第一個：愛因斯坦的相對論。它從大尺度上解釋了宇宙，如恒星，星系，星系團以及比它們更大的宇宙自身的膨脹的現象提供了理論框架。
第二個：量子力學。它從小尺度上解釋了分子、原子以及比原子更小的粒子，比如電子和夸克的存在提供了理論框架。量子力學是由許多科學家，包括普朗克、海森堡、波爾、薛定諤等人共同提出。
但一個不幸的消息是，這兩個理論是不相容的是不同的，夸克的瘋狂舞蹈的運行軌跡和天體的規律運行是完全不一樣的。但從宇宙是一個整體，不應該存在兩種完全不同的理論，所以這兩種理論不可能都正確，也就是，有個理論或者說兩個理論肯定是錯誤的。但是最近科學家提出了第三種能解釋這兩個理論的：超弦理論。
也就是本書正要講解的內容，它從最基本的層面上描述了宇宙的規模，緩解了廣義相對論和量子力學的緊張關系和不可調和的矛盾。這是一種“大”的定律和“小”的定律的結合，讓我們從第三個視角觀察宇宙。超弦理論極大地改變了我們對空間、時間、物質的認知，今天，就讓我們開始這次奇妙的之旅吧。
第一次沖突：在19世紀末，根據牛頓的運動定律，誰如果跑的足夠快，就能趕上過去的光束。但是根據麥克斯韋的電磁學定律，誰的跑不過光。后來愛因斯坦的狹義相對論解釋了這個問題，它推翻了時間和空間的認知，時間和空間并不是固定不變的，它們是靈活多變和運動的狀態。后續我們會講到。
第二次沖突：愛因斯坦認為任何物體都不可能跑得比光快。但是牛頓的引力理論卻讓我們看到了有一些東西可以瞬間穿越巨大的空間距離。后來，愛因斯坦提出了廣義相對論解決了這個問題。認為空間和時間不僅是運動的，而且還可以彎曲。空間和時間結構的這種扭曲將引力作用從一個地方傳到另外一個地方。
第三個沖突：19世紀的物理學概念用于微觀世界時，出現了大量的問題。從1900年此后的30年里，物理學家們開創了量子力學，用來解釋微觀世界的宇宙規律。這些也將在后續詳細闡述。
20世紀80年代中期，弦理論為我們帶來了量子力學和廣義相對論的調和的一種解釋框架。同時再一次顛覆了我們對時間和空間的概念。比如通常情況下，我們認為宇宙是三維的，但實際上宇宙是11維的。
人類對于宇宙的認識，古希臘人認為宇宙萬物應該是由一些基本他們稱之為“原子”的原材料組成，而且這些原材料應該數量并不多。就像我們用26個英文字母組成了千千萬萬的語言和文字世界一樣。
直到19世紀，科學家們還認為原子是組成宇宙最小的最基本的單位，但是20世紀30年代，科學家發現原子并不是最小的，里面還包含著質子和中子，核外還繞著一群旋轉的電子。后來很長一段時間這種理論被延續。但是在1968年，人類利用強大的技術力量探索了物質更加微觀的層面。發現質子和中子都不是最基本的。它們都是由更小的“夸克”組成?？淇朔譃閮煞N，上夸克和下夸克。質子是由兩個上可夸克和一個下夸克組成；中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。后來，科學家們又發現了更小的粒子，稱之為：中微子，這種中微子并不常見，它們像幽靈一樣，很少與其他物質發生相互作用，能穿透幾百億千米的物質，它們就這樣孤獨地，毫無顧忌地在宇宙中穿行。
但我們對微觀世界的探索還沒有結束，科學家們又相繼發現了μ子、四種夸克，粲、奇、底、頂以及π、另外π有兩個性質與中微子相同的粒子。同時發現，每一個粒子都有一個質量相同、電荷相反的反粒子。比如電子的反粒子就正電子，電子的電荷為-1，正電子的電荷為+1。物質與反物質接觸時，會相互湮滅，生成純粹的能量。
那么問題就來了，我們為什么需要那么多粒子？我們周圍的事物似乎只需要電子、上夸克和下夸克就夠了嗎？
在當前的物理學理論中，宇宙存在四種基本力的組合：引力、電磁力、弱力和強力。
引力大家比較熟悉，我們能在站在地球表面，也就是引力的作用，牛頓也提出了萬有引力定律。物體質量和引力之間存在直接關系。
電磁力也是比較熟悉的，它是現代生活中一切方便的動力，比如光、計算機、電視、電話等信號傳播中的一種力，粒子電荷在電磁力中扮演做物理質量在引力中的角色：決定粒子能產生多強的電磁力，對電磁力的反應有多大都是粒子電荷決定的。
但是，強力和弱力對大家來說就比較陌生了。因為它們在超過亞原子尺度之外就完全失效了。它們是作用在原子核中的力，強力將夸克“膠結”在質子和中子內部，又把質子和中子緊緊地捆綁在一起塞進原子核。弱力最為人熟悉的作用是物質的放射性衰變。
第一：在微觀層面，所有的力都關聯著一個粒子，我們可以把那些粒子想象成為最小的力元。
第二：力由某種“荷”來決定，如質量決定引力如何對粒子產生作用，電荷決定電磁力如何發生影響，粒子還被賦予一定的“強荷”和“弱荷”，它們決定著粒子如何感應強力和弱力的作用。
但是關于宇宙的力，我們還是有很多疑問，比如為什么只是4種，不是5種或者6種？為什么強力和弱力只在微觀的尺度上才發生作用等等。
在宏觀上的廣義相對論和微觀上的量子力學基礎上，物理學家們提出了能融合兩種理論，并且能有效解決當前未解之謎的問題的更加基礎的理論：超弦力量。
如下圖所示，以前我們從原子走到質子、中子、電子和夸克，現在超弦在它的前面添加了一個基本的微觀振動線圈，這個基本的粒子稱之為弦，是類似一個閉環的橡皮筋一樣的物質。在超弦理論中，宇宙萬物是由振動的絲弦組合構成的，弦理論提供了一個能囊括一切力和物質的解釋框架。比如弦理論認為不同的粒子的性質是由弦的不同振動方式決定的，粒子的質量和力荷有弦的振動模式決定。電子和夸克都是以某種方式振動的弦。粒子的性質絕非一堆混亂的實驗結果，而是同一物質特性的具體表現：基本閉合弦的共振模式。
弦理論的提出，是物理學史上第一次有了一個能解釋宇宙以及構成的所有基本特征的理論框架，是一種被認為或者說期待的包羅萬象的理論。盡管過去20多年，超弦理論取得了巨大的進步，但其實還是一個發展中的理論，還不完成成熟，還需要科學家們不懈的努力，去一步步解開宇宙的奧秘。
