Jedan od glavnih kandidata za teoriju svega je teorija struna ili njegova općenitija inačica, M-teorija. Ali to čini jedno predviđanje koje teško da ćemo ikada uspjeti provjeriti - skrivene, zbijene dimenzije.
Teorija struna pokušava ne samo kombinirati kvantnu mehaniku s Općom relativnošću, već i objasniti spektar čestica i sila promatranih u prirodi. U najnovijem obliku teorije - teoriji matrice - postoji 11 dimenzija. Njeni zagovornici suočeni su s jednim od najvećih problema teorija struna - objasniti točno kako su dodatne dimenzije "zbijene", čineći ih nemogućim promatrati u našem četverodimenzionalnom svijetu. Kompaktnost objašnjava i najzanimljivija svojstva teorije.
Teorija struna kaže da se svijet sastoji od nevjerojatno malih vibrirajućih struna u desetodimenzionalnom prostoru-vremenu. Godine 1995., za vrijeme druge superstring revolucije, Edward Witten predložio je M-teoriju koja je kombinirala svih pet različitih vrsta teorije struna. Ovo je 11-dimenzionalna teorija koja uključuje supergravitaciju. Među znanstvenicima ne postoji jedinstven odgovor na to što "M" znači u nazivu, ali mnogi se teoretičari slažu da ovo slovo znači "membrane", budući da teorija sadrži vibracijske površine nekoliko različitih dimenzija. M-teoriji nedostaju točne jednadžbe kretanja, ali 1996. Tom Banks sa Sveučilišta Rutgers i njegovi kolege predložili su opis kao "teoriju matrice" čija su osnovna varijabla matrice.
Uklapanje ove 11-dimenzionalne teorije u četiri promjene nikako nije bilo lako. Sažimanje doslovno znači "valjanje" dodatnih dimenzija teorije do vrlo malih dimenzija. Na primjer, da biste savili dvije dimenzije, uzmite krafnu - ili torus (to je dvodimenzionalna površina) - i stisnite je u krug ili petlju s malim presjekom, a zatim stisnite tu petlju do točke. Bez dovoljno osjetljive sonde koja bi mogla registrirati "stisnute" mjerenja, ova petlja izgleda jednodimenzionalno, dok je točka nulta dimenzija. U M-teoriji pretpostavlja se da govorimo o veličinama veličine 10-33 centimetra, koje se zauzvrat ne mogu registrirati suvremenom opremom. Ispada da nakon zbijanja sedam dimenzija svijet oko nas izgleda četverodimenzionalno.
Edward Witten / časopis Quanta / Jean Sweep.
Ali koja je dimenzija sama po sebi? Intuitivno se može činiti da je svaka dimenzija neovisan smjer u kojem se mi (ili bilo koji objekt) možemo kretati. Tako se ispostavilo da živimo u tri prostorne dimenzije - "naprijed-natrag", "lijevo-desno" i "gore-dolje" - i jedno vrijeme - "prošlost-budućnost". Općenito su to četiri dimenzije. Ali naša percepcija dimenzija čvrsto je povezana s ljestvicama.
Zamislite da gledate brod kako plovi iz daljine do luke. U početku to izgleda kao nulta točka na horizontu. Nakon nekog vremena shvatite da ima jarbol koji upućuje prema nebu: sada izgleda kao jednodimenzionalna linija. Tada primijetite njegova jedra - i objekt izgleda već dvodimenzionalno. Kako se brod bliži pristaništu, konačno primijetite da ima dugu palubu - treću dimenziju.
Nema tu ništa čudno, kao ni u činjenici da se krafna, smanjena do nevjerojatne veličine, čini kao nulta dimenzija. Poanta je u tome što nismo u mogućnosti odrediti mjerenja s velikih udaljenosti. To logično dovodi do onoga što je gore opisano: mogu postojati i druge dimenzije, ali one su toliko male da ih ne opažamo.
