假如空间有九维，物质是弦状的，那么宇宙的奥秘可能马上被揭开。
本世纪的第二个十年间，阿尔贝特 · 爱因斯坦提出了一个在研究方法上带革命性的引力新理论。他的广义相对论按照几何学来描述引力物理学：相对论认为，地球被太阳吸引，这是由于太阳的质量使空间的局部几何形状失真了，或者弯曲了。
现在我们对于引力的理解需要再次修正，应该努力使引力与量子力学统一，量子力学是支配物质、特别是亚原子物质运动的基本理论。的确，这一修正引力理论的尝试是统一所有已知的自然基本作用力为单一理论（统一场论）的努力的一部分。似乎给许多物理学家带来成功的希望的这个最新研究方法，正像爱因斯坦的广义相对论一样，是源自几何学的。
被称为超弦（Super String）理论的新理论的基本要旨是：宇宙空间不止三维，而是九维。这或许是一个科学幻想的光环，但从量子超弦理论角度看仍然存在着完全感知的可能性。实际上，超弦理论使物理学家从一些荒唐的事实中解脱出来，此类事实是由于采用因袭手段而强加给他们的。在寻找一些基本问题的答案时，新理论从根本上让物理学家们少作些专断假设。因为上述理由，以及它所开拓的道路，新理论已经获得了一些最有才华的物理学家的注意。
物理学的目标是在最基本的层次上发现支配物质运行的规律。由于实验物理学家研究了被粒子加速器加速到最高可能能量的粒子之间的碰撞，在这方面大多数规律已被了解。像显微镜所起的作用一样，这些机器使科学家能够探测远比原子核小的距离。而理论物理学家，仅用笔算或偶尔用用计算机，同样作出贡献。
广阔的实验研究已揭示了大量的粒子，它们看起来是基本的，意思就是它们不再由任何其他东西所组成。按照量子力学的观点，其中一组粒子——规范粒子所起的主要作用是在其他粒子之间传递作用力。这样，粒子与作用力就紧密关联起来，对于其中之一的了解，就等于对另—个的了解。
引力和电磁力是日常经验中最明显的力。但是还有更多的——弱核力、强核力、可能的其他力，我们不太熟悉它们，是由于它们仅发生在原子核或亚原子核水平上。每种基本作用力都由各别的规范粒子所携带。当太阳照亮地球时，能量是通过光子——电磁作用的规范粒子，从一个天体传送到另一个天体的。面当地球吸引月球时，两者交换引力子——引力的规范粒子。
于是，从量子力学的角度看，爱因斯坦的理论可视为引力子（一种特殊的基本粒子）的理论。虽然广义相对论是非常漂亮的、成功的，但当试图对它作量子力学解释时，就不行了。建立在爱因斯坦引力理论上的量子计算给出了“无限大”，这个荒谬的答案正如你用一个数除以零所得到的一样。用数学家的语言来说，计算发散了，或者更其形象地说：吹了。在企图建立统一场理论时，引力与量子力学之间的明显冲突成了最严重的障碍。我们已建立了统一的原则，它可应用于所有其他的作用力，而仅仅引力——这个牛顿、爱因斯坦所描述的力，不包括在内。解释上述情况的理由很可能会在量子场论的最基本前提中找到。在量子场论中，引力子以及所有其他基本粒子都被描述为没有体积的数学点，这可能是问题的根源。
1974年已故法国物理学家朱尔 · 谢克和我提出，基本粒子不是点而是一维曲线，称之为弦。这些弦没有厚度，它们的长度根据情况而变化，但它们的典型值是普朗克长度，10-33厘米。普朗克长度非常之小，它适小于原子，正如原子远小于太阳系一样。
超弦理论可用来描述自然界所有的基本现象，随着这一事实的日益明显，超弦理论现正享有盛誉。不利用“弦”就显然不可能建立一个数学上调和的量子引力理论。相反地，不包括引力，看来也不可能建立一个数学上一致的弦论。超弦计算，即使包括引力在内，决不会产生“无限大”。
