1700943778
1700943779
快子也引出了问题。人们从未见过它们；更糟糕的是，它们的存在意味着理论是不稳定的，而且很可能存在矛盾。而且，在这种情形下，没有一个强相互作用粒子是零质量的，因此它不能作为强相互作用粒子的理论。
1700943780
1700943781
还有第四个问题。弦论包含着粒子，但不是所有自然存在的粒子。它没有费米子——也就没有夸克。这对想成为强相互作用的理论来说简直是一个巨大的难题！
1700943782
1700943783
四个问题中的三个是同步解决的。1970年，理论家拉蒙德（Pierre Ramond）改写了描述弦的方程，使它有了费米子。37他发现理论只有在具有新对称的情形下才能是和谐的。那种对称将混合新旧粒子——就是说，混合玻色子与费米子。拉蒙德就这样发现了超对称性；于是，不论弦论的命运如何，它是发现超对称的一条路线，也是孕育新思想的温床，已经硕果累累了。
1700943784
1700943785
新的超对称弦论还解决了两个其他问题。它没有快子，清除了人们接受它的一个主要障碍；它也没有25维，只有9个。虽然9维不是3维，但接近了很多。加上时间维，新的超对称弦（简称超弦）居于一个10维的世界。它比11少1，而奇怪的是，11是能写出超引力理论的最大维数。
1700943786
1700943787
大约同时，纳维（Andrei Neveu）和施瓦兹（John Schwarz）提出将费米子引入弦的第二种方法。和拉蒙德的理论一样，他们的理论也没有快子，也居于9个空间维的世界。纳维和施瓦兹还发现，他们可以让超弦发生相互作用，从而得到了与量子力学和狭义相对论一致的公式。
1700943788
1700943789
于是，只剩下一个疑难了。假如新的超对称理论包含零质量粒子，那它如何成为强相互作用的理论呢？但事实上真的存在没有质量的玻色子。光子就是一个。光子永远不会静止，只能以光速运动。所以它有能量但没有质量。假想的与引力波相伴随的引力子也是这样的。1972年，纳维和另一个法国物理学家谢尔克（Joel Scherk）发现，超弦具有对应于规范玻色子（包括光子）的振动状态。这是朝正确方向迈出的第一步。38
1700943790
1700943791
两年后，谢尔克和施瓦兹迈出了更大的一步。他们发现，理论所预言的某些零质量粒子其实就是引力子。39（日本物理学家民秋米谷（Tamiaki Yoneya）也独立发现了同样的思想。）40
1700943792
1700943793
弦论包含规范玻色子和引力子的事实，令一切都改变了。谢尔克和施瓦兹马上就提出，弦论不是强相互作用的理论，而是一个基本理论——统一引力与其他力的理论。为了说明这是多么美妙而简单的思想，我们来看光子和引力子是如何从弦产生出来的。弦可以是闭的，也可以是开的。闭弦是一个圈，开弦是一根线，有端点。可能是光子的零质量粒子既来自开弦的振动，也来自闭弦的振动。引力子则只能来自闭弦（圈）的振动。
1700943794
1700943795
开弦的端点可以视为带荷的粒子。例如，一端可以是带负荷的电子，另一端可以是带相反电荷的正电子。端点之间的弦的无质量振动描述了在两个粒子之间传递电力的光子。于是，我们可以用相同的方式从开弦得到粒子和力。如果理论设计足够巧妙，它还可以生成标准模型里的所有力和粒子。
1700943796
1700943797
如果只有开弦，就没有引力子，这就把引力排除在外了。但人们发现还必须考虑闭弦，原因是大自然在粒子和反粒子之间产生碰撞，碰撞生成或湮灭光子。从弦的观点看，这可以描述为弦的两个端点靠近并结合在一起。端点消失了，留下一根闭弦。
1700943798
1700943799
实际上，为了让理论与相对论一致，粒子-反粒子湮灭与弦的靠近是必须的，这意味着理论要求具有闭弦和开弦。但这说明它必须包括引力，而用开弦与闭弦的差别可以自然地解释引力与其他力的差别。这样，引力第一次在力的统一中扮演了中心角色。
