参考自《The Elegant Universe 》(优雅的宇宙)及中文版《宇宙的琴弦》
背景
大统一理论（grand unified theories，GUTs），简称GUT，又称为万物之理。
在爱因斯坦的鼎盛时代，自然界存在三种基本的力：引力，电力，磁力，而麦克斯韦在19世纪60年代中期建立了完整的电磁场理论，建立麦克斯韦方程组从而完成了电力和磁力的统一。
后来，一直到现今所知，微观粒子之间仅存在四种相互作用力：万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。理论上宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释。
爱因斯坦想寻找一种统一的理论来解释所有相互作用，也可以说是解释一切物理现象，因为他认为自然科学中“统一”的概念或许是一个最基本的法则。甚至可说在爱因斯坦的哲学中，“统一”的概念根深蒂固，他深信“自然界应当满足简单性原则”。
于是从30年代提出相对论后不久，爱因斯坦就着手研究“大统一理论”，试图通过“弱作用，磁场，强作用”的统一思维来简单的解释宇宙，进一步将当时已发现的四种相互作用统一到一个理论框架下，从而找到这四种相互作用产生的根源。
直到今天，大统一依然只处在理论的萌芽阶段。但随着科技的进步尤其是加速器对撞机的不断更新换代，大统一问题逐渐看到了新的曙光。
研究理论
标准模型理论
粒子物理有两个很成功的理论。其一是统一描写弱电相互作用的温伯格-萨拉姆模型。它是定域规范群为SU(2)L*U(1)Y的理论。其二是描写强作用的量子色动力学（QCD）。它是定域规范群为SU(3)C规范理论，通常人们把这两个理论组成SU(3)C*SU(2)L*U(1)Y规范理论，统一描写强、弱、电三种相互作用，称为基本粒子的标准模型。[1]
标准模型理论（简称SM）是一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论，以杨-米尔斯方程为核心，又称为规范对称场论。
标准模型包含费米子及玻色子——费米子为拥有半整数的自旋并遵守泡利不兼容原理（这原理指出没有相同的费米子能占有同样的量子态）的粒子；玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不兼容原理。简单来说，费米子就是组成物质的粒子，玻色子则负责传递各种作用力。
费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。费米子得名于意大利物理学家费米，遵从泡利不相容原理。根据标准理论，费米子均是由一批基本费米子组成的，而基本费米子则不可能分解为更细小的粒子。
基本费米子分为 2 类：夸克和轻子。而这 2 类基本费米子，又分为合共 24 种味 (flavour)：12 种夸克：包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t)，及它们对应的 6 种反粒子。 12 种轻子：包括电子 (e)、渺子 (μ)、陶子 (τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ，及对应的 6 种反粒子，包括 3 种反中微子。
玻色子（英语：boson）是遵循玻色-爱因斯坦统计，自旋量子数为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，多个全同玻色子可以同时处于同一个量子态，在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。
按照结构，可以分成基本粒子和复合粒子。基本玻色子有传递基本相互作用的胶子、光子、Z、引力子以及给其他基本粒子提供质量的希格斯粒子。复合玻色子由偶数个费米子组成，常见的有介子、氘核、氦-4等。按照自旋和宇称量子数，可以分成标量、赝标量、矢量和轴矢量粒子等。
1.胶子-强相互作用的媒介粒子，质量为零，电中性，自旋量子数为1，有8种。
2.光子-电磁相互作用的媒介粒子，质量为零，电中性，自旋量子数为1，只有1种。
3.Z 玻色子-弱相互作用的媒介粒子，自旋量子数为1。
W玻色子有两个，分别带正、负一个电子电量，质量约为80.4GeV。
Z玻色子有一个，不带电，质量约为91.2GeV。
4.引力子-量子引力理论中传递引力相互作用的媒介粒子，质量为零，电中性，自旋量子数为2，只有1种，尚未被发现。
5.希格斯玻色子（Higgs boson）- 又称为“上帝粒子”，在GSW电弱统一理论中引起规范对称性自发破缺并给其他基本粒子提供质量的自旋量子数为0的基本粒子，质量约为125GeV。2012年7月被欧洲核子中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）实验发现。
6.介子- 由一个正夸克和一个反夸克组成的强子，常见的有π、ρ、K等。
7.氘核、氦-4等由偶数个核子组成的原子核。因为质子和中子都是费米子，故含偶数个核子的原子核是自旋为整数的玻色子。
卡鲁扎-克莱因理论
鉴于笔者对此理论没有多少了解，So 详见百度百科 - 卡鲁扎-克莱因理论 ^.^。
弦理论
