Ιστορία και ιδιότητες της θεωρίας M

M-θεωρία είναι το όνομα για μια ενοποιημένη έκδοση του θεωρία χορδών, που προτάθηκε το 1995 από τον φυσικό Edward Witten. Την εποχή της πρότασης, υπήρχαν 5 παραλλαγές της θεωρίας των χορδών, αλλά ο Witten ανέπτυξε την ιδέα ότι η κάθε μία ήταν μια εκδήλωση μιας ενιαίας υποκείμενης θεωρίας.

Ο Witten και άλλοι αναγνώρισαν διάφορες μορφές δυαδικότητας μεταξύ των θεωριών οι οποίες, μαζί με ορισμένους υποθέσεις σχετικά με τη φύση του σύμπαντος, θα μπορούσαν να τους επιτρέψουν να είναι όλοι μια ενιαία θεωρία: M-Θεωρία. Ένα από τα βασικά συστατικά της M-θεωρίας είναι ότι απαιτεί την προσθήκη μιας ακόμη διάστασης στην κορυφή της ήδη πολυάριθμες επιπλέον διαστάσεις της θεωρίας των χορδών έτσι ώστε να μπορούν να είναι οι σχέσεις μεταξύ των θεωριών εργάστηκε έξω.

Στη δεκαετία του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990, η θεωρία χορδών είχε φτάσει σε ένα πρόβλημα λόγω της αφθονίας των πλούτων. Εφαρμόζοντας την υπερσυμμετρία στη θεωρία των χορδών, στη θεωρία των συνδυασμένων υπερκειμένων, οι φυσικοί (συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του Witten) είχαν διερεύνησε τις πιθανές δομές αυτών των θεωριών και η εργασία που προέκυψε είχε δείξει 5 ξεχωριστές εκδοχές της υπερσύγχρονης θεωρία. Η έρευνα έδειξε περαιτέρω ότι θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ορισμένες μορφές μαθηματικών μετασχηματισμών, που ονομάζονται S-δυαδικότητα και T-δυαδικότητα, μεταξύ των διαφορετικών εκδόσεων της θεωρίας χορδών. Οι φυσικοί ήταν σε απώλειες

Σε μια διάσκεψη φυσικής για τη θεωρία χορδών, που πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας την άνοιξη του 1995, ο Edward Witten πρότεινε την εικασία του ότι αυτές οι δυαδικότητες πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη. Αν, όπως πρότεινε, το φυσικό νόημα αυτών των θεωριών είναι ότι οι διαφορετικές προσεγγίσεις στη θεωρία χορδών ήταν διαφορετικοί τρόποι μαθηματικής έκφρασης της ίδιας υποκείμενης θεωρίας. Παρόλο που δεν είχε τις λεπτομέρειες αυτής της υποκείμενης θεωρίας χαρτογραφηθεί, πρότεινε το όνομα γι 'αυτό, M-Θεωρία.

Μέρος της ιδέας που βρίσκεται στην καρδιά της ίδιας της θεωρίας των χορδών είναι ότι οι τέσσερις διαστάσεις (διαστάσεις του χώρου και μια χρονική διάσταση) του παρατηρούμενου μας σύμπαντος μπορεί να είναι εξηγείται από τη σκέψη ότι το σύμπαν έχει 10 διαστάσεις, αλλά στη συνέχεια "συμπιέζει" 6 από αυτές τις διαστάσεις σε μια υπομικροσκοπική κλίμακα που δεν είναι ποτέ παρατηρηθεί. Πράγματι, ο ίδιος ο Witten ήταν ένας από τους ανθρώπους που είχαν αναπτύξει αυτή τη μέθοδο πίσω στις αρχές της δεκαετίας του 1980! Τώρα πρότεινε να κάνουμε το ίδιο πράγμα, υποθέτοντας πρόσθετες διαστάσεις που θα επέτρεπαν τους μετασχηματισμούς μεταξύ των διαφόρων παραλλαγών της 10-διάστασης της θεωρίας των χορδών.

Ο ενθουσιασμός της έρευνας που ξεπήδησε από αυτή τη συνάντηση και η προσπάθεια να αντληθούν οι ιδιότητες της M-Θεωρίας, εγκαινίασε μια εποχή που μερικοί χαρακτήρισαν την "επανάσταση της δεύτερης θεωρίας των χορδών" ή "τη δεύτερη επανάσταση υπερσυσσώρευσης".

Αν και οι φυσικοί δεν έχουν ακόμη αποκαλύψει τα μυστικά της M-Θεωρίας, έχουν εντοπίσει διάφορες ιδιότητες που θα είχε η θεωρία εάν η εικασία του Witten αποδειχθεί αληθινή:

• 11 διαστάσεις του χωροχρόνου (αυτές οι επιπλέον διαστάσεις δεν πρέπει να συγχέονται με την ιδέα στη φυσική του α multiverse των παράλληλων συμπάντων)
• περιέχει χορδές και βράνες (αρχικά ονομάζονται μεμβράνες)
• μεθόδους χρήσης της συμπύκνωσης για να εξηγήσουμε πώς μειώνονται οι επιπλέον διαστάσεις στις τέσσερις διαστημικές διαστάσεις που παρατηρούμε
• δυαδικότητες και ταυτοποιήσεις μέσα στη θεωρία που του επιτρέπουν να μειώσει σε ειδικές περιπτώσεις των γνωστών θεωριών χορδών και τελικά στη φυσική που παρατηρούμε στο σύμπαν μας

Δεν είναι ξεκάθαρο τι σημαίνει το M στη Θεωρία M, αν και είναι πιθανό ότι αρχικά ήταν "Μεμβράνη", αφού αυτές μόλις ανακαλύφθηκαν ως βασικό στοιχείο της θεωρίας χορδών. Ο ίδιος ο Witten ήταν αινιγματικός σχετικά με το θέμα, δηλώνοντας ότι η έννοια του Μ μπορεί να επιλεγεί για γεύση. Οι δυνατότητες περιλαμβάνουν Μεμβράνη, Κύριο, Μαγεία, Μυστήριο κ.ο.κ. Μια ομάδα φυσικών, που οδήγησε σε μεγάλο βαθμό από Leonard Susskind, έχουν αναπτύξει τη Θεωρία Matrix, την οποία πιστεύουν ότι θα μπορούσαν τελικά να συν-επιλέξουν το M, αν είναι ποτέ αποδεδειγμένο ότι είναι αλήθεια.

Η Θεωρία Μ, όπως και οι παραλλαγές της θεωρίας χορδών, έχει το πρόβλημα ότι αυτή τη στιγμή δεν κάνει πραγματικές προβλέψεις που να μπορούν να δοκιμαστούν σε μια προσπάθεια επιβεβαίωσης ή αναιτιολόγησης της θεωρίας. Πολλοί θεωρητικοί φυσικοί συνεχίζουν να διερευνούν αυτόν τον τομέα, αλλά όταν έχετε πάνω από δύο δεκαετίες έρευνας χωρίς σταθερά αποτελέσματα, ο ενθουσιασμός αναμφισβήτητα χάνει λίγο. Ωστόσο, δεν υπάρχουν αποδείξεις ότι ισχυρός ισχυρίζεται ότι η εικασία της Witten M-Theory είναι ψευδής. Αυτό μπορεί να είναι μια περίπτωση όπου η αποτυχία να διαψευσθεί η θεωρία, όπως η παρουσίαση της να είναι εσωτερικά αντιφατική ή ασυνεπής με κάποιο τρόπο, είναι η καλύτερη που οι φυσικοί μπορούν να ελπίζουν προς το παρόν.