1700943800
1700943801
这难道不美吗？它那么令人信服地把引力包括进来，任何有理性和知识的人——特别是那些在统一力的道路上追寻了多年而一无所获的人——大概仅凭这一点就会相信它，而不在乎它是否有具体的实验证据。
1700943802
1700943803
可它是怎么产生的呢？有什么定律要求弦的端点靠近并结合吗？这儿藏着理论最美妙的特征，运动与力达成了某种统一。
1700943804
1700943805
在多数理论中，粒子运动与基本力是两个不相干的事情。运动定律讲的是粒子在没有外力情形下的运动。从逻辑上讲，运动定律与力的定律没有关系。
1700943806
1700943807
在弦论中，情形就大不相同了。运动定律规定着力的定律。这是因为弦论中的所有力都有同样简单的起源——来自弦的分离与结合。一旦描述了弦如何自由运动，为了加入力的作用，我们只需要添加一根弦分裂为两根弦的几率。让这个过程时间反演，我们就能重新把弦结合起来（图7-1）。为了与狭义相对论和量子理论一致，弦的分裂与结合的法则终归是要预先严格规定的。力与运动就这样以一种奇特的方式统一了，这在点粒子理论中是不可想象的。
1700943808
1700943809
1700943810
1700943811
1700943812
图7-1 上：两根开弦在端点结合；中：开弦的两个端点结合形成闭弦；下：两根闭弦结合成一根闭弦
1700943813
1700943814
力与运动的这种统一有一个简单的结果。在粒子理论中，可以自由加入所有类型的力，所以描述力的行为的常数可以无限增多。但在弦论中，只能有两个基本常数。一个叫弦张力，描述单位长的弦包含了多少能量。另一个叫弦耦合常数，描述一根弦分裂为两根弦——从而生成一个力——的几率；因为是几率，所以是一个数，没有单位。物理学的所有其他常数都必须与这两个数发生联系。例如，牛顿的引力常数原来是这两个数的乘积。
1700943815
1700943816
实际上，弦耦合常数不是自由常数，而是一个物理自由度。它的数值依赖于理论的解，所以不是决定定律的参数，而是标志解的参数。我们可以说一根弦分裂与结合的几率不是理论决定的，而是弦的环境决定的——就是说，是由它所在的多维世界决定的。（常数从理论的性质转移为环境的性质，这是弦论的一个重要方面，我们在下一章再讲。）除了这些而外，弦论满足的另一个定律既美妙也简单。想象吹肥皂泡，它会膨胀为一个完美的球形。下次你洗澡的时候可以留心看看那些肥皂泡。它们的形状体现了一个简单定律，我们称它为肥皂泡定律。定律说，在一定的力和约束作用下，气泡的表面具有尽可能小的面积。
1700943817
1700943818
结果表明，这个原理同样适用于弦论。当一维弦在时间中运动，它就在时空中形成一个二维曲面（图7-2）。这个曲面有一定的面积，大致定义为弦长与其持续时间的乘积。
1700943819
1700943820
1700943821
1700943822
1700943823
图7-2 弦的传播和相互作用取决于相同的定律，使其在时空中的表面积最小。在右边我们看到，两根闭弦在时空中运动。通过交换第三根闭弦发生相互作用。在左边，我们看到时空中的系列构型。是从右边的时空图中截取的碎片。我们先看到两根闭弦，然后看到第三根闭弦分裂出来，在运动中与另一根结合
1700943824
1700943825
弦运动使它在时空的面积最小，这就是全部的定律。它解释了弦的运动，而且，在弦能分裂或结合时，也解释了所有的力的存在。它用粒子的描述统一了我们知道的所有的力。它比它所统一的任何事物的定律都更简单。
1700943826
1700943827
弦论还达成了另一个统一。19世纪初，法拉第凭力线——磁极或正负电荷之间的线——想象电磁场的状态。对法拉第来说，这些力线是真实的；它们携带着磁极或电荷间的力。