粒子、弦和膜
正如来自杜伦大学的广义相对论学者露丝·格雷戈里（Ruth Gregery）所说：弦理论里的膜“满载着”粒子和力。这即是说，总是有一些粒子和力被困在膜上。就如一只圈养在家里的猫从来不会冒险走出家门一样，那些被困在膜上的粒子也从不会离开膜。它们不能离开，它们的存在就是依附于膜的存在。即使它们移动，也只是在膜上移动；即使彼此作用，也只是在膜铺展开的空间维度里作用。从被困于膜的粒子角度来看，如果不是引力或可能与它们相互作用的空间里的粒子，世界也就只有膜的维度。
现在我们来看弦理论是怎样将粒子和力困在膜上的。设想只有一个D-膜漂浮在高维宇宙的某个地方，根据定义，开弦的两个端点一定在一个D-膜上，这个D-膜就是开弦开始和终止的地方。开弦的两个端点未必固定在一个地方，但必定是在膜上，就如火车轨道一样，虽然它们限制了轮子，却可以让轮子在上面滚动，膜就是一些固定的表面，弦的端点虽然被困其上，却仍可能有限度地移动。
因为开弦的振动形成了粒子，两个端点被困于一个膜上的开弦的模式就形成了被困于这个膜上的粒子，这些粒子只能在膜铺展的维度里穿行和相互作用。
结果发现，膜束缚的弦所产生的粒子就是可以传递力的规范玻色子。我们之所以这样说，是因为它有着规范玻色子的自旋（是1），而且因为它的作用方式就如规范玻色子一样。这样一个被困于膜的规范玻色子会传递力，这种力则作用于被困在膜上的其他粒子，计算显示在接受端的粒子总是受到这种力的影响。事实上，终止于膜上的任何弦的端点都会表现得像一个带荷粒子。正是这些被困于膜上的力和带荷粒子的存在告诉我们，弦理论里的D-膜会“满载着”带荷粒子和作用于它们的力出现。
如果结构里不止存在一个膜，那就会有更多的力和更多的带荷粒子。例如，假设有两个膜：在这种情况下，除了被困在每个膜上的粒子外，还会有一种新型的粒子，它是由两个端点各位于一个膜的弦产生的（如图16-1所示）。
开始和终止于一个膜上的弦生成的是一个规范玻色子，而两个端点各位于一个膜上的弦会生成一种新型的规范玻色子。如果两个膜分隔开来，规范玻色子就有了非零质量。
如果两个膜在空间中隔开，结果在它们之间延伸的弦所生成的粒子就会很重。由这种弦的振动模式所产生的粒子，其质量会随着两膜之间距离的增大而增大，这个质量就像是弹簧被拉伸所积聚的能量——拉伸越厉害，积聚的能量就越大。同样道理，在两个膜之间延展的弦所能生成的粒子质量与两膜之间的距离成正比。
但是，当弹簧处于静止状态时，它是松弛的，这时它没有积聚任何能量。同样，如果两个膜没有隔开——即它们在同一位置上，那么在每个膜上都有一端点的弦所产生的最轻的弦粒子就是无质量的。
现在我们假设两个膜重叠，由此就生成了一些无质量粒子。其中的一个无质量粒子是规范玻色子，它不同于两个端点在同一个膜上的弦所形成的规范玻色子，而是一种全新的玻色子。这种新的无质量粒子，只有当两个膜碰巧重叠时才会产生，它所传递的力既可能作用于一个膜上的粒子，也可能作用于同时在两个膜上的粒子。与其他所有力一样，膜上的力也有一种相关的对称。在这种情况下，对称变换就是交换两个膜的变换。
当然，如果两个膜真的在同一位置，你可能就会感到奇怪，为什么要把它们看做是两个物体呢？你的想法很对：如果两个膜重叠，你完全可以把它们想象成是一个膜，这个新型的膜在弦理论里是存在的。它是两个秘密交会的膜，有着那些膜的属性。它束缚了以上讨论的所有不同类型的粒子：既有两个端点各在两个膜上的开弦形成的粒子，也有端点在同一个膜上的弦形成的粒子。
现在假设许多膜重叠在一起，由于弦的两端可能被困于任何一张膜上，这样就可能生成多种新型的开弦（如图
16-2所示）：在不同的膜之间延伸的开弦，或是两个端点在同一张膜上的弦，这些弦的振动模式意味着新的粒子。这些新粒子包括了新型的规范玻色子和新型的带荷粒子；与这些新的力相关的对称交换是重叠在一起的各个膜。
在同一个膜上开始和终止的弦或是在两个膜之间延伸的弦都会形成规范玻色子。当膜重合在一起时，对应于一个弦在重合膜上开始和终止的各种方式，就会有新的无质量规范玻色子生成。
因此，膜真的是“满载着”力和粒子出现的，膜越多意味着可能性越多。如果涉及的是几组不同的膜，甚至可能产生更为复杂的情形：位于不同地点的膜承载的会是完全不同的粒子和力，被束缚于这组膜上的粒子和力可能会完全不同于被束缚于另一组膜上的粒子和力。
例如，形成我们的粒子连同电磁力，都被局限在一个膜上，因此我们会经受电磁力，而被局限于远处另一张膜上的粒子就经受不到，那些遥远的粒子对电磁力无动于衷。反过来讲，被限制于遥远膜上的粒子所经受的新奇的力，也是我们所完全感受不到的。
这种情形的一个重要性质（后面我们还会用到）是：在不同膜上的粒子之间不会直接发生作用。相互作用是局域的：即它们只发生在同一位置的粒子之间，分隔在不同膜上的粒子相距遥远，不能直接相互作用。
你可以把体，即整个高维空间，比作一个庞大的网球场，里面正同时进行着几场独立的比赛。每一场地上的球都会越过球网来来回回，而且可能会跑到自己场地里的任何地方，但是，每场比赛都相对独立地进行着，因此球只能待在各自的场地里。就如一个只能在规定场地的球一样，只有比赛的两位网球选手能够接触到它，被膜束缚的规范玻色子和其他困在膜上的粒子也只能与它们自己膜上的物质相互作用。
但是，如果有粒子和力能够自由地穿梭于体空间中，分置于不同膜上的粒子就能够通过它们相互交流了。这样的体粒子可以自由地进出一个膜，它们偶尔可能会与一个膜上的粒子相互作用，也可能在整个高维空间中自由穿行。
存在着不同的膜和在它们之间穿梭的体粒子，这一情形就如一个庞大的体育场里同时进行着几场比赛，不同的选手都是同一个教练。因为要同时注意几场比赛的进展，这个教练会不停地从一个场地踱到另一个场地。如果一个选手想与另外场地的选手交流什么，他可以告诉教练，让教练代为转达。在比赛中间，选手们不能直接交流，但他们可以通过能在不同场地间自由行动的一个人帮助传话。同样，体粒子能与一个膜上的粒子相互作用，随后又与另一个遥远膜上的粒子相互作用，由此，它就使得被束缚于不同膜上的粒子能间接地交流。
下一节我们会看到，引力子——传递引力作用的粒子，就是这样一种体粒子。在一个高维构成中，它能在高维空间里自由穿行，并与所有地方的粒子相互作用，无论它们是在膜上还是在膜外。
