量子引力是现代物理学中最重要的问题之一。弦理论是目前量子引力理论最有前途的候选者。最近弦理论中取得了不少进展，特别是在如何把弦理论与现实世界相联系方面。这些进展很大程度上来源于近些年宇宙学观测的进步。观测告诉我们，现在宇宙正处于一个暗能量逐渐占主导的阶段。在这个阶段，宇宙缓慢地作加速膨胀。这个发现给弦理论带来了很大的挑战。早期宇宙的暴涨过程的研究也吸引了弦理论家的关注。从这些研究中出现了一个弦理论和宇宙学的交叉学科，称为弦宇宙学。　　 通常弦宇宙学的研究可以分为两大类。其中一类是建立一些尽可能简单的模型来研究一些特别困难的问题。这些模型往往比现实的系统有更少的自由度，乃至有更低的维度，但它们能抓住现实系统中某些本质的特征。另外一类研究是通过建立尽可能跟现实世界相接近的模型，然后尝试跟观测相对照。在这篇论文中，将报告这两个方向的研究。　　 现代弦理论中的一个关键概念是D-膜。D-膜提出后，人们开始利用它来构造现实的模型。一对D-膜和反D-膜可以用来构造暴涨模型。利用弦理论中的其它一些进展，特别是卷曲几何在弦理论中的实现，膜暴涨模型可以自然地实现慢滚暴涨。该模型还能够自然地结束暴涨，并提供一些新的可观测或者可证伪的预言，如宇宙弦的产生。这些新的预言有可能让我们从天文观测中看到量子引力的效应。　　 宇宙学的挑战激发了弦理论家对弦理论整个体系的反思。弦理论近期在构造带正宇宙学常数的真空方面也取得一些进展。在此基础上，Susskind提出弦景观的概念。一些弦理论家认为这个概念的提出是弦理论乃至整个物理学的重要进展。但目前我们仍缺乏一个可行的框架来处理弦景观。目前对弦景观的理解仍然局限于低能有效场论，而这种处理方法有可能丢失了一些重要的物理。　　 为了研究宇宙学的问题，弦理论家们对含时背景作了很多研究。这些背景包括dS空间，开弦快子的凝聚过程，闭弦快子的凝聚过程，等等。在这些含时背景下，粒子以及弦被产生出来，它们对背景几何有很大的影响。一个特别有趣的含时背景是其中包含奇点的时空。在奇点附近原来的理论失效，需要考虑新的自由度，建立新的框架才能理解奇点的物理。在这篇论文中，也将报告这方面的研究。　　 本文的内容包括三个部分：　　 (1)第二章，在膜暴涨宇宙学的框架下研究宇宙弦的衰变，计算玻色弦和超弦在各种背景下的衰变率。还利用最新的宇宙学数据来限制膜宇宙学。　　 (2)第三章，尝试去限制弦景观中的有效场论，特别关注了非对易场论的问题。　　 (3)第四章，对Misner空间建立一个矩阵模型，研究闭弦快子和一般的环绕弦的凝聚如何影响类空奇点。