Promotivni video:
Vratimo se na zbijanje mjerenja. Zamislite da ste vjeverica koja živi na beskonačno dugačkom deblu stabala. Na ovaj ili onaj način, drvored je cilindar. Možete se kretati u dva neovisna smjera - "duž" i "okolo". Jednom kada vam dosadi premještate se na stablo s tanjim deblom, čiji je opseg mnogo manji. Sada je vaša dimenzija "oko" mnogo manja nego prije. Potrebna su vam samo dva koraka da potpuno zaobiđete cijev. Uskočite do još tanjeg stabla. Sada u jednom koraku zamotate bačvicu sto puta! Dimenzija "oko" postala je premala da biste je primijetili. Što su stabla debla postala, to su dimenzije vašeg svijeta svedene na jedno.
Što manje stablo skače na vjevericu, to je manja dimenzija "oko" u kojoj se može kretati i koju može percipirati / WhyStringTheory.com
Upravo se to događa u teoriji struna s šest (sedam za M-teoriju) dodatnih dimenzija. Svaki put kada pomičete ruku kroz svemir, nevjerojatno ćete se puta okrenuti skrivenim dimenzijama.
Kao što je gore spomenuto, dimenzije kompaktnih mjerenja su reda 10-33 centimetra, što je usporedivo s Planckovom dužinom (1,6x10-33 centimetara). Treba napomenuti da je malo vjerojatno da ćemo u skoroj budućnosti imati priliku da ih izravno eksperimentalno registriramo. Ipak, znanstvenici se nadaju nekim testovima, čiji rezultati, međutim, uvelike ovise o uspješnoj kombinaciji okolnosti.
Oblik i veličina žice izuzetno su važni za simuliranje njihovih vibracija i interakcija. Morate shvatiti kako se oni vrte oko šest uvijenih dimenzija. Precizna struktura površine nastala zbijanjem mijenja fiziku koju pokreću žice.
Postoji nekoliko načina na koje se dodatne dimenzije mogu saviti u tako mali prostor. Međutim, još nije poznato koja od ovih metoda u konačnici vodi u tradicionalnu fiziku.
U prošlosti je učinjeno mnogo pokušaja kompaktizacije teorije matrica pomoću šes-dimenzionalnog toroida, ali od toga nije došlo ništa. Nitko nije mislio da će navodno teži problem sabijanja s Calabi-Yau razdjelnicima pružiti izvediva rješenja za radnu teoriju. Kompatacija dimenzija s Calabi-Yauovim mnogostrukostima izbjegava neke komplikacije teorije matriksa.
Trenutno istraživanje u teoriji struna govori više o Calabi-Yauovim mnogostrukostima. Ovo je zasigurno obećavajuća skupina kompaktifikacija, ali još uvijek nema jasnog odgovora, a broj otkrivenih mnogobroja već je porastao na 10 (na snagu od 500), kao što je jedan od teoretičara gudača Brian Green nedavno istaknuo u podcastu Seana Carrolla.
Šestodimenzionalni kalabijevi razdjelnici - Yau / Vimeo / Graphene.
Teoretičari struna još su daleko od jasnog i nedvosmislenog razumijevanja da li M-teorija zapravo opisuje svijet na najmanjim mjerilima. Međutim, kao što je Edward Witten napomenuo: "Nevjerovatno je kako možete izgraditi teoriju koja uključuje gravitaciju, ali koja se u početku temeljila samo na teoriji mjerača."
Teorija struna je složen matematički aparat. Kao što su Clifford Johnson i Brian Greene istaknuli u intervjuima za naše časopise, teško je reći da ta teorija zapravo opisuje stvarnost. Ali čak i ako se pokaže da to nema nikakve veze sa stvarnošću, onda će to definitivno biti važan korak prema nečem većem - prema teoriji koja svemir opisuje preciznije i elegantnije od svega što smo prije znali.
Vladimir Guillen