Legenda spune că Albert Einstein și-a petrecut ultimele ore pe Pământ, urmărind ceva pe o bucată de hârtie, în încercarea finală de a formula o teorie a tuturor. Șaizeci de ani mai târziu, un alt om de știință legendar în domeniul fizicii teoretice, Stephen Hawking, va părăsi această lume cu gânduri similare. Știm că Hawking credea că așa-numita teorie M era cea mai bună șansă a noastră de a crea o teorie completă a universului. Dar ce este?
Încă de la formularea teoriei generale a relativității a lui Einstein în 1915, fiecare fizician teoretic a visat să concilieze înțelegerea noastră despre lumea infinit de mică a atomilor și a particulelor cu scara infinit de mare a spațiului. În timp ce cel din urmă este descris perfect de ecuațiile lui Einstein, prima este prevăzută cu o acuratețe extraordinară prin așa-numitul Model Standard al Interacțiunilor Fundamentale.
Înțelegerea noastră actuală este că interacțiunea dintre obiectele fizice este descrisă de patru forțe fundamentale. Două dintre ele - gravitația și electromagnetismul - apar pentru noi la nivel macroscopic, ne ocupăm cu ele în fiecare zi. Celelalte două - interacțiuni slabe și puternice - apar la scară foarte mică și numai atunci când avem de-a face cu procese subatomice.
Modelul standard al interacțiunilor fundamentale oferă o structură unică pentru trei dintre aceste forțe, dar gravitația nu dorește să se încadreze în această imagine în niciun fel. În ciuda descrierii corecte a fenomenelor la scară largă, cum ar fi comportamentul unei planete pe orbită sau dinamica galaxiilor, relativitatea generală nu mai funcționează la distanțe foarte scurte. Conform modelului standard, toate forțele sunt mediate de anumite particule. În cazul gravitației, lucrarea este realizată de graviton. Dar când încercăm să calculăm interacțiunile acestor gravitoni, în ecuații apar infinități fără sens.
O teorie completă a gravitației trebuie să funcționeze la orice scară și să țină seama de natura cuantică a particulelor fundamentale. Acest lucru ar permite gravitației să se încadreze într-o structură combinată cu alte trei interacțiuni fundamentale, creând astfel teoria notorie a tuturor. Desigur, de când Albert Einstein a murit în 1955, s-au înregistrat progrese semnificative în acest domeniu. Cel mai bun candidat al nostru este astăzi numit M-teoria.
Revoluția de coarde
Pentru a înțelege ideea de bază a teoriei M, trebuie să vă întoarceți în anii '70, când oamenii de știință au realizat că în loc să descrie universul bazat pe particule punctuale, ar fi mai bine să le descrieți sub formă de șiruri oscilante (tuburi de energie). O nouă modalitate de înțelegere a elementelor constitutive fundamentale ale naturii a dus la soluționarea multor probleme teoretice. În primul rând, o singură vibrație a unei coarde poate fi interpretată ca un graviton. Și spre deosebire de gravitația standard, teoria șirurilor poate descrie interacțiunile sale din punct de vedere matematic și nu poate obține infinități ciudate. Aceasta înseamnă că gravitația poate fi inclusă în structura combinată.
Video promotional:
După această descoperire interesantă, fizicienii teoretici au muncit din greu pentru a înțelege consecințele acesteia. Dar, așa cum se întâmplă adesea în cercetarea științifică, istoria teoriei coardelor este plină de suișuri și coborâșuri. La început, oamenii au fost perpleși că ea a prezis existența unei particule care se mișcă mai repede decât lumina, așa-numitul „tahion”. Această predicție a contrazis toate observațiile experimentale și a aruncat o umbră serioasă peste teoria șirurilor.
Cu toate acestea, această problemă a fost rezolvată la începutul anilor 1980, cu introducerea așa-numitei „supersimetrii” în teoria șirurilor. Ea prezice că fiecare particulă are propriul său partener și, printr-o coincidență neobișnuită, aceeași condiție elimină de fapt tahionul. Acest prim succes este cunoscut pe scară largă drept „prima revoluție a corzilor”.
O altă caracteristică neobișnuită este că teoria șirurilor necesită zece dimensiuni spațiu-timp. În prezent, știm doar patru: adâncimea, înălțimea, lățimea și timpul. Deși acest lucru pare un obstacol major, până în prezent au fost propuse mai multe soluții, iar în prezent pare a fi mai mult o caracteristică neobișnuită decât o problemă.
De exemplu, am putea exista într-o lume în patru dimensiuni fără acces la dimensiuni suplimentare. Sau dimensiunile suplimentare ar putea fi „compacte” și se pot încadra în cântare atât de mici încât nu le-am observa. Cu toate acestea, compactificări diferite ar duce la valori diferite ale constantelor fizice și la legi diferite ale fizicii. O posibilă soluție este că Universul nostru este doar unul dintre mulți dintr-un „univers multiplu” infinit guvernat de legi fizice diferite.
M-teorie
Mai era o problemă care îi bântuie pe teoreticienii de coardă ai zilei. O clasificare atentă a scos la iveală existența a cinci teorii de șiruri secvențiale distincte și nu era clar de ce natura ar trebui să aleagă una dintre cele cinci.
Aici intră în joc teoria M. În timpul celei de-a doua revoluții a șirului din 1995, fizicienii au sugerat că cinci teorii succesive sunt, de fapt, fețe diferite ale unei teorii unice care există în unsprezece dimensiuni spațiale în timp numite teoria M. Încorporează fiecare teorie a șirurilor într-o varietate de contexte fizice, rămânând viabilă pentru toată lumea. Această imagine incredibil de fascinantă i-a dus pe cei mai mulți fizicieni teoretici la ideea că teoria M va deveni o teorie a tuturor - și este, de asemenea, matematică mai consistentă decât orice altă teorie propusă.
Oricum ar fi, până în prezent, teoria M nu a reușit să producă predicții care pot fi verificate experimental. Supersimetria este în prezent testată la Large Hadron Collider. Dacă oamenii de știință ar putea găsi semne ale existenței unor super parteneri, acest lucru ar consolida în sfârșit poziția teoriei M. Dar fizica teoretică modernă nu este încă în măsură să ofere predicții verificabile, iar fizica experimentală nu poate prezenta experimente pentru această verificare.
Majoritatea fizicienilor și cosmologilor sunt obsedați de găsirea acestei frumoase și simple descrieri a lumii care ar putea explica totul. Și deși suntem încă departe de acest lucru, fără oameni strălucitori și creativi precum Hawking, acest lucru ar fi complet imposibil.
Ilya Khel
