为什么爱因斯坦的相对论，量子力学都不能完美解释宇宙？
第一个：爱因斯坦的相对论。它从大尺度上解释了宇宙，如恒星，星系，星系团以及比它们更大的宇宙自身的膨胀的现象提供了理论框架。
第二个：量子力学。它从小尺度上解释了分子、原子以及比原子更小的粒子，比如电子和夸克的存在提供了理论框架。量子力学是由许多科学家，包括普朗克、海森堡、波尔、薛定谔等人共同提出。
但一个不幸的消息是，这两个理论是不相容的是不同的，夸克的疯狂舞蹈的运行轨迹和天体的规律运行是完全不一样的。但从宇宙是一个整体，不应该存在两种完全不同的理论，所以这两种理论不可能都正确，也就是，有个理论或者说两个理论肯定是错误的。但是最近科学家提出了第三种能解释这两个理论的：超弦理论。
也就是本书正要讲解的内容，它从最基本的层面上描述了宇宙的规模，缓解了广义相对论和量子力学的紧张关系和不可调和的矛盾。这是一种“大”的定律和“小”的定律的结合，让我们从第三个视角观察宇宙。超弦理论极大地改变了我们对空间、时间、物质的认知，今天，就让我们开始这次奇妙的之旅吧。
第一次冲突：在19世纪末，根据牛顿的运动定律，谁如果跑的足够快，就能赶上过去的光束。但是根据麦克斯韦的电磁学定律，谁的跑不过光。后来爱因斯坦的狭义相对论解释了这个问题，它推翻了时间和空间的认知，时间和空间并不是固定不变的，它们是灵活多变和运动的状态。后续我们会讲到。
第二次冲突：爱因斯坦认为任何物体都不可能跑得比光快。但是牛顿的引力理论却让我们看到了有一些东西可以瞬间穿越巨大的空间距离。后来，爱因斯坦提出了广义相对论解决了这个问题。认为空间和时间不仅是运动的，而且还可以弯曲。空间和时间结构的这种扭曲将引力作用从一个地方传到另外一个地方。
第三个冲突：19世纪的物理学概念用于微观世界时，出现了大量的问题。从1900年此后的30年里，物理学家们开创了量子力学，用来解释微观世界的宇宙规律。这些也将在后续详细阐述。
20世纪80年代中期，弦理论为我们带来了量子力学和广义相对论的调和的一种解释框架。同时再一次颠覆了我们对时间和空间的概念。比如通常情况下，我们认为宇宙是三维的，但实际上宇宙是11维的。
人类对于宇宙的认识，古希腊人认为宇宙万物应该是由一些基本他们称之为“原子”的原材料组成，而且这些原材料应该数量并不多。就像我们用26个英文字母组成了千千万万的语言和文字世界一样。
直到19世纪，科学家们还认为原子是组成宇宙最小的最基本的单位，但是20世纪30年代，科学家发现原子并不是最小的，里面还包含着质子和中子，核外还绕着一群旋转的电子。后来很长一段时间这种理论被延续。但是在1968年，人类利用强大的技术力量探索了物质更加微观的层面。发现质子和中子都不是最基本的。它们都是由更小的“夸克”组成。夸克分为两种，上夸克和下夸克。质子是由两个上可夸克和一个下夸克组成；中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。后来，科学家们又发现了更小的粒子，称之为：中微子，这种中微子并不常见，它们像幽灵一样，很少与其他物质发生相互作用，能穿透几百亿千米的物质，它们就这样孤独地，毫无顾忌地在宇宙中穿行。
但我们对微观世界的探索还没有结束，科学家们又相继发现了μ子、四种夸克，粲、奇、底、顶以及π、另外π有两个性质与中微子相同的粒子。同时发现，每一个粒子都有一个质量相同、电荷相反的反粒子。比如电子的反粒子就正电子，电子的电荷为-1，正电子的电荷为+1。物质与反物质接触时，会相互湮灭，生成纯粹的能量。
那么问题就来了，我们为什么需要那么多粒子？我们周围的事物似乎只需要电子、上夸克和下夸克就够了吗？
在当前的物理学理论中，宇宙存在四种基本力的组合：引力、电磁力、弱力和强力。
引力大家比较熟悉，我们能在站在地球表面，也就是引力的作用，牛顿也提出了万有引力定律。物体质量和引力之间存在直接关系。
电磁力也是比较熟悉的，它是现代生活中一切方便的动力，比如光、计算机、电视、电话等信号传播中的一种力，粒子电荷在电磁力中扮演做物理质量在引力中的角色：决定粒子能产生多强的电磁力，对电磁力的反应有多大都是粒子电荷决定的。
但是，强力和弱力对大家来说就比较陌生了。因为它们在超过亚原子尺度之外就完全失效了。它们是作用在原子核中的力，强力将夸克“胶结”在质子和中子内部，又把质子和中子紧紧地捆绑在一起塞进原子核。弱力最为人熟悉的作用是物质的放射性衰变。
第一：在微观层面，所有的力都关联着一个粒子，我们可以把那些粒子想象成为最小的力元。
第二：力由某种“荷”来决定，如质量决定引力如何对粒子产生作用，电荷决定电磁力如何发生影响，粒子还被赋予一定的“强荷”和“弱荷”，它们决定着粒子如何感应强力和弱力的作用。
但是关于宇宙的力，我们还是有很多疑问，比如为什么只是4种，不是5种或者6种？为什么强力和弱力只在微观的尺度上才发生作用等等。
在宏观上的广义相对论和微观上的量子力学基础上，物理学家们提出了能融合两种理论，并且能有效解决当前未解之谜的问题的更加基础的理论：超弦力量。
如下图所示，以前我们从原子走到质子、中子、电子和夸克，现在超弦在它的前面添加了一个基本的微观振动线圈，这个基本的粒子称之为弦，是类似一个闭环的橡皮筋一样的物质。在超弦理论中，宇宙万物是由振动的丝弦组合构成的，弦理论提供了一个能囊括一切力和物质的解释框架。比如弦理论认为不同的粒子的性质是由弦的不同振动方式决定的，粒子的质量和力荷有弦的振动模式决定。电子和夸克都是以某种方式振动的弦。粒子的性质绝非一堆混乱的实验结果，而是同一物质特性的具体表现：基本闭合弦的共振模式。
弦理论的提出，是物理学史上第一次有了一个能解释宇宙以及构成的所有基本特征的理论框架，是一种被认为或者说期待的包罗万象的理论。尽管过去20多年，超弦理论取得了巨大的进步，但其实还是一个发展中的理论，还不完成成熟，还需要科学家们不懈的努力，去一步步解开宇宙的奥秘。