根據現今普遍被接受的物理理論，宇宙中的物質是由一些所謂的「基本粒子」所組成。例如原子是由電子及原子核所組成，原子核是由質子與中子所組成，而質子與中子又分別是由夸克以不同的方式組成。其中只有電子與夸克被認為是基本粒子，在實驗上並沒有找到任何證據顯示，他們是由更小的粒子所組成。除了電子與夸克，還有其他許多種基本粒子，共同組成宇宙中所有的已知物質。根據現有的理論，基本粒子不但說明了物質的組成，也解釋了物質之間的交互作用。

例如電子與電子間之電磁作用力，可以解釋為電子間交換光子所造成的效果。因此，宇宙中一切物理現象的規則，原則上可以化約成描述基本粒子的物理定律。因此，研究最基本的物理定律的領域，一般被稱作「粒子物理」。另一方面，要研究更基本的物理定律時，通常意味著要研究更小尺度下的物理；而根據海森堡的測不准原理，要探測更小尺度 圍內的現象，需要更大的能量。因此，我們需要建造更大的粒子對撞機或加速器來研究更基本的物理定律；而研究最基本的物理定律的領域，也被稱作「高能物理」。

現在普遍被接受的描述基本粒子的理論，稱作「標准模型」。標准模型的數學架構，是所謂的「量子場」，或簡稱「場論」。原則上，數學上可能的量子場論模型有無限多個，可以容許任意多種不同性質的基本粒子，但自然界選擇了標准模型，以及其中所有基本粒子的物理性質，例如電子的質量及電荷等等。高能物理的研究，大致可分為兩類。一類是「現象學」，一類是「場論」。前者是以標准模型為基礎，研究實驗結果與模型間的關係。後者是研究場論的一般性質，並不局限在描述自然現象的模型中。當然，這兩者之間並沒有清楚的界線。

二、弦論（string theory）

弦論的出發點是，如果我們有更高精密度的實驗，也許會發現基本粒子其實是條線。這條線或許是一個線段，稱作「開弦」（open string），或是一個回圈，稱作「閉弦」（closed string）。不論如何，弦可以振動，而不同的振動態會在精密度不佳時被誤認為不同的粒子。各個振動態的性質，對應到不同粒子的性質。例如，弦的不同振動能量，會被誤認為不同粒子的質量。

弦論特殊的地方之一，是弦的量子場論可能只有一個。也就是說，當我們考慮弦而非粒子的量子場論時，數學上可能的模型只有一個。（這件事尚未被完全證實，但至今所有已知的弦論都是等價的。）這表示，弦論中所有的物理性質，都是理論本身決定的。如果弦論是對的，電子的質量及電荷等等，都是理論可以告訴我們的。可惜（幸運？）的是，弦論是一個還在被研究發展的理論，我們對它的了解還不足以讓我們可以計算出電子的質量及電荷等等。所以，弦論還不是一個完整的理論，當然也沒有被實驗證實。另一方面，有許多原因，讓研究弦論的人相信，這是一個找尋更基本理論的正確方向。

前一段所述弦論的唯一性，是一個非常重要的特質。如果宇宙萬物都要永遠遵守同一個物理定律，這個物理定律應該是獨特的，而不是任意的。（雖然標准模型或量子場論中還有許多（（如電子質量等））參數是「任意的」，但其任意的程度已經比牛頓力學小得多。）一個萬有理論（Theory of Everything, TOE）必須是唯一的，否則它就不是萬有的，因為它不能解釋它為何是這樣而不是那樣。萬有理論中應該沒有任何自由參數；而弦論即滿足此一性質。

弦論的另一個優點是它不需要量子場論所需要的「重整化」。量子場論的計算中，總是出現一些無限大的量。本來一個合理的物理定律不應該預測任何無限大的量，但是我們相信，這些無限大的量之所以出現，是因為量子場論不是最基本的理論，而是精確度較差的等效理論。這樣的認識，告訴我們如何從這些無限大的量中找到有限值的物理量，而其方法，被稱作重整化。反之，一個基本的理論，不應該有無限大的量，也不需要重整化。如果追溯量子場論中出現無限大的原因，則發現與它假設了粒子是不具大小的點有關。弦論中即沒有這種無限大的問題。

可能更重要的一個弦論特質是它自動包含了量子重力場。愛因斯坦的廣義相對論，是重力作用的古典理論，其量子化長久以來是個令人頭痛的問題，也是理論物理裡最主要的問題之一。如果以量子場論為架構來描述傳遞重力的基本粒子「重力子」，會發現計算中將出現的一些無限大並無法用重整化的方法解決。（因此標准模型並不包含對重力的描述。）相反地，一旦假設了弦的存在，便不可避免地在理論上導致了重力作用，原因是弦總是有一個振動態對應到重力子的性質。愛因斯坦的廣義相對論已經可以從弦論中被推導出來。

參、 歷史：

弦論最早被提出時是想要描述強作用力。當時夸克模型與量子色動力學（编註：英語：Quantum Chromodynamics，簡稱QCD）還未被普遍地接受為描述強作用力的理論。依據現在的認識，介子是夸克與反夸克因強作用力組成的，但在弦論中被描述為一根開弦；弦的兩端即對應到夸克與反夸克，而弦本身則對應到強作用力在兩者之間形成的拉力。弦論因無法解釋許多強作用力的現象，而量子色動力學卻相對地相當成功，因此在弦論的第一次革命之前，有一段時間弦論被大多數的物理學家所遺棄。（相關）