Unul dintre principalii candidați pentru o teorie a tuturor este teoria șirurilor sau versiunea ei mai generalizată, teoria M. Dar este de făcut o singură predicție pe care nu vom putea niciodată să o verificăm - dimensiuni ascunse și compactificate.
Teoria șirurilor încearcă nu numai să combine mecanica cuantică cu Relativitatea generală, ci și să explice spectrul particulelor și forțelor observate în natură. În formularea cea mai recentă a teoriei - teoria matricei - există 11 dimensiuni. Susținătorii săi s-au confruntat cu una dintre cele mai mari probleme cu teoriile de coarde - explicând modul în care dimensiunile suplimentare sunt „compactificate”, ceea ce le face imposibil de observat în lumea noastră cu patru dimensiuni. Compactificarea clarifică și cele mai interesante proprietăți ale teoriei.
Teoria șirurilor afirmă că lumea este formată din șiruri vibrante incredibil de mici într-un spațiu-timp de zece dimensiuni. În 1995, în timpul celei de-a doua revoluții de superstring, Edward Witten a propus teoria M, care a combinat toate cele cinci tipuri diferite de teorie cu coarde. Aceasta este o teorie cu 11 dimensiuni care include supragravitatea. Nu există un singur răspuns în rândul oamenilor de știință cu privire la ce înseamnă „M” în nume, însă mulți teoreticieni sunt de acord că această literă înseamnă „membrane”, deoarece teoria conține suprafețe vibrante de mai multe dimensiuni diferite. Teoria M nu are ecuații exacte de mișcare, dar în 1996, Tom Banks, de la Universitatea Rutgers și colegii săi, au propus o descriere a acesteia ca „teorie matricială” ale cărei variabile principale sunt matrice.
Compactarea acestei teorii cu 11 dimensiuni la patru modificări nu a fost în niciun caz ușoară. A compactifica literal înseamnă a „înrola” dimensiunile suplimentare ale unei teorii la dimensiuni foarte mici. De exemplu, pentru a plia două dimensiuni, luați o gogoașă - sau un torus (este o suprafață bidimensională) - și strângeți-o într-un cerc sau buclă cu o secțiune transversală mică, apoi strângeți bucla respectivă până la un punct. Fără o sondă suficient de sensibilă care ar putea înregistra măsurători „stoarse”, această buclă arată unidimensională, în timp ce punctul este zero. În teoria M, se presupune că vorbim despre mărimi de ordinul 10-33 centimetri, care, la rândul lor, nu pot fi înregistrate în niciun fel cu echipamente moderne. Se dovedește că, după compactificarea a șapte dimensiuni, lumea din jurul nostru arată în patru dimensiuni.
Edward Witten / Revista Quanta / Jean Sweep.
Dar care este o dimensiune în sine? Intuitiv, poate părea că fiecare dimensiune este o direcție independentă în care noi (sau orice obiect) ne putem deplasa. Așadar, se dovedește că trăim în trei dimensiuni spațiale - „înainte-înapoi”, „stânga-dreapta” și „sus-jos” - și o dată - „trecut-viitor”. În general, acestea sunt patru dimensiuni. Însă percepția noastră despre dimensiuni este strâns legată de solzi.
Imaginați-vă că urmăriți o navă care navighează de la distanță în port. La început, pare un punct zero la orizont. După un timp îți dai seama că are un catarg îndreptat spre cer: acum pare o linie unidimensională. Apoi observați pânzele sale - iar obiectul pare deja bidimensional. Pe măsură ce nava se apropie de doc, observi în sfârșit că are o punte lungă - a treia dimensiune.
Nu este nimic ciudat în acest lucru, precum și faptul că o gogoasă, redusă la o dimensiune incredibilă, pare a fi un punct de dimensiune zero. Ideea este că nu suntem în măsură să determinăm măsurătorile de la distanțe mari. Acest lucru duce logic la ceea ce a fost descris mai sus: pot exista și alte dimensiuni, dar sunt atât de mici încât nu le percepem.
