Legenden siger, at albert Einstein tilbragte sine sidste timer på Jorden, opsporing og tegne noget på et stykke papir i den sidste forsøg på at formulere en teori om alting. 60 år senere, og en anden legendarisk forsker i teoretisk fysik, Stephen Hawking, forlade denne verden med lignende tanker. Vi ved, at Hawking troede, at den såkaldte M-teori er vores bedste chance for at skabe en komplet teori om universet. Men hvad er det?
Siden da, i 1915, havde formuleret den Generelle relativitetsteori af Einstein, hver fysiker ønskede at forene vores forståelse af den uendeligt lille verden af atomer og partikler med uendelig stor skala af kosmos. Hvis sidstnævnte er godt beskrevet af Einstein-ligninger, først med usædvanlig nøjagtighed forudsagt såkaldte Standard model af de grundlæggende interaktioner.
Vores nuværende forståelse er, at samspillet mellem fysiske objekter er beskrevet af fire fundamentale kræfter. To af dem — tyngdekraften og elektromagnetisme — er åbenbaret for os på det makroskopiske niveau, vi beskæftiger os med dem hver dag. De to andre — svage og stærke vekselvirkninger sker på en meget lille skala, og kun når vi har at gøre med subatomare processer.
Standard model af de grundlæggende interaktioner giver en fælles struktur for tre af disse kræfter, men tyngdekraften ikke passer ind i dette billede. På trods af den præcise beskrivelse af storskala fænomener, såsom opførsel af en planet i kredsløb eller dynamikken af galakser, der er den Generelle relativitetsteori stopper med at arbejde på meget korte afstande. I henhold til den Standard model, alle kræfter er medieret af visse partikler. I tilfælde af tyngdekraften gør de arbejde af graviton. Men når vi forsøger at beregne samspillet af disse gravitons synes meningsløs, uendelig i ligninger.
En komplet teori for tyngdekraften, skal arbejde på enhver skala og for at tage hensyn til quantum karakter af fundamentale partikler. Dette vil tillade dig at passe tyngdekraften i en fælles struktur med de andre tre fundamentale vekselvirkninger, for derved at skabe den berømte teori om alting. Selvfølgelig, siden da, siden død af albert Einstein i 1955, har gjort betydelige fremskridt på dette område. Vores bedste kandidat, der i dag bærer navnet M-teori.
Revolution-strenge
For at forstå den grundlæggende idé om M-teori, er nødt til at gå tilbage til 1970’erne, hvor forskerne indså, at i stedet for at beskrive universet, baseret på punkt-partikler, de ville have været bedre til at beskrive i form af svingende strenge (power-rør). En ny måde at forstå de grundlæggende bestanddele af natur førte til løsning af mange teoretiske problemer. Først og fremmest, separat vibrationer af strengen, kan den fortolkes som en graviton. Og i modsætning til standard teori om tyngdekraften, strengteori kan beskrive samspillet matematisk, og ikke får mærkelige infinities. Så tyngdekraften kan indgå i en samlet struktur.
Efter denne spændende åbne teoretiske fysikere er med til at sætte en stor indsats for at realisere dens konsekvenser. Men, som det ofte sker med forskning, historien om streng-teorien er fuld af op-og nedture. Ved første mennesker blev forvirrede af det faktum, at hun forudsagde eksistensen af en partikel, der bevæger sig hurtigere end lyset, såkaldte “tachyon”. Denne forudsigelse kom i konflikt med alle eksperimentelle observationer, og kastede en alvorlig skygge på strengteori.
Men dette problem blev løst i begyndelsen af 1980-erne sammen med indførelsen i strengteori den såkaldte “supersymmetri”. Det forudsiger, at hver partikel har sin egen superpartner og usædvanlige tilfælde, at den samme tilstand, som faktisk eliminerer tachyon. Denne første succes er almindeligt kendt som den “første streng revolution”.
En anden usædvanlig detalje er, at strengteori kræver eksistensen af ti rum-tid dimensioner. I øjeblikket kender vi kun fire: dybde, højde, bredde og tid. Selvom det ligner en alvorlig hindring, der blev foreslået forskellige løsninger, og i øjeblikket er det hele virker temmelig usædvanlig funktion, snarere end et problem.
For eksempel, vi kunne eksistere i fire-dimensionelle verden uden nogen adgang til yderligere målinger. Eller ekstra dimensioner kan være kompakt, og er dækket i en så lille skala, at vi ikke kunne se dem. Men, forskellige compactification ville føre til at forskellige værdier for de fysiske konstanter og forskellige love om fysik. En mulig løsning er, at vores univers er blot en af mange i en endeløs “multivers”, der administreres af forskellige fysiske love.
M-teori
Der var stadig et problem, der hjemsøgte de teoretikere af strenge af tid. En grundig klassificering viste eksistensen af fem forskellige sammenhængende række teorier, og kunne ikke forstå, hvorfor naturen, bør du vælge en af fem.
Og her kommer i spil M-teori. I løbet af den anden revolution i den strenge i 1995, fysikere har antaget, at fem sammenhængende række teorier er faktisk forskellige personer enestående teori, der eksisterer i elleve rum-tid dimensioner, kaldet M-teori. Det omfatter alle strengteori forskellige fysisk sammenhænge, mens de resterende brugbar for alle. Dette er en utrolig fascinerende billede har ført de fleste teoretiske fysikere, at den idé, at M-teori vil blive teorien om alt — og det er også matematisk mere konsekvent end alle de andre foreslåede teorier.
Anyway, så langt M-teori er i stand til at producere forudsigelser, som kan afprøves eksperimentelt. Supersymmetri er i øjeblikket ved at blive testet på Large hadron Collider. Hvis forskerne kan finde tegn på eksistensen af superpartners, det ville i sidste ende føre til en styrkelse af M-teori. Men den moderne teoretiske fysik er endnu ikke i stand til at give verificerbare forudsigelser, og eksperimentelle kan ikke tilgængelig for denne test eksperimenter.
De fleste af de store fysikere og kosmologer besat af at finde denne smukke og enkle beskrivelse af verden, der vil forklare alt. Og selv om vi stadig er langt fra denne, uden at den geniale og kreative mennesker som Hawking, at det ville være umuligt.
Stephen Hawking, håbet, at M-teori vil forklare Universet. Hvad er denne teori?
Ilya Hel