弦理论（以及它的升级版超弦理论）认为，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”（包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦）。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子，能量与物质是可以转化的。
弦理论主要试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论——量子力学和广义相对论——并欲创造的描述整个宇宙的“万物理论”
弦论中的弦尺度非常小，操控它们性质的基本原理预言，存在着几种尺度较大的薄膜状物体，后者被简称为“膜”。弦理论中支持一定的振荡模式，或者共振频率，其波长准确地配合。
另外，“弦理论”这一用词所指的原本包含了26度空间的玻色弦理论，和加入了超对称性的超弦理论。在近日的物理界，“弦理论”一般是专指“超弦理论”，而为了方便区分，较早的“玻色弦理论”则以全名称呼。
额外维
额外维是相对于“四维时空”而提出的一个概念，一般泛指的是理论在四维时空基础上扩展出来的其它维度。
D-膜
由于超弦理论的时空维数为10维，所以很自然的可以认为有6个额外的维度需要被紧化。当对闭弦紧化时，可以发现所谓的T-对偶；而对开弦紧化则可以发现开弦的端点是停留在这些超曲面上的，并且满足Dirichlet边界条件，所以这些超曲面一般被称为“D膜”。研究员称D膜的动力学为“矩阵理论”（M理论)，是为“M”字之一来源。
二次革命
如果说超弦理论的第一次革命统一了量子力学和广义相对论，那么近年来发生的弦理论的第二次革命则统一了五种不同的弦理论和十一维超引力，预言了一个更大的M理论的存在，揭示了相互作用和时空的一些本质，并暗示了时间和空间并不是最基本的，而是从一些更基本的量导出或演化形成的。
物质组成的最终单元
量子力学的原理和广义相对论是否相冲突
我们是否生活在11维时空
用简单的语言解释弦理论
M理论
M理论希望能藉由单一个理论来解释所有物质与能源的本质与交互关系。其结合了五种超弦理论和十一维空间的超引力理论。
超对称性
同弦论一样，M理论的关键概念是超对称性。所谓超对称性，是指玻色子和费米子之间的对称性。
在超对称物理中，所有粒子都有自己的超对称伙伴。它们有与原来粒子完全相同的量子数(色、电荷、重子数、轻子数等)。玻色子的超伙伴必定是费米子；费米子的超伙伴必定是玻色子。
时间的定义
在M理论体系中，时间分为两种，一种是我们世俗意义上的时间（即现行宇宙对人类意义上的时间）。还有一种被定义为“虚时间”，虚时间没有所谓的开端和终结，而是一直存在的时间，是用于描述超弦的一条无矢坐标轴。
引力与其他力的统一(即引力为什么相对于其他力而言微乎其微)
M理论认为能量在自身维度下不守恒，能量会在自身绮翘中逃逸到其他膜，而弦分为开弦和闭弦，引力子弦与另三种弦不同，是一个自旋为2的玻色子,理论中被定义为自由的闭弦，可以被传播到宇宙膜外的高维空间以及其它宇宙膜，故能量场在自身维度（现行宇宙空间）下逃逸了更多，所以引力相对很小。
M理论对黑洞的解释
当其他类型的力不存在时，所有受引力作用的系统都会坍缩成黑洞。地球之所以没有被它自身的重量压垮，是因为构成它的物质很硬，这硬度来源于电磁力。同样，太阳之所以没有坍缩，也只是因为太阳内部的核反应产生了巨大的外向力。假如地球和太阳失去这些力，就会在短短的几分钟之内收缩，且越缩越快。随着收缩，引力会增加，收缩的速度也随之加快，从而将它们吞没在逐步上升的时空弯曲里，变成黑洞。
从外部看黑洞，那里的时间好像停止了，不会看到进一步的变化。黑洞所代表的，就是受引力作用系统的最终平衡态，该态相当于最大的熵。尽管目前对一般的量子引力尚不明了，霍金(StephenHawking)却利用量子论，成功地对黑洞提出了一个熵的公式。这个事实，有时被叫做黑洞悖论。
在某些情形下，Dp胚可以解释成为黑洞，或者更恰当地说是黑胚，即是任何物质(包括光在内)都不能从中逃逸的客体。于是，开弦可以看成是有一部分隐藏在黑胚之中的闭弦。可以将黑洞看成是由7个紧致维的黑胚构成的,从而M理论将为解决黑洞悖论提供途径。霍金认为黑洞并不是完全黑的，它可以辐射出能量。黑洞有熵，熵是用量子态数目来衡量的一个系统的无序程度。在M理论之前，如何清点黑洞量子态数目，人们束手无策。斯特龙明格(AndrewStrominger)和瓦法(CumrunVafa)利用Dp胚方法，计算了黑胚中的量子态数目。他们发现，计算所得的熵与霍金预言的完全一致。
10维弦论紧致化到4维的方式有成千上万种，不同方式产生出4维世界中不同的运行机制。于是，不信弦的人认为，这根本就没作预测。然而，在M理论中，黑胚有望解决这一难题。现已证明，当黑胚包绕着一个洞收缩时，黑胚的质量将会消失。这一性质将对时空本身产生绝妙的影响，它将改变经典拓扑学的法则，使得时空拓扑发生变化。一个带有若乾洞的时空，可以想象成一块沪上的早点——蜂糕。在黑胚作用下，它变成了另一块蜂糕，即变成了另一带有不同数目洞的时空。利用这一方法，可以把所有不同的时空联系起来。这样，对弦紧致问题的诘难，就容易解决了。
如果你只是想了解一下大统一理论、标准模型理论、弦理论、M理论的话，这些感觉就差不多了，而若想深入学习研究，详见知乎 - 如何学习弦论或M理论。
另外祝你学有所成！
参考文献
[1]. 标准模型简介–百度文库
[2]. 大统一理论–百度百科
[3]. 标准模型理论–百度百科
[4]. 弦理论–百度百科
[5]. M理论–百度百科