Eden glavnih kandidatov za teorijo vsega je teorija strun ali njegova bolj posplošena različica, M-teorija. Vendar je eno napoved, ki ga skoraj ne bomo mogli preveriti - skrite, strnjene dimenzije.
Teorija strun skuša ne le združiti kvantno mehaniko s splošno relativnostjo, ampak tudi razložiti spekter delcev in sil, opaženih v naravi. V najnovejši formulaciji teorije - teoriji matric - je 11 razsežnosti. Njeni zagovorniki so se spopadli z eno največjih težav s teorijami strun - pojasnili so, kako so dodatne dimenzije "kompaktne", zaradi česar jih ni mogoče opazovati v našem štiridimenzionalnem svetu. Kompaktifikacija razjasni tudi najbolj zanimive lastnosti teorije.
Teorija strun pravi, da svet sestavljajo neverjetno majhne vibrirajoče strune v desetdimenzionalnem vesolju in času. Leta 1995, med drugo superstring revolucijo, je Edward Witten predlagal M-teorijo, ki je kombinirala vseh pet različnih vrst teorije strun. To je 11-dimenzionalna teorija, ki vključuje supergravitacijo. Med znanstveniki ni enotnega odgovora, kaj pomeni "M" v imenu, vendar se mnogi teoretiki strinjajo, da ta črka pomeni "membrane", saj teorija vsebuje vibrirajoče se površine različnih dimenzij. M-teoriji manjka natančnih enačb gibanja, toda leta 1996 je Tom Banks z univerze Rutgers in njegovi sodelavci predlagal opis te "matrične teorije", katere osnovne spremenljivke so matrice.
Opolnjevanje te 11-dimenzijske teorije na štiri spremembe nikakor ni bilo enostavno. Dobesedno kompaktiranje pomeni "zviti" dodatne dimenzije teorije do zelo majhnih dimenzij. Na primer, da zložite dve dimenziji, vzemite krof - ali torus (gre za dvodimenzionalno površino) - in ga stisnite v krog ali zanko z majhnim prerezom, nato pa zanko stisnite do točke. Brez dovolj občutljive sonde, ki bi lahko registrirala "stisnjene" meritve, je ta zanka videti enodimenzionalna, točka pa ničdimenzionalna. V M-teoriji domnevamo, da govorimo o velikostih velikosti 10-33 centimetrov, ki pa se nikakor ne morejo registrirati s sodobno opremo. Izkazalo se je, da je po kompaktiranju sedmih dimenzij svet okoli nas videti štiridimenzionalen.
Edward Witten / revija Quanta / Jean Sweep.
Toda kaj je sama dimenzija? Intuitivno se nam lahko zdi, da je vsaka dimenzija neodvisna smer, v katero se lahko premikamo (ali kateri koli predmet). Tako se izkaže, da živimo v treh prostorskih dimenzijah - "naprej-nazaj", "levo-desno" in "gor-dol" - in enkrat - "preteklost-prihodnost". Na splošno gre za štiri dimenzije. Toda naše dojemanje dimenzij je tesno povezano z lestvicami.
Predstavljajte si, da opazujete ladjo, ki pluje oddaljeno do pristanišča. Sprva je videti kot ničelna točka na obzorju. Čez nekaj časa spoznate, da ima jambor, ki kaže proti nebu: zdaj je videti kot dvodimenzionalna črta. Nato opazite njegova jadra - in predmet je videti že dvodimenzionalen. Ko se ladja bliža pristanišču, končno opazite, da ima dolgo palubo - tretja dimenzija.
V tem ni nič čudnega, pa tudi v tem, da se zdi krof, zmanjšan na neverjetno velikost, brezdimenzionalna točka. Bistvo je, da meritev z velikih razdalj nismo sposobni določiti. To logično vodi k temu, kar je bilo opisano zgoraj: morda so druge dimenzije, vendar so tako majhne, da jih ne zaznamo.
