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物理学において、弦は弦理論および関連分野で仮定される物理的実体である。定義上ゼロ次元または点状である素粒子とは異なり、弦は一次元に広がる実体である。 [ 1 ]研究者は弦理論に関心を持つことが多い。なぜなら、基本的な実体が点粒子ではなく弦である理論は、物理学の基本理論に備わっていると一部の物理学者が期待する多くの特性を自動的に備えているからである。特に注目すべきは、量子力学の法則に従って進化し相互作用する弦の理論は、自動的に量子重力を記述するということである。
弦理論では、弦は開いている（2つの端点を持つセグメントを形成する）か閉じている（円のようなループを形成する）かのいずれかであり、その他の特別な性質を持つ場合がある。[ 2 ] 1995年以前には、超対称性の概念を取り入れた弦理論の既知のバージョンが5つ（これらは超弦理論として知られている）と、超対称性のないボソン弦理論として知られる2つのバージョンがあり、これらは弦の種類やその他の側面で異なっていた。今日では、これらの異なる超弦理論は、M理論と呼ばれる単一の理論の異なる極限ケースとして生じると考えられている。
素粒子物理学の弦理論では、弦は非常に小さく、今日の粒子加速器で観測できるよりもはるかに小さい。弦の特性長スケールは、通常プランク長のオーダー、約 10⁻³⁵メートルであり、量子重力の効果が顕著になると考えられているスケールである。したがって、物理学実験室で観測できるようなはるかに大きな長さスケールでは、このような実体はゼロ次元の点粒子のように見える。弦は調和振動子として振動することができ、同じ弦の異なる振動状態は、異なる種類の粒子として解釈される。弦理論では、異なる周波数で振動する弦が、素粒子物理学の現在の標準模型に見られる複数の基本粒子を構成する。弦は、原子核物理学でも研究されることがあり、磁束管のモデル化に用いられる。
弦が時空を伝播するにつれて、弦はワールドシートと呼ばれる2次元の表面を描き出します。これは、点粒子が描く1次元の世界線に相当します。弦の物理は、ワールドシートに関連付けられた2次元共形場理論によって記述されます。2次元共形場理論の形式は、弦理論以外にも、例えば凝縮系物理学や純粋数学の一部など、多くの応用分野を持っています。
弦は開弦と閉弦のどちらかに分類されます。閉弦とは端点を持たない弦であり、位相的には円に相当します。一方、開弦は2つの端点を持ち、位相的には線分に相当します。すべての弦理論が開弦を含むわけではありませんが、すべての理論は閉弦を含まなければなりません。なぜなら、開弦同士の相互作用によって必ず閉弦が生じるからです。
開弦を含む最も古い超弦理論は、タイプI弦理論であった。しかし、1990年代の弦理論の発展により、開弦は常にDブレーンと呼ばれる新しい物理的自由度で終わると考えるべきであることが示され、開弦の可能性の範囲は大幅に拡大した。
開弦と閉弦は、一般的にそれぞれ特徴的な振動モードを持つ。閉弦の振動モードの一つは重力子として識別できる。特定の弦理論では、開弦の最低エネルギー振動はタキオンであり、タキオン凝縮を起こすことができる。開弦の他の振動モードは、光子やグルーオンの性質を示す。
文字列には方向も存在し、これは文字列を反対方向の文字列と区別する内部的な「矢印」と考えることができます。対照的に、方向のない文字列とは、そのような矢印を持たない文字列のことです。