Tương tự như vậy, lý thuyết dây có thể được chứng minh thông qua nhiều thí nghiệm gián tiếp. Vì mỗi rung động dây tương ứng với một hạt, nên ta có thể sử dụng máy gia tốc hạt nhằm tìm kiếm những hạt mới tương ứng với những “quãng tám” cao hơn của dây. Các nhà khoa học hy vọng nếu proton va chạm ở cường độ hàng ngàn tỷ volt, họ sẽ có thể nhanh chóng tạo ra loại hạt mới trong số các mảnh vỡ mà lý thuyết dây dự đoán. Từ đó, họ sẽ giải được một vấn đề lớn chưa có lời đáp trong ngành thiên văn.
Thập niên 1960, khi nghiên cứu sự xoay của Dải Ngân Hà, các nhà thiên văn phát hiện một điều khác lạ. Thiên hà của chúng ta xoay nhanh đến mức nó sẽ phải tan rã nếu theo đúng các định luật Newton, nhưng thực tế là nó vẫn bền vững suốt khoảng mười tỷ năm qua. Dải Ngân Hà thực ra xoay nhanh gấp mười lần so với tốc độ mà cơ học Newton truyền thống dự đoán.
Vậy là một vấn đề lớn nảy sinh. Hoặc phương trình Newton sai (điều khó ai nghĩ tới) hoặc phải có một quầng vật chất vô hình xung quanh các thiên hà, khiến chúng tăng khối lượng, từ đó có lực hấp dẫn đủ mạnh để không bị phân tán. Như vậy, có thể những bức ảnh chụp các thiên hà lộng lẫy, với những nhánh xoắn ốc tuyệt đẹp, là chưa đầy đủ. Thực chất chúng được bao quanh bởi quầng vô hình nặng gấp mười lần thiên hà. Do trên các bức ảnh, thiên hà chỉ có khối sao xoắn ốc, nên thứ gắn kết thiên hà với nhau hẳn phải không tương tác với ánh sáng - nó hẳn phải vô hình.
Các nhà vật lý thiên văn đặt tên cho khối này là “vật chất tối”. Sự tồn tại của nó khiến họ phải xem xét lại các lý thuyết vật lý thiên văn vốn cho rằng vũ trụ cấu tạo chủ yếu từ nguyên tử. Hiện tại, ta đã có những bản đồ vật chất tối trong khắp vũ trụ. Tuy vô hình, nhưng loại vật chất này có khả năng bẻ cong ánh sáng sao giống như mọi vật thể có khối lượng. Do đó, chỉ cần phân tích sự biến dạng của ánh sáng sao quanh thiên hà là ta có thể dùng máy tính để tính được vật chất tối hiện diện ở đâu và vẽ bản đồ phân bố của nó trong vũ trụ. Bản đồ này cho thấy đa phần tổng khối lượng thiên hà tồn tại dưới dạng vật chất tối.
Bên cạnh tính chất vô hình, vật chất tối còn có trọng lực, nhưng ta không thể nắm nó trong tay. Do hoàn toàn không tương tác với nguyên tử (vì trung tính về điện tích), nó sẽ lan qua tay bạn, qua sàn nhà và qua lớp vỏ Trái Đất. Nó dao động giữa New York và Australia như thể Trái Đất không hề tồn tại, nhưng nó vẫn bị trọng lực Trái Đất tác động. Vì vậy, tuy vô hình nhưng vật chất tối vẫn tương tác với các hạt khác thông qua trọng lực.
Có thuyết nói vật chất tối sinh ra từ siêu dây rung ở tần số cao. Ứng viên hàng đầu của vật chất tối là siêu hạt đối trọng của photon, được gọi là “photino” hay “photon nhỏ”. Photino sở hữu tất cả những đặc tính của vật chất tối: nó vô hình do không tương tác với ánh sáng, nhưng có trọng lượng và bền vững.
Có một số cách để chứng minh phỏng đoán này. Cách đầu tiên là trực tiếp tạo ra vật chất tối bằng máy gia tốc hạt LHC, với phương pháp cho các proton va chạm với nhau. Trong khoảng thời gian rất ngắn, có thể một hạt vật chất tối sẽ hình thành bên trong máy. Nếu thực sự xảy ra, đây sẽ là sự kiện khoa học trọng đại, đánh dấu lần đầu tiên một loại vật chất mới xuất hiện mà không hề dựa trên nền tảng nguyên tử. Nếu LHC không đủ mạnh để tạo ra vật chất tối, hy vọng ILC sẽ làm được.
Cũng có một cách khác để chứng minh điều này. Trái Đất đang di chuyển trong làn gió vật chất tối vô hình. Các nhà nghiên cứu hy vọng một hạt vật chất tối sẽ va chạm với proton trong máy gia tốc hạt, tạo nên cơn mưa các hạt hạ nguyên tử có thể chụp hình lại được. Trên khắp thế giới hiện đang có những nhà vật lý kiên nhẫn chờ đợi dấu hiệu của cuộc va chạm giữa vật chất và vật chất tối trong máy dò của mình. Giải Nobel vẫn chờ đợi nhà vật lý đầu tiên chỉ ra được điều này.
Nếu vật chất tối được tìm thấy, bất kể là bằng máy gia tốc hạt hay cảm biến trên mặt đất, ta sẽ có thể so sánh các đặc tính của chúng với những gì lý thuyết dây đã dự đoán. Qua đó, ta sẽ có bằng chứng để đánh giá tính chính xác của lý thuyết này.
Tuy việc tìm ra vật chất tối sẽ là bước tiến vĩ đại để chứng minh lý thuyết dây, nhưng ta cũng có thể thực hiện các cách chứng minh khác. Thí dụ, định luật hấp dẫn Newton chi phối chuyển động của những vật thể lớn như các vì sao và hành tinh, nhưng ta chưa rõ lực hấp dẫn tác động như thế nào trên những khoảng cách nhỏ, như cm hoặc dm. Do lý thuyết dây đòi hỏi những chiều không gian cao hơn, nên định luật bình phương nghịch đảo nổi tiếng của Newton (cho rằng trọng lực giảm theo tỷ lệ với bình phương khoảng cách) sẽ bị vi phạm ở khoảng cách nhỏ, vì định luật này dựa trên nền tảng ba chiều. (Ví dụ, nếu không gian có bốn chiều, trọng lực sẽ giảm theo tỷ lệ với nghịch đảo lập phương của khoảng cách. Cho đến nay, định luật hấp dẫn Newton không cho thấy bằng chứng nào về chiều không gian cao hơn, nhưng các nhà vật lý vẫn chưa bỏ cuộc.)
Một giải pháp khả thi khác là đưa thiết bị dò tìm sóng hấp dẫn lên không gian. Đài quan trắc Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO) đặt tại bang Louisiana và bang Washington, Mỹ, đã đo thành công sóng hấp dẫn từ vụ va chạm lỗ đen vào năm 2016 và va chạm sao neutron vào năm 2017. Phiên bản cải tiến của Ăng ten Không gian Giao thoa kế Laser (Laser Interferometer space Antenna – LISA) đặt trên không gian có thể sẽ dò tìm được sóng hấp dẫn từ vụ nổ Big Bang. Các nhà khoa học hy vọng sóng này sẽ giúp ta “tua lại video” và đưa ra được phỏng đoán về bản chất thời kỳ tiền Big Bang, qua đó thẩm định sơ qua một số dự báo của lý thuyết dây liên quan đến thời kỳ này.