为了达到超弦理论的统一，我们必须在几何学的观点上来一个根本的改变，与超弦理论一致，额外的六维必须加在通常的三维上，一共九维，基本想法是，六维不能被观察到是由于它们太小，它们被卷入六维球内，而六维球可发生在时空连续区的任何点。可以想象，所有的九维也许曾经是相等的，但在宇宙诞生那个时候，其中三维膨胀了，余下的六个缩拢在小球内。
两种弦可能发生。开放的弦是有自由端的曲线。闭合的弦是连续的曲线、无自由端的圈。最简单的、最有希望的理论却只包括闭合弦。弦有些有趣的现象。首先，它们运动，来回振动。弦究竟代表各种各样的基本粒子中的那种决定于它的振动方式。例如，按照一种特殊方式振动时，弦可能是一个电子。弦也可以结合或分离一一“合二为一”或“一分为二”。这种相互作用是基本相互作用力的起源，这个单一的力可以导出引力、电磁力和各种各样的核力。这个弦的基本耦合代替了无数可能的相互作用，而以前的引力量子理论认为这些相互作用产生了作用力。
于是，我们也许是找到了对于一切基本现象的唯—的、数学上调和的解释。弦的概念不仅提出了可以由自身变化来代表亚原子世界的无数粒子的单一粒子，而且提出了所有相互作用力的单一源。
超弦理论的一个要素是超对称概念。超对称性首次于1971年出现在皮埃尔 · 雷蒙、安德烈 · 奈维和我所著的有关弦论的文章里。几乎同 · 时，苏联物理学家尤 · 阿 · 高尔凡和伊 · 皮 · 李克曼独立地赋予三维空间中点粒子以超对称性；其他物理学家，包括尤利乌 · 韦斯、布鲁诺 · 苏米诺、塞乔 · 费拉拉、丹尼尔 · 弗里德曼和彼得 · 范 · 尼尤温赫曾，在发展这个概念时起了关键的作用。
对称概念是物理学家最有用的工具之一。数学对称虽然与我们注意到的普通事物之间的类似点相像，但它处于一个复杂得多和抽象得多的水准上。当一个方程组的单元之间发生了互换（变换），而整个集体仍然显出同样的性质，我们称之为对称。径向对称可作为一个基本例证：球体的旋转不会破坏球表面的特性。对称的概念之所以在发展理论时有价值，是因为它可用于指明大相径庭的事物之间的重要相似点。
大有差异的事物也许有隐藏着的惊人的相似之处，这是因为可观察的自然往往不遵循（“破坏”）冉然法则的对称性。例如，有关磁力的方程对于所有的方向都是一样的，但个别磁体所产生的力总是指向某个特定的方向。因而，方程的对称性并未反映在物理磁体上。类似地，所有空间九维在数学上是等同的（有关它们的方程组具有对称性），但在这个可观察的世界上，其中三维是远大于其余六维的。对于力也是如此，所有的力在非常高的能量级别上或非常高的温度时，应该有同等强度，但在通常的条件下却显乐出的差异。
超对称是这样的一个对称，借助于它，两类主要的亚原子粒子可以数学地交换。这两类粒子称之为费米子和玻色子。费米子包括夸克和轻子（电子是轻子的一种，而质子由三个夸克组成）。玻色子，包括规范粒子，因具有不同的自旋而区别于费米子。
按照超对称性，每个玻色子和费米子应该在相反类亚原子粒子中有一个配偶粒子。哪个费米子与哪个玻色子配对？显然，首先要推测规范粒子是夸克和轻子的超对称配偶粒子。但这不行，它们没能妥帖地相配。相反地，必须假设存在着新粒子，它们可与每个已知粒子相配。
我们给规范粒子的假设的费米配偶粒子一个总的名称：规范对子（gauginos）。而在特定的情况下它有许多特定的名字。例如，光子的配偶粒子称为光对子（photino）。夸克和轻子的玻色配偶粒子应称为对夸克（Squark）和对轻子（Slepton），电子的配偶粒子称为对电子（Selectron），引力对子（gravitino）是引力子——传递引力的规范粒子的超对称配偶粒子。
在实验上，对设想的超对称粒子正进行着不遗余力的探索。与此同时，超对称已被证明对理论工作者是有用的。对于引力子有配偶粒子的认识在发展超弦理论的认识过程中是重要的一步。
