Istoria și proprietățile teoriei M

M-Theory este numele unei versiuni unificate a teoriei de coarde, propusă în 1995 de fizicianul Edward Witten. La momentul propunerii, existau 5 variații ale teoriei șirurilor, dar Witten a prezentat ideea că fiecare era o manifestare a unei singure teorii subiacente.

Witten și alții au identificat mai multe forme de dualitate între teorii care, împreună cu anumite presupuneri despre natura universului, ar putea permite tuturor să fie o singură teorie: M-Teorie. Una dintre componentele majore ale teoriei M este aceea că a necesitat adăugarea unei alte dimensiuni pe deasupra numeroaselor dimensiuni suplimentare ale teoriei șirurilor, astfel încât relațiile dintre teorii să poată fi elaborate.

Revoluția teoretică a doua coarde

În anii 1980 și începutul anilor 90, teoria corzilor a ajuns la o problemă din cauza abundenței de bogății. Prin aplicarea supersimetriei teoriei corzilor, în teoria combinată a superstringurilor, fizicienii (inclusiv Witten însuși) au explorat structurile posibile ale acestor teorii, iar lucrarea rezultată a arătat 5 versiuni distincte ale teoriei superstringului. Cercetările au arătat că puteți folosi anumite forme de transformări matematice, numite dualitate S și dualitate T, între diferitele versiuni ale teoriei șirurilor. Fizicienii au fost în pierdere 

În cadrul unei conferințe de fizică despre teoria coardelor, care a avut loc la Universitatea din sudul Californiei în primăvara lui 1995, Edward Witten a propus conjectura sa ca aceste dualități să fie luate în serios. Ce ar fi dacă, el a sugerat, sensul fizic al acestor teorii este că diferitele abordări ale teoriei șirurilor erau modalități diferite de exprimare matematică a aceleiași teorii. Deși nu avea detaliile acelei teorii care stau la baza, el a sugerat numele pentru aceasta, M-Theory.

O parte din ideea din centrul teoriei de coarde este aceea că cele patru dimensiuni (3 dimensiuni spațiale și o dimensiune temporală) ale universului nostru observat pot fi explicate gândind universul ca având 10 dimensiuni, dar apoi „compactând” 6 dintre acestea dimensiuni până la o scară sub-microscopică care nu este niciodată observată. Într-adevăr, Witten însuși a fost unul dintre oamenii care au dezvoltat această metodă încă de la începutul anilor 1980! El a sugerat acum să facă același lucru, presupunând dimensiuni suplimentare care ar permite transformările dintre diferitele variante de teorie cu șiruri de 10 dimensiuni.

Entuziasmul cercetărilor care a decurs din acea întâlnire și încercarea de a deriva proprietățile M-Theory, au inaugurat o eră pe care unii au numit-o „a doua revoluție a teoriei corzilor” sau „a doua revoluție de superstring”.

Proprietățile teoriei M

Deși fizicienii încă nu au descoperit secretele teoriei M, ei au identificat mai multe proprietăți pe care teoria le-ar avea dacă concepția lui Witten se dovedește a fi adevărată:

• 11 dimensiuni ale spațiu-timpului (aceste dimensiuni suplimentare nu trebuie confundate cu ideea în fizică a unui multivers de universuri paralele)
• conține șiruri și ramuri (denumite inițial membrane)
• metode de utilizare a compactificării pentru a explica modul în care dimensiunile suplimentare se reduc la cele patru dimensiuni spațiu pe care le observăm
• dualități și identificări în cadrul teoriei care îi permit să se reducă la cazuri speciale ale teoriilor șirului cunoscute și, în cele din urmă, în fizica pe care o observăm în universul nostru

Ce înseamnă „M”?

Nu este clar în ce sens M-M este propus să reprezinte, deși este probabil că a fost inițial pentru „membrană”, deoarece acestea tocmai au fost descoperite a fi un element cheie al teoriei șirurilor. Witten însuși a fost enigmatic în această privință, afirmând că sensul M poate fi selectat pentru gust. Posibilitățile includ membrană, master, magie, mister ș.a. Un grup de fizicieni, condus în mare parte de Leonard Susskind, a dezvoltat teoria matricei, despre care ei cred că ar putea coopta în cele din urmă M dacă se va dovedi vreodată adevărat.

Este M-Teoria adevărată?

Teoria M, ca și variantele teoriei șirurilor, are problema că, în prezent, nu are nicio predicție reală care poate fi testată în încercarea de a confirma sau respinge teoria. Mulți fizicieni teoretici continuă să cerceteze acest domeniu, dar când aveți peste două decenii de cercetare fără rezultate solide, entuziasmul, fără îndoială, scade puțin. Cu toate acestea, nu există nici o dovadă care să susțină că conjectura M-Teoriei lui Witten este falsă. Acesta poate fi un caz în care eșecul de a dezaproba teoria, cum ar fi arătând că este contradictoriu sau inconsistent într-un fel, este cel mai bun lucru pe care fizicienii îl pot spera la momentul respectiv.