实粒子，无限多种类的。
况且，遵循弦定律，持续时空面积最小。所以，无额外能量，去牵引和扯拽时。那么，不难想象弦结构，在10ˉ33厘米，普朗克范围中，应该是圆球体状的。如果，依据弦理论观点，靠强额外能量，牵拽弦圆球体。纵然，一份额外能量，无限制强大。然而，像黑洞样。无限强能场中，不难想象弦圆球体，反倒限定的。归根结底来说，持续圆球面积最小，无法拽细和拉长。
显然，宇宙弦理论中，无相互作用和虚实粒子。因为，无限强额外能量，束缚弦振动，无法辐射粒子。并且，无限强额外能量，束缚弦碰撞，无法相互作用。
于是，科学家提出量子力学理论，希望把相互作用和宇宙根本粒子，统一在一个理论中。
目前，只能是拭目以待，翘首以盼！
谢邀，楼下的大佬已经说得很清楚了，超模君再说一下自己对弦理论的了解吧。
弦理论（以及它升级版的超弦理论） 可以用来描述 引力和所有基本粒子。 它的一个基本观点就是自然界的基本单元，如电子、光子、中微子和夸克等等，看起来像粒子， 实际上都是很小很小的一维弦的不同振动模式。
弦理论主要试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论：
然而这项理论非常难测试，并需要对我们目前描绘的宇宙进行一些调整， 也即宇宙一定存在比我们所知思维空间更多的时空维度。 科学家认为这些隐藏的维度可能卷起到非常小以至于我们没有发现它们。
但弦理论作为我们最有希望的万有理论候选者， 在低于10维的时空中根本没有意义。
弦理论，通常被称为“万物理论”，是一门相对年轻的科学，包括超弦、膜和额外维度等不寻常的概念。科学家们希望弦理论将解开宇宙最大的谜团之一，即重力和量子物理学是如何结合在一起的。
弦理论是一项正在进行研究中的工作，所以试图确定科学到底是什么，或者它的基本要素是什么，可能有点棘手。弦理论的主要特征包括:
我们所处宇宙中的所有物体都是由振动的细丝(弦)和能量膜(膜)组成的。
弦理论试图调和广义相对论(重力)和量子物理学。
一个新的连接(称为超对称性)存在于两种根本不同类型的粒子之间，玻色子和费米子。
宇宙必须存在几个额外的(通常不可观察的)维度。
根据将来证明哪些理论有价值，弦理论还有其他可能的特征。可能性包括:
弦理论解决方案的景观，允许可能的平行宇宙。
全息原理，说明空间中的信息如何与该空间表面的信息相关联。
人择原理，即科学家可以利用人类存在的事实来解释我们宇宙的某些物理性质。
我们的宇宙可能“卡”在一个薄膜上，允许对弦理论进行新的解释。
其他原则或特征，等待被发现。
尽管弦理论是一门年轻的科学，但它已经取得了许多显著的成就。以下是弦理论 历史 上的一些里程碑事件:
1968年:加布里埃莱·威尼齐亚诺最初提出了双共振模型。
1970年:当物理学家将威尼齐亚诺的模型解释为描述一个振动弦的宇宙时，弦理论就诞生了。
1971年:超对称性被纳入，创造了超弦理论。
1974年:弦理论被证明需要额外的维度。超弦理论中发现了一个类似引力子的物体。
1984年:当超弦理论中没有异常现象时，第一次超弦革命就开始了。
1985年:发展了异源弦理论。卡拉比-尤歧管被显示为压缩额外的尺寸。
1995年:爱德华·威滕提出运动理论作为超弦理论的统一，开始了第二次超弦革命。
1996年:弦理论被用来分析黑洞热力学，与其他方法的早期预测相匹配。
弦理论主要的问题可能存在以下两大难点。一是它难以解释弦自身如何表达成(或转换为)现实的粒子，如能量弦如何成为质量弦，关键是缺少一种具有物理转换功能的(数学)媒介子(如所谓的希格斯场);二是难以解释更多的维数转变成空间的三维，如为何多余的维数要卷缩起来，凭什么?问题的关键可能太过于(依赖)从数学演绎中寻找答案而脱离物理本质。
我们首先从弦理论的定义说起：弦论的基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”（包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦），弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。
虽然弦论有视觉直观、概括性强的优点，但弦理论对固体太质空间，微量子高温高压太明空间，稀微量子太虚空间和宇宙之外的大冥空间的研究却无能为力，弦理论对宇宙宏观微观世界的大统一理论的确立毫无助益。
量子力学是已经被证明，且发展到现在已经进入理论转化阶段的科学理论。其理论的正确性已经毋庸置疑，最近五十年的研究成果和实验证明也是非常充分的。而弦理论目前仅仅是数学模型，不同的弦理论有各自的一套数学模型，而M理论是兼容所有弦理论的一套理论，但是这些理论都还仅仅在数学上自恰，目前也还未能证明该理论的正确性。弦理论推导出的宇宙存在十维，M理论则需要十一维。
【是谁提出弦理论的？】
1968年，一个偶然的发现，解开了物理世界的这个谜团。
韦内齐亚诺（Gabriele Veneziano）偶然在一本数学书上发现了一个叫做“欧拉β函数”的东西。
这个函数能够准确描述 强核力4粒子散射模型，后来被称为韦内齐亚诺模型（Veneziano model）。
但他当时并不太清楚这个数学方程究竟是什么意义。在他之后Leonard Susskind和Holger Nielsen 等人详细分析了该数学方程，他们发现方程可以描述振动的弦。因此，弦理论完全是研究强核力的一次意外发现。
弦理论预言宇宙是26维度，这直接导致了弦理论胎死腹中。（26维，莫说科学家，就是常人也难以相信啊）
直到超弦理论的出现（之前的弦论被称为玻色弦论），成功将宇宙维度降低至10维，并预言了“引力子”，引发了理论物理学界的研究热潮！
疯狂的 探索 后，人们留下了5种弦理论
它们都能自圆其说，却各自为政，互相独立。这些理论到底哪一个才是正确的呢，物理学家们一头雾水。
很快，大部分人就重新回到了自己的工作岗位，超弦理论又被扔到了一边……
到了1995年，南加州大学召开了超弦会议，威滕的发言唤醒了沉睡十多年的超弦理论。他利用对偶性统一了5种弦理论，证明了这5个留下来的弦理论本质上都是相同的！
在威滕的理论里，原本10维的弦多了一个维度，成为了11维。
简单来说，就像是一张纸只有2维，可当许多纸叠放在一起后，就出现了一个新的维度。威滕的理论也是如此，当许多弦叠放在一起的时候，就出现了第11维
威滕的报告，一下子驱散了超弦理论的阴霾。被冷落了十多年的超弦理论又重新被碰上了神坛，成为了目前解释自然界最佳的工具！
除此之外，威滕还推测出一个理论
他认为还存在一个统一的理论尚未被发现。他给这种理论命名为M理论，而这个理论可能是宇宙物理理论最根本的基础。英国物理学家霍金在他的著作《大设计》中，认为M理论可能是宇宙的终极理论！
量子理论目前是人类最有可能发现的新领域，目前人类已经能够通过量子理论进行商业化，比如量子通行，微芯片，是目前与人类下一代工业革命息息相关的科学领域。
而弦理论是终极理论，目前人类的能力还远远不足以证实，实验验证离我们还很遥远，我们目前只能通过数学的方法加以论证，而由弦理论引导出来的多维空间，目前也没有发现，因此弦理论只能停留在数学上，而不是物理层面上，因此，这就是为什么弦理论没有量子理论火的原因。