M-Teoria to nazwa ujednoliconej wersji teoria strun, zaproponowany w 1995 r. przez fizyka Edwarda Wittena. W momencie składania wniosku istniało 5 wariantów teorii strun, ale Witten przedstawił ideę, że każda z nich była przejawem jednej teorii leżącej u podstaw.
Witten i inni zidentyfikowali kilka form dualności między teoriami, które wraz z pewnymi założenia dotyczące natury wszechświata mogłyby pozwolić, aby wszystkie były jedną teorią: Teoria M. Jednym z głównych elementów teorii M jest to, że wymagało ona dodania jeszcze jednego wymiaru na szczycie już wiele dodatkowych wymiarów teorii strun, aby mogły istnieć relacje między teoriami wypracowane.
Druga rewolucja teorii strun
W latach 80. i na początku lat 90. teoria strun doszła do pewnego problemu z powodu obfitości bogactw. Stosując supersymetrię do teorii strun do połączonej teorii superstrun, fizycy (w tym sam Witten) mieli zbadali możliwe struktury tych teorii, a powstałe prace wykazały 5 różnych wersji superstrun teoria. Badania wykazały ponadto, że można używać pewnych form transformacji matematycznych, zwanych dualnością S i dualnością T, między różnymi wersjami teorii strun. Fizycy byli zagubieni
Podczas konferencji fizyki na temat teorii strun, która odbyła się na Uniwersytecie Południowej Kalifornii wiosną 1995 roku, Edward Witten zaproponował swoje przypuszczenie, że te dualności należy potraktować poważnie. Co jeśli, jak zasugerował, fizycznym znaczeniem tych teorii jest to, że różne podejścia do teorii strun były różnymi sposobami matematycznego wyrażenia tej samej podstawowej teorii. Chociaż nie miał naszkicowanych szczegółów tej leżącej u podstaw teorii, zaproponował jej nazwę, M-Teoria.
Częścią samego sedna samej teorii strun jest to, że cztery wymiary (3 wymiary przestrzeni i jeden wymiar czasu) naszego obserwowanego wszechświata mogą być wyjaśnione przez myślenie o wszechświecie jako posiadającym 10 wymiarów, ale następnie „zagęszczanie” 6 tych wymiarów do sub-mikroskopowej skali, która nigdy nie jest zauważony. Rzeczywiście, sam Witten był jedną z osób, które opracowały tę metodę na początku lat osiemdziesiątych! Zasugerował teraz, aby zrobić to samo, przyjmując dodatkowe wymiary, które pozwoliłyby na transformacje między różnymi 10-wymiarowymi wariantami teorii strun.
Entuzjazm badań powstałych podczas tego spotkania i próba wyprowadzenia właściwości M-teorii, zainaugurował erę, którą niektórzy nazwali „rewolucją teorii drugiej struny” lub „drugą rewolucją superstrun”.
Właściwości teorii M.
Chociaż fizycy wciąż nie odkryli tajemnic teorii M, zidentyfikowali kilka właściwości, które miałaby teoria, gdyby hipoteza Wittena okazała się prawdziwa:
- 11 wymiarów czasoprzestrzeni (tych dodatkowych wymiarów nie należy mylić z ideą fizyki wieloświatowy równoległych wszechświatów)
- zawiera ciągi znaków i otręby (pierwotnie zwane membranami)
- metody wykorzystania kompaktowania w celu wyjaśnienia, w jaki sposób dodatkowe wymiary redukują się do czterech obserwowanych przez nas wymiarów czasoprzestrzeni
- dualności i identyfikacje w obrębie teorii, które pozwalają sprowadzić się do specjalnych przypadków znanych teorii strun, a ostatecznie do fizyki, którą obserwujemy w naszym wszechświecie
Co oznacza skrót „M”?
Nie jest jasne, co ma oznaczać literę M w teorii M, choć prawdopodobnie pierwotnie oznaczała ona „membranę”, ponieważ odkryto, że są one kluczowym elementem teorii strun. Sam Witten był enigmatyczny w tym temacie, twierdząc, że znaczenie litery M można wybrać dla smaku. Możliwości obejmują Membrane, Master, Magic, Mystery i tak dalej. Grupa fizyków, prowadzona w dużej części przez Leonard Susskind, opracowali Teorię Matrycy, która ich zdaniem może ostatecznie wybrać M, jeśli kiedykolwiek okaże się to prawdą.
Czy teoria M jest prawdziwa?
M-Teoria, podobnie jak warianty teorii strun, ma problem polegający na tym, że obecnie nie czyni żadnych rzeczywistych prognoz, które można by przetestować, próbując potwierdzić lub obalić teorię. Wielu fizyków teoretycznych kontynuuje badania w tej dziedzinie, ale kiedy masz ponad dwie dekady badań bez solidnych wyników, entuzjazm niewątpliwie nieco zanika. Nie ma jednak dowodów na to, że mocne dowody na to, że hipoteza M-Teorii Wittena jest fałszywa. Może to być przypadek, w którym brak obalenia teorii, na przykład poprzez wykazanie, że jest ona wewnętrznie sprzeczna lub w jakiś sposób niespójna, jest najlepszym, na co obecnie fizycy mogą liczyć.