En av hovedkandidatene for en teori om alt er strengteori eller dens mer generaliserte versjon, M-teori. Men det gir en spådom om at vi knapt noen gang vil være i stand til å bekrefte - skjulte, komprimerte dimensjoner.
Strengteori prøver ikke bare å kombinere kvantemekanikk med generell relativitet, men også å forklare spekteret av partikler og krefter observert i naturen. I den nyeste formuleringen av teorien - matrise-teori - er det 11 dimensjoner. Talsmennene har møtt et av de største problemene med strengteorier - og forklarer hvordan de ekstra dimensjonene er "komprimert", noe som gjør dem umulige å observere i vår firedimensjonale verden. Komprimering tydeliggjør også teoriens mest interessante egenskaper.
Stringteori uttaler at verden består av utrolig små vibrerende strenger i ti-dimensjonal romtid. I 1995, under den andre superstringrevolusjonen, foreslo Edward Witten M-teori som kombinerte alle fem forskjellige typer strengteori. Dette er en 11-dimensjonal teori som inkluderer supergravitet. Det er ikke noe enkelt svar blant forskere på hva "M" betyr i navnet, men mange teoretikere er enige om at dette brevet betyr "membraner", siden teorien inneholder vibrerende overflater i flere forskjellige dimensjoner. M-teori mangler eksakte bevegelsesligninger, men i 1996 foreslo Tom Banks fra Rutgers University og kolleger en beskrivelse av den som en "matrise-teori", hvis viktigste variabler er matriser.
Å komprimere denne 11-dimensjonale teorien til fire endringer var på ingen måte lett. Å komprimere bokstavelig talt betyr å "rulle opp" de ekstra dimensjonene til en teori til veldig små dimensjoner. For å brette to dimensjoner, ta for eksempel en smultring - eller en torus (det er en todimensjonal overflate) - og klem den til en sirkel eller loop med et lite tverrsnitt, og klem deretter løkken til et punkt. Uten en tilstrekkelig følsom sonde som kunne registrere "klemte" målinger, ser denne sløyfen endimensjonal ut, mens punktet er nulldimensjonalt. I M-teori antas det at vi snakker om størrelser i størrelsesorden 10-33 centimeter, som på sin side på ingen måte kan registreres med moderne utstyr. Det viser seg at etter komprimering av syv dimensjoner ser verden rundt oss firedimensjonalt ut.
Edward Witten / Quanta Magazine / Jean Sweep.
Men hva er en dimensjon i seg selv? Intuitivt kan det se ut til at hver dimensjon er en uavhengig retning hvor vi (eller ethvert objekt) kan bevege oss. Så viser det seg at vi lever i tre romlige dimensjoner - "fremover-bakover", "venstre-høyre" og "opp-ned" - og en gang - "fortid-fremtid". Generelt er dette fire dimensjoner. Men vår oppfatning av dimensjoner er tett knyttet til skalaer.
Se for deg at du ser på et skip som seiler fra avstand til havnen. Til å begynne med ser det ut som et nullpunkt i horisonten. Etter en stund innser du at den har en mast som peker mot himmelen: nå ser den ut som en endimensjonal linje. Så legger du merke til seilene - og objektet ser allerede todimensjonalt ut. Når skipet kommer nærmere brygga, merker du endelig at det har et langt dekk - den tredje dimensjonen.
Det er ikke noe rart i dette, så vel som det faktum at en smultring, redusert til en utrolig størrelse, ser ut til å være et nulldimensjonalt punkt. Poenget er at vi ikke er i stand til å bestemme målinger fra lange avstander. Dette fører logisk til det som ble beskrevet over: det kan være andre dimensjoner, men de er så små at vi ikke oppfatter dem.
Salgsfremmende video:
La oss gå tilbake til komprimering av målinger. Se for deg at du er et ekorn som bor på en uendelig lang trestamme. På en eller annen måte er en trestamme en sylinder. Du kan bevege deg i to uavhengige retninger - "sammen" og "rundt". Når du kjeder deg, flytter du til et tre med en tynnere koffert, hvis omkrets er mye mindre. Nå er din "rundt" dimensjon mye mindre enn før. Du trenger bare to trinn for å omgå fatet fullstendig. Du hopper til et enda tynnere tre. Nå, på ett trinn, pakker du fat hundre ganger! "Rundt" -dimensjonen er blitt for liten til at du legger merke til. Jo tynnere trestammene blir, jo mer blir dimensjonene til din verden redusert til en.
Jo mindre treet et ekorn hopper på, jo mindre er dimensjonen "rundt" der den kan bevege seg og som den kan oppfatte / WhyStringTheory.com
Dette er nøyaktig hva som skjer i strengteori med seks (syv for M-teori) ekstra dimensjoner. Hver gang du beveger hånden gjennom rommet, snur du rundt de skjulte dimensjonene utrolig mange ganger.
Som nevnt ovenfor, er dimensjonene til de komprimerte målingene i størrelsesorden 10-33 centimeter, noe som kan sammenlignes med Planck-lengden (1,6x10-33 centimeter). Det skal bemerkes at det er usannsynlig at vi i nær fremtid vil ha muligheten til å registrere dem eksperimentelt. Likevel håper forskere på noen tester, men resultatene av dem er imidlertid i stor grad avhengig av en vellykket kombinasjon av omstendigheter.
Formen og størrelsen på strengene er ekstremt viktig for å simulere vibrasjoner og interaksjoner. Du må forstå hvordan de vrir seg rundt de seks sammenrullede dimensjonene. Den nøyaktige strukturen på overflaten dannet ved komprimering endrer fysikken som drives av strengene.
Det er flere måter de ekstra dimensjonene kan brette inn i en så liten plass. Det er imidlertid foreløpig ikke kjent hvilken av disse metodene som til slutt fører til tradisjonell fysikk.
Tidligere har det blitt gjort mange forsøk på å komprimere matrise-teori ved hjelp av en seksdimensjonal toroid, men ingenting har kommet ut av det. Ingen trodde at det antatt vanskeligere komprimeringsproblemet med Calabi-Yau-manifolder ville gi brukbare løsninger for en arbeidsteori. Komprimering av dimensjoner med Calabi-Yau-manifolder unngår noen av komplikasjonene ved matrise-teori.
Nåværende forskning i strengteori handler mer om Calabi-Yau-manifolder. Dette er absolutt en lovende gruppe komprimeringer, men det er fremdeles ikke noe entydig svar, og antall oppdagede manifolder har allerede økt til 10 (til makten 500), som en av strengteoretikerne Brian Green nylig påpekte i en podcast av Sean Carroll.
Seksdimensjonale Calabi-manifolder - Yau / Vimeo / Graphene.
Strengteoretikere er fremdeles langt fra en klar og entydig forståelse av om M-teori faktisk beskriver verden på de minste skalaene. Imidlertid, som Edward Witten bemerket: "Det er utrolig hvordan du kan bygge en teori som inkluderer tyngdekraften, men som opprinnelig bare var basert på gauge teori."
Stringteori er et komplekst matematisk apparat. Som Clifford Johnson og Brian Greene påpekte i magasinintervjuene våre, er det vanskelig å si at denne teorien faktisk beskriver virkeligheten. Men selv om det viser seg at det ikke har noe med virkeligheten å gjøre, så vil det definitivt være et viktig skritt mot noe større - mot en teori som beskriver universet mer nøyaktig og mer elegant enn noe vi visste før.
Vladimir Guillen