Video promotional:
Să revenim la compactarea măsurătorilor. Imaginați-vă că sunteți o veveriță care trăiește pe un trunchi de copac infinit de lung. Într-un fel sau altul, un trunchi de copac este un cilindru. Puteți să vă deplasați în două direcții independente - „de-a lungul” și „în jurul”. Odată ce te plictisești, te muti într-un copac cu un trunchi mai subțire, a cărui circumferință este mult mai mică. Acum dimensiunea dvs. „în jurul” este mult mai mică decât înainte. Ai nevoie de doar doi pași pentru a ocoli complet butoiul. Sari la un copac și mai subțire. Acum, la un pas, înfășurați butoiul de o sută de ori! Dimensiunea „în jur” a devenit prea mică pentru a putea observa. Cu cât sunt mai subțiri trunchiurile de copaci, cu atât dimensiunile lumii tale sunt reduse la unul singur.
Cu cât este mai mic arborele pe care o veveriță sare, cu atât dimensiunea „în jurul” în care se poate mișca și pe care o poate percepe / WhyStringTheory.com
Acest lucru este exact ceea ce se întâmplă în teoria șirurilor cu șase (șapte pentru teoria M) dimensiuni suplimentare. De fiecare dată când mișcați mâna prin spațiu, întoarceți dimensiunile ascunse de un număr incredibil de ori.
După cum am menționat mai sus, dimensiunile măsurătorilor compactate sunt de ordinul 10-33 centimetri, ceea ce este comparabil cu lungimea Planck (1,6x10-33 centimetri). Trebuie menționat că este puțin probabil ca în viitorul apropiat să avem ocazia să le înregistrăm direct experimental. Cu toate acestea, oamenii de știință speră la unele teste, ale căror rezultate depind în mare măsură de o combinație reușită de circumstanțe.
Forma și dimensiunea șirurilor sunt extrem de importante pentru simularea vibrațiilor și interacțiunilor lor. Trebuie să înțelegeți cum se răsucesc în jurul celor șase dimensiuni ondulate. Structura precisă a suprafeței formată prin compactificare schimbă fizica condusă de șiruri.
Există mai multe moduri în care dimensiunile suplimentare se pot plia într-un spațiu atât de mic. Cu toate acestea, nu se știe încă care dintre aceste metode duce în cele din urmă la fizica tradițională.
În trecut s-au făcut multe încercări de a compactifica teoria matricelor folosind un toroid cu șase dimensiuni, dar nimic nu a venit din aceasta. Nimeni nu s-a gândit că problema presupus mai dificilă de compactare cu distribuitoarele Calabi-Yau ar oferi soluții viabile pentru o teorie de lucru. Compactificarea dimensiunilor cu varietățile Calabi-Yau evită unele dintre complicațiile teoriei matricei.
Cercetările actuale în teoria coardelor sunt mai multe despre varietățile Calabi-Yau. Acesta este cu siguranță un grup promițător de compactificări, dar încă nu există un răspuns clar, iar numărul colectoarelor descoperite a crescut deja la 10 (la puterea a 500), așa cum a arătat recent unul dintre teoreticienii de coardă Brian Green într-un podcast de Sean Carroll.
Colectori Calabi cu șase dimensiuni - Yau / Vimeo / Grafen.
Teoreticienii cu coarde sunt încă departe de o înțelegere clară și fără ambiguitate a faptului dacă teoria M descrie de fapt lumea pe cele mai mici scări. Cu toate acestea, după cum a remarcat Edward Witten: "Este uimitor cum poți construi o teorie care să includă gravitația, dar care inițial se bazase doar pe teoria gabaritului."
Teoria șirurilor este un aparat matematic complex. După cum au subliniat Clifford Johnson și Brian Greene în interviurile revistei noastre, este greu de spus că această teorie descrie realitatea. Dar chiar dacă se dovedește că nu are nicio legătură cu realitatea, atunci va fi cu siguranță un pas important către ceva mai mare - spre o teorie care descrie Universul mai precis și mai elegant decât orice știam înainte.
Vladimir Guillen
