M-teoriens historie og egenskaper

M-Theory er navnet på en enhetlig versjon av strengteori, foreslått i 1995 av fysikeren Edward Witten. På tidspunktet for forslaget var det 5 varianter av strengteori, men Witten la frem ideen om at hver var en manifestasjon av en enkelt underliggende teori.

Witten og andre identifiserte flere former for dualitet mellom teoriene som, sammen med visse antakelser om universets natur, kan gi dem mulighet til å være en eneste teori: M-teori. En av de viktigste komponentene i M-Theory er at den krevde å legge til enda en dimensjon på toppen av allerede mange ekstra dimensjoner av strengteori slik at forholdene mellom teoriene kan være utarbeidet.

På 1980- og begynnelsen av 1990-tallet hadde strengteori nådd noe av et problem på grunn av en overflod av rikdom. Ved å anvende supersymmetri på strengteori, i den kombinerte superstringsteorien, hadde fysikere (inkludert Witten selv) utforsket de mulige strukturer for disse teoriene, og det resulterende arbeidet hadde vist 5 forskjellige versjoner av superstring teori. Forskning viste videre at du kunne bruke visse former for matematiske transformasjoner, kalt S-dualitet og T-dualitet, mellom de forskjellige versjonene av strengteori. Fysikere hadde tap

På en fysikkonferanse om strengsteori, som ble holdt ved University of South California våren 1995, foreslo Edward Witten sin formodning om at disse dualitetene skulle tas på alvor. Hva om, den fysiske betydningen av disse teoriene, antydet han, var at de forskjellige tilnærmingene til strengteori var forskjellige måter å matematisk uttrykke den samme underliggende teorien på. Selv om han ikke hadde detaljene om den underliggende teorien kartlagt, foreslo han navnet for den, M-Theory.

En del av ideen som er kjernen i selve strengsteorien er at de fire dimensjonene (3 romdimensjoner og en tidsdimensjon) i vårt observerte univers kan være forklart ved å tenke på universet som å ha 10 dimensjoner, men deretter "komprimere" 6 av disse dimensjonene opp i en undermikroskopisk skala som aldri er observert. Faktisk var Witten selv en av menneskene som hadde utviklet denne metoden allerede på begynnelsen av 1980-tallet! Han foreslo nå å gjøre det samme, ved å anta flere dimensjoner som ville gi mulighet for transformasjonene mellom de forskjellige 10-dimensjonale strengteorivariantene.

Entusiasmen for forskning som sprang ut av det møtet, og forsøket på å utlede egenskapene til M-Theory, innviet en epoke som noen har kalt "den andre strengteorirevolusjonen" eller "den andre superstrerende revolusjonen."

Selv om fysikere fremdeles ikke har avdekket hemmelighetene til M-teorien, har de identifisert flere egenskaper som teorien ville hatt hvis Witten's formodning viser seg å være sann:

• 11 dimensjoner på romtid (disse ekstra dimensjonene skal ikke forveksles med ideen i fysikk om a multiverse av parallelle universer)
• inneholder strenger og braner (opprinnelig kalt membraner)
• metoder for å bruke komprimering for å forklare hvordan de ekstra dimensjonene reduseres til de fire romtidsdimensjonene vi observerer
• dualiteter og identifikasjoner i teorien som lar den redusere til spesielle tilfeller av kjente strengsteorier, og til slutt til fysikken vi observerer i vårt univers

Det er uklart hva M in M-Theory er ment å stå for, selv om det sannsynligvis er at den opprinnelig sto for "Membrane" siden disse nettopp hadde blitt oppdaget å være et sentralt element i strengteori. Witten har selv vært gåtefull i emnet og uttalt at betydningen av M kan velges for smak. Mulighetene inkluderer Membrane, Master, Magic, Mystery og så videre. En gruppe fysikere, ledet i stor grad av Leonard Susskind, har utviklet Matrix Theory, som de tror til slutt kan samle opp M hvis det noen gang er vist å være sant.

M-teori, i likhet med variantene av strengteori, har problemet med at det foreløpig ikke er noen reelle spådommer som kan testes i et forsøk på å bekrefte eller tilbakevise teorien. Mange teoretiske fysikere fortsetter å forske på dette området, men når du har over to tiår med forskning uten solide resultater, blir entusiasmen utvilsomt litt. Det er imidlertid ingen holdepunkter for at sterk hevder at Witten sin M-teori-antagelse heller ikke er falsk. Dette kan være et tilfelle hvor en unnlatelse av å motbevise teorien, for eksempel ved å vise den å være internt motstridende eller inkonsekvent på noen måte, er det beste som fysikere kan håpe på for tiden.