廣義相對論與量子理論不能統一，成為現代物理學最核心的災難。人們很難相信，在宇宙的微觀層面和宏觀層面，居然不是一個統一連貫的整體，我們對宇宙最深處的認識居然是由兩個分裂的理論拼接起來的。為了能讓兩個理論協調起來，物理學家做過大量的嘗試，他們以這樣那樣的方法，要麼修正廣義相對論，要麼修正量子理論。雖然一次次的努力都膽識驚人，但結果卻一個跟著一個失敗。
終於，超弦理論來了。
超弦理論認為，不存在粒子，只有弦在空間運動，各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。自然界中所發生的一切相互作用，所有的物質和能量，都可以用弦的分裂和結合來解釋。最為奇特的是，弦並不是在平常的三維空間運動，而是在我們無法想像的高維空間運動。我們過去關於空間的觀念都是錯誤的，空間正在以一種陌生得令人驚訝的方式活動著。
粒子怎樣變成弦？
一連串的疑惑不得不使科學家認真考慮：也許在基本粒子內部存在一種更深層的結構，這種結構尚未被我們所理解。自20世紀60年代以來，在科學家孜孜不倦地努力下，一個新的理論逐漸浮出水面，這就是超弦理論。超弦理論認為，在每一個基本粒子內部，都有一根細細的線在振動，就像小提琴琴弦的振動一樣，因此這根細細的線就被科學家形象地稱為“弦”。
撥動吉他一根弦，你會聽到一個音。撥動另一根弦，你會聽到另一個不同的音調，因為不同的弦振動的模式不同。一個音樂家通過一個吉他的六弦合奏，使這些弦在不同頻率振動，便可創造出無數美妙的音樂。像琴弦的不同振動模式彈出不同的樂音那樣，粒子內部的弦也有不同的振動模式，只不過這種弦的振動不是產生什麼音樂，而是產生一個個粒子。不同粒子的性質由弦的不同振動行為來決定，電子是以某種方式振動的弦，上誇克又是以另一種方式振動的弦，如此等等。
弦與粒子品質的關聯是很容易理解的。弦的振動越劇烈，粒子的能量就越大；振動越輕柔，粒子的能量就越小。這也是我們熟悉的現象：當我們用力撥動琴弦時，振動會很劇烈；輕輕撥動它時，振動會很輕柔。而依據愛因斯坦的質能原理，能量和品質像一枚硬幣的兩面，是同一事物的不同表現：大能量意味著大品質，小能量意味著小品質。因此，振動較劇烈的粒子品質較大，反之，振動較輕柔的粒子則品質較小。
依照弦理論，每種基本粒子所表現的性質都源自它內部弦的不同的振動模式。每個基本粒子都由一根弦組成，而所有的弦都是絕對相同的。不同的基本粒子實際上是在相同的弦上彈奏著不同的“音調”。由無數這樣振動著的弦組成的宇宙，就像一支偉大的交響曲。
在量子理論中，每一個粒子還具有波的特性，這就是波粒二象性。現在我們明白了，粒子的波動性就是由弦的振動產生的。
以前，我們想像所有的物質粒子都是點狀的東西，沒有空間大小。但現在我們明白了，那一個個點粒子其實並不是一個個實體的點，而是包含有一片片更微小的空間結構，這樣的空間結構的振動乍看起來像是一個個點，是因為我們目前還沒有更精微的探測技術。物理學家還發現，弦的振動模式與粒子的引力作用之間存在著直接的聯繫。同樣的關聯也存于弦振動模式與其他力的性質之間，一根弦所攜帶的電磁力、弱力和強力也完全由它的振動模式決定。
弦如何運動？
弦本身很簡單，只是一根極微小的線，弦可以閉合成圈（閉弦），也可以打開像頭髮（開弦）。一根弦還能分解成更細小的弦，也能與別的弦碰撞構成更長的弦。例如，一根開弦可以分裂成兩根小的開弦；也可以形成一根開弦和一根閉弦；一根閉弦可以分裂成兩個小的閉弦；兩根弦碰撞可以產生兩個新的弦。
但是當一根弦在時空中移動時，它就沒那麼簡單了。弦的運動是如此的複雜，以至於三維空間已經無法容納它的運動軌跡，必須有高達十維的空間才能滿足它的運動（十維空間是數學方程計算的結果）。就像人的運動複雜到無法在二維平面中完成，而必須在三維空間中完成一樣。
點粒子內部的空間不是三維的，可能還有很多維，這似乎非常不可思議，不過，認真想起來，高維空間的存在完全是合理的。為了看清這一點，我們可以舉一個水管的例子。我們知道，水管的表面是二維的，但是當我們從遠處看它時，它卻像是一維的直線。這是為什麼呢？原來，水管的那兩維很不一樣，沿著管子伸展方向的一維很長，容易看到；而容易繞著管子的那一個圓圈維很短，“捲縮起來了”，不容易發現。你必須走近水管，才能看清繞著圓圈的那一維。
這個例子表明了空間維度的一個微妙而又重要的特徵：空間維有兩種。它可能很大延伸得很遠，能直接顯露出來；它也可能很小，捲縮了，很難看出來。水管比較粗大，繞著管子的那一維很容易就看到。假如管子很細——像一根頭髮絲或毛細管那樣細，要看那捲縮的維可就不那麼容易了。
