M-teorins historia och egenskaper

M-Theory är namnet på en enhetlig version av strängteorin, som föreslogs 1995 av fysikern Edward Witten. Vid tidpunkten för förslaget fanns det fem variationer av strängteori, men Witten lade fram tanken att var och en var ett manifestation av en enda underliggande teori..

Witten och andra identifierade flera former av dualitet mellan teorierna som, tillsammans med vissa antaganden om universumets natur, kunde göra det möjligt för dem alla att vara en enda teori: M-Theory. En av de viktigaste komponenterna i M-teorin är att den krävde att ytterligare en dimension läggs till ovanför de redan många adekvata extra dimensionerna i strängteorin så att förhållandena mellan teorierna kunde utarbetas.

Den andra strängteorirevolutionen

Under 1980-talet och början av 1990-talet hade strängteorin nått något av ett problem på grund av ett överflöd av rikedomar. Genom att tillämpa supersymmetri på strängteori, i den kombinerade superstringsteorin, hade fysiker (inklusive Witten själv) undersökt de möjliga strukturerna för dessa teorier, och det resulterande arbetet hade visat 5 distinkta versioner av superstringsteorin. Forskning visade vidare att du kunde använda vissa former av matematiska transformationer, kallad S-dualitet och T-dualitet, mellan de olika versionerna av strängteori. Fysikerna förlorade 

På en fysikkonferens om strängteori, som hölls vid University of South California våren 1995, föreslog Edward Witten hans antagande att dessa dualiteter skulle tas på allvar. Vad händer om, den fysiska betydelsen av dessa teorier, föreslog han att de olika strategierna för strängteori var olika sätt att matematiskt uttrycka samma underliggande teori. Även om han inte hade detaljerna i den bakomliggande teorin kartlagt föreslog han namnet på den, M-Theory.

En del av tanken i själva strängteorin är att de fyra dimensionerna (3 rymdmått och en tidsdimension) i vårt observerade universum kan förklaras genom att tänka på universum som att ha 10 dimensioner, men sedan "komprimera" 6 av dem dimensioner upp i en sub-mikroskopisk skala som aldrig observeras. I själva verket var Witten själv en av de människor som hade utvecklat denna metod redan i början av 1980-talet! Han föreslog nu att göra samma sak genom att anta ytterligare dimensioner som skulle möjliggöra transformationer mellan de olika 10-dimensionella strängteorivarianterna.

Den entusiasm för forskning som sprang ut från det mötet, och försöket att härleda egenskaperna hos M-teorin, invigde en era som vissa har kallat "andra strängteorirevolutionen" eller "andra superstringrevolutionen."

Egenskaper hos M-Theory

Även om fysiker fortfarande inte har upptäckt M-teoriens hemligheter, har de identifierat flera egenskaper som teorin skulle ha om Witten's antagande visar sig vara sant:

• 11 dimensioner av rymdtid (dessa extra dimensioner bör inte förväxlas med idén i fysiken om en mångfald av parallella universum)
• innehåller strängar och klossar (ursprungligen kallade membran)
• metoder för att använda komprimering för att förklara hur de extra dimensionerna minskar till de fyra rymddimensionerna som vi observerar
• dualiteter och identifikationer inom teorin som tillåter den att reducera till speciella fall av kända strängteorier och slutligen till den fysik vi observerar i vårt universum

Vad står "M" för?

Det är oklart vad M i M-teorin är tänkt att stå för, men det är troligt att det ursprungligen stod för "Membrane" eftersom dessa just hade upptäckts vara ett nyckelelement i strängteorin. Witten själv har varit gåtfull i ämnet och konstaterat att betydelsen av M kan väljas för smak. Möjligheterna inkluderar Membrane, Master, Magic, Mystery och så vidare. En grupp fysiker, som till stor del leds av Leonard Susskind, har utvecklat Matrix Theory, som de tror att så småningom skulle kunna välja M om den någonsin visar sig vara sant.

Är M-Theory True?

M-teori, liksom varianterna av strängteori, har problemet att det för närvarande inte gör några verkliga förutsägelser som kan testas i ett försök att bekräfta eller motbevisa teorin. Många teoretiska fysiker fortsätter att forska på detta område, men när du har mer än två decennier med forskning utan solida resultat, kommer entusiasmen utan tvekan att avta. Det finns dock inga bevis för att starka argumenterar för att Witten's M-Theory-antagande heller är falsk. Detta kan vara ett fall där ett misslyckande med att motbevisa teorin, till exempel genom att visa att den är internt motsägelsefulla eller inkonsekvent på något sätt, är det bästa som fysiker kan hoppas på för närvarande.