Promocijski video:
Vrnimo se k zgoščanju meritev. Predstavljajte si, da ste veverica, ki živi na neskončno dolgem deblu drevesa. Na tak ali drugačen način je drevesni deblo jeklenka. Lahko se premikate v dveh neodvisnih smereh - "vzdolž" in "naokoli". Ko se dolgočasite, se premaknete na drevo s tanjšim deblom, katerega obseg je veliko manjši. Zdaj je vaša dimenzija "okoli" veliko manjša kot prej. Potrebujete le dva koraka, da popolnoma obidete sod. Skočiš na še tanjše drevo. Zdaj v enem koraku stokrat ovijete! Dimenzija "okoli" je postala premajhna, da bi jo lahko opazili. Čim tanjši postanejo krošnje dreves, tem bolj se dimenzije vašega sveta zmanjšajo na eno.
Manjše kot je drevo, veverica skoči na, manjša je dimenzija, "okoli", v kateri se lahko premika in ki jo lahko zazna / WhyStringTheory.com
Prav to se dogaja v teoriji strun s šestimi (sedem za M-teorijo) dodatnimi dimenzijami. Vsakič, ko roko premikate po prostoru, se neverjetno večkrat obrnete po skritih dimenzijah.
Kot že omenjeno, so dimenzije kompaktnih meritev vrstnega reda 10–33 centimetrov, kar je primerljivo z Planckovo dolžino (1,6x10–33 centimetrov). Treba je opozoriti, da je malo verjetno, da bomo v bližnji prihodnosti imeli možnost, da jih neposredno poskusno registriramo. Kljub temu znanstveniki upajo na nekaj testov, katerih rezultati pa so v veliki meri odvisni od uspešne kombinacije okoliščin.
Oblika in velikost strun sta izredno pomembni za simuliranje njihovih vibracij in interakcij. Morate razumeti, kako se vrtijo okoli šestih zvitih dimenzij. Natančna struktura površine, ki nastane s stiskanjem, spremeni fiziko, ki jo poganjajo strune.
Obstaja več načinov, kako se lahko dodatne dimenzije zložijo v tako majhen prostor. Vendar še ni znano, katera od teh metod v končni fazi vodi v tradicionalno fiziko.
V preteklosti je bilo veliko poskusov kompaktiranja teorije matric z uporabo šestdimenzionalnega toroida, a od tega ni nič. Nihče ni mislil, da bo domnevno težji problem kompaktiranja z razdelilniki Calabi-Yau zagotovil izvedljive rešitve za delovno teorijo. Kompatacija dimenzij z razdelilci Calabi-Yau se izogne nekaterim zapletom teorije matric.
Trenutno raziskovanje teorije strun govori o Calabi-Yaujevih razdelilcih. To je vsekakor obetavna skupina kompaktifikacij, vendar še vedno ni jasnega odgovora, število odkritih kolektorjev pa se je že povečalo na 10 (do moči 500), kot je pred kratkim v podkastu Sean Carroll poudaril eden izmed teoretikov godbe Brian Green.
Šestdimenzionalni razdelilci Calabi - Yau / Vimeo / Graphene.
Teoretiki strun še vedno niso daleč od jasnega in nedvoumnega razumevanja, ali M-teorija dejansko opisuje svet na najmanjši lestvici. Vendar pa je Edward Witten ugotovil: "Neverjetno je, kako lahko zgradite teorijo, ki vključuje gravitacijo, vendar je prvotno temeljila le na teoriji merilnikov."
Teorija strun je zapleten matematični aparat. Kot sta v intervjujih za revijo poudarila Clifford Johnson in Brian Greene, je težko reči, da ta teorija dejansko opisuje resničnost. A četudi se izkaže, da nima nobene zveze z resničnostjo, bo to zagotovo pomemben korak k nečemu večjemu - k teoriji, ki vesolje opisuje natančneje in bolj elegantno kot vse, kar smo poznali že prej.
Vladimir Guillen