包括玻色子和费米子的某些计算常常产生“无限大”，超弦理论确保不发生这种情况。相反地，当玻色子和费米子的各项结合时，它们以精致的式样互相抵消。在超对称弦论——超弦理论中，这些对消显然保证了从计算中得出的是意义明确的有限结果。
1984年秋，伦敦大学玛丽女王学院的迈克尔 · 格林和我发现了九维空间的超对称理论可以设法解决量子力学的某些不连贯性（亦称反常），因此将我们密切的、令人兴奋的五年合作推向了高潮。然而，上述解决办法仅在有两个特殊的模型时奏效。这两个模型取名于它们的“对称群”——个别理论遵守的一种特殊的对称。为超弦理论服务的这两个特殊的对称群指定为SO（32）和E8×E8。
这些对称是囊括一切的：所有已知的基本粒子的对称可归属于两者之一。我们提出包含开放的和闭合的弦的超弦理论具有SO（32）对称，并提供证据不会发生反常和“无限大”。几个月后，两个新的超弦理论由戴维 · 格洛斯、杰弗里 · 哈雷、埃米尔 · 马丁纳和莱恩 · 罗姆在普林斯顿大学用公式表示了出来。这两个新理论只包含闭合的弦，一个有E8×E8对称，第二个有SO（32）对称。这些发展在物理学界中引起了巨大的震动。我们要求能分辨许多干扰量子场论的含糊点的、包含引力在内的、调和的统一，对这种要求的揭示，还是第一次。我们不仅决定了两个允许的对称群，而且可以确定基本粒子的完整谱系、它们之间的所有相互作用、甚至空间和时间的尺度。
为了使超弦理论与实验室所观察到的现象联系起来，还需要大量的工作。然而，多半由于普林斯顿大学的爱德华 · 威汀的极大洞察力，超弦现象学进展迅速，前途极其光明，特别是E8×E8理论。现在至关紧要的一步是推断紧密的六维的详细的几何描述。这个努力正推向数学的尖端。也正在导致物理学家和数学家之间的联系在近期内达到史无前例的水平。
E8×E8理论有一些引人深思的含义。每个E8识别一个各自的对称群，一群产生所有已知的粒子和作用力。第二个E8给出那些隐藏着的粒子和作用力。现在断定所推测的粒子和力具有非常特殊的性质，还有困难。但是假如产生的模型对两个E8群是一样的，将会有一些有趣的结果。所有可观察到的基本粒子被复制成不可见的副本——“影像物质”。影像物质所构成的不可见的行星、恒星、银河系将存在着。影像物质可被推测的唯一方法是通过它的引力，引力对星体运行产生奇特的效应，也使紧靠不可见的银河系而过的光发生弯曲，天文物理学家早就知道为了解释银河系的多种可观察到的特性，肯定在宇宙中存在着几个类型的“黑暗物质”。而与第二个E8相关的物质也许是重要因素之一。
超弦理论正即将进入实验和证实阶段。科学家试图检验理论所预言的效应是艰难的。有些事情几乎不可能测试。例如，依靠高能粒子碰撞而产生具有非常特殊的性质的新种类粒子的实验，可能显示额外的六维的存在。偏巧，像微小粒子一样，微小的维必须在使用巨大能量的机器中研究。而额外的六维大概是如此之小，以至探测它们所需要的能量远远超出我们在可预见的未来所能利用的能量。
但其他的事情能得到证明或反证。超对称所预见的每个费米子和玻色子的配偶粒子的研究正奋勇前进。有理由相信，在现存的或即将完工的质子对撞器内，它们的团块可观察到。对新近的实验中这类粒子的暗示使人可望而不可及。超对称性的验证将成为现代物理学历史上最重要的发现之一。
物理学家早就梦想有一天能从最初原理来理解质量及基本粒子的其他特性。他们渴望在最精细的尺度上了解空间和时间的结构，渴望知道分布在从普朗克长度到宇宙半径这么广大范围，的基本长度存在的原因。随着超弦理论的发展，我们似乎有了一个好时机，我们已经越来越逼近地能够回答有这些问题、甚至更多些。
[Science，1985年11月]