在最微小的尺度上，科學家業已證明，我們宇宙的空間結構既有延展的維，也有捲縮的維。就是說，我們的宇宙有像水管在水準方向延伸的、大的、容易看到的維 ——我們尋常經歷的三維，也有像水管在橫向上的圓圈那樣的捲縮的維——這些多餘的維緊緊捲縮在一個微小的空間，即使用我們最精密的儀器也根本不能探測它們。
那些看不見的維可能會有多小呢？我們最先進的儀器能探測到百億億分之一米的結構，如果那些維度捲縮得比這個尺度還小，我們就看不見了。科學家的計算表明，捲縮的維可能小到普朗克長度（即10-33釐米），是目前的實驗遠遠不可能達到的。
為什麼需要多維空間？
理解了宇宙的空間有更多維存在，再回過來看相對論與量子理論是如何產生矛盾的，我們就很容易理解了：這兩個理論在日常的三維空間裏是不可能統一的，它們的矛盾是必然的，只有在高維空間裏才能得到統一。
為了更好地理解這一點，我們可以舉一個三維世界和二維世界的例子。我們首先假設有一些生活在二維平面世界的生命，它們的世界裏只有長和寬，根本無法理解第三維——“高”這一維。因此，它們對三維世界的感知只限於三維物體在平面世界的投影，或者三維物體與平面世界的接觸面，試想一想，一個平面生命怎麼能夠通過投影來想像三維物體的豐富性和完整性呢？當三維物體與平面世界接觸時，三維物體在平面世界上的零碎片段，比如一張桌子的四根腳柱、人印在地面上的兩雙鞋印，更讓平面生命摸不著頭腦——這些拼不到一起的碎片究竟意味著什麼呢？它們不能想像，四片互不相連的印跡怎麼會構成一張完整的桌子呢？那斷斷續續的鞋印上怎麼會有一雙完整的鞋呢？而且，鞋的上面竟然還有一個更加完整的人！用二維的眼光來打量這些碎片，你永遠不可能將它們拼成一個整體。
於是有一天，一個足智多謀的平面生命偶然想出一個絕妙的主意。它宣佈，平面世界之外還有一個“向上”的第三維，如果順著這些碎片“向上”看，其實碎片是一個完整的整體！這真是個驚人的見解，大多數平面生命都困惑不解。
相對論和量子理論的遭遇與這種情況非常相似，在我們的三維空間裏，它們就像兩塊互不相干的碎片，永遠也拼合不到一起。但把空間“向上”抬一抬，把宇宙變為十維空間，相對論和量子理論這兩塊看似互不相干的碎片就會令人震驚地結合得天衣無縫，成為一個更完整的理論大廈的兩根互相依存的支柱！雖然我們在三維空間中無法想像和描述一個多維的空間，但我們卻能通過複雜的數學方程推導出它的存在。
多維空間如何裂開？
在宇宙的極早期，它誕生的10-43秒內，它的直徑僅有10-33釐米，含有豐富的十維空間，所有的空間維都平等地捲縮在一起。在那樣的空間中，宇宙的能量極高、溫度極高，所有四種力都融為一體，相對論和量子理論可以歸結為一個理論。
但是，這樣高維度、高能量、高溫度的空間是極不穩定的，就像脹氣太多的氣球，於是大爆炸發生了。維度被解散、能量發散、溫度降低。三維的空間和一維的時間無限延伸開來，逐漸形成了我們今天可感知的宇宙；而另外六維的空間則仍然捲縮在普朗克尺度（即10-33釐米）以內。
當宇宙處在1032K這樣極高的溫度（這溫度比我們得到的太陽的溫度高1026倍）時，引力與其他大統一力分離開來，引力隨著宇宙的膨脹而不斷延伸成長程力，。隨著宇宙進一步脹大和冷卻，其他三種力也開始破裂，強相互作用力和弱—電力剝離開來。
當宇宙產生10-9秒之後，它的溫度降低到了1015K，這時弱—電力破缺為電磁力和弱相互作用力。在這一溫度，所有四種力都已相互分離，宇宙成了由自由誇克、輕子和光子組成的一鍋“湯”。稍後，隨著宇宙進一步冷卻，誇克組合成質子和中子。它們最終形成原子核。在宇宙產生3分鐘後，穩定的原子核開始形成。
當大爆炸發生30萬年後，最早的原子問世。宇宙的溫度降至3000K，氫原子可以形成，其不至於由碰撞而破裂。此時，宇宙終於變得透明，光可以傳播數光年而不被吸收。
在大爆炸發生100至200億年後的今天，宇宙驚人的不對稱，破缺致使四種力彼此間有驚人的差異。原來火球的溫度現在已被冷卻至3K，這已接近絕對零度。
這就是宇宙的演變史，隨著宇宙的漸漸冷卻，力將解除相互的糾纏，逐步分離出來。首先引力破裂出來，然後強相互作用力，接著弱力，最後只有電磁力保持不破缺。
宇宙從同一點出發，經過了100多億年的漫長歲月，進化出一個複雜多變的世界，但不管這個世界是如何千變萬化，在所有現象的背後，都有一個最根本的規律在運行，這就是宇宙起點時的源頭規律。這個規律就是一個包羅萬象的規律——所謂“萬物至理”即是如此。
這個“萬物至理”的理論就是超弦理論，它建構了宇宙開始時刻的十維空間圖像，隨著十維空間的崩裂，超弦理論也分裂成兩個理論——相對論和量子理論，此後，隨著物質豐富性的增加，它們又分裂成更多的理論。今天，我們不斷向上回溯，終於描繪出了宇宙大統一的圖景——一個極具神秘色彩的十維宇宙。
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