Geschiedenis en eigenschappen van M-theorie

M-Theory is de naam voor een uniforme versie van snaartheorie, in 1995 voorgesteld door de natuurkundige Edward Witten. Ten tijde van het voorstel waren er 5 varianten van de snaartheorie, maar Witten bracht het idee naar voren dat elk een manifestatie was van een enkele onderliggende theorie.

Witten en anderen identificeerden verschillende vormen van dualiteit tussen theorieën die, samen met bepaalde veronderstellingen over de aard van het universum, kunnen ervoor zorgen dat ze allemaal één enkele theorie zijn: M-theorie. Een van de belangrijkste componenten van M-Theory is dat het een extra dimensie bovenop de reeds talrijke extra dimensies van de snaartheorie zodat de relaties tussen de theorieën zouden kunnen zijn Gesport.

In de jaren tachtig en begin jaren negentig had de snaartheorie een probleem bereikt vanwege een overvloed aan rijkdom. Door supersymmetrie toe te passen op de snaartheorie, in de gecombineerde supersnaartheorie, hadden natuurkundigen (waaronder Witten zelf) dat ook gedaan verkende de mogelijke structuren van deze theorieën en het resulterende werk had 5 verschillende versies van superstring getoond theorie. Onderzoek toonde verder aan dat je bepaalde vormen van wiskundige transformaties, genaamd S-dualiteit en T-dualiteit, kunt gebruiken tussen de verschillende versies van de snaartheorie. Fysici waren met verlies

Tijdens een natuurkundeconferentie over snaartheorie, gehouden aan de University of Southern California in het voorjaar van 1995, stelde Edward Witten zijn vermoeden voor dat deze dualiteiten serieus zouden worden genomen. Wat als, suggereerde hij, de fysieke betekenis van deze theorieën is dat de verschillende benaderingen van snaartheorie verschillende manieren waren om dezelfde onderliggende theorie wiskundig uit te drukken. Hoewel hij de details van die onderliggende theorie niet in kaart had gebracht, stelde hij de naam ervoor voor, M-Theory.

Een deel van het idee dat centraal staat in de snaartheorie zelf, is dat de vier dimensies (3 ruimtedimensies en een tijdsdimensie) van ons waargenomen universum kunnen zijn verklaard door te denken dat het heelal 10 dimensies heeft, maar dan 6 van die dimensies "compacteert" tot een submicroscopische schaal die nooit opgemerkt. Witten zelf was inderdaad een van de mensen die deze methode begin jaren tachtig had ontwikkeld! Hij stelde nu voor hetzelfde te doen, door uit te gaan van extra dimensies die de transformaties tussen de verschillende 10-dimensionale varianten van de snaartheorie mogelijk zouden maken.

Het enthousiasme van onderzoek dat uit die ontmoeting voortkwam, en de poging om de eigenschappen van M-Theory af te leiden, luidde een tijdperk in dat sommigen de 'tweede snaartheorie-revolutie' of 'tweede superstring-revolutie' noemden.

Hoewel natuurkundigen de geheimen van de M-theorie nog steeds niet hebben ontdekt, hebben ze verschillende eigenschappen geïdentificeerd die de theorie zou hebben als Witten's vermoeden waar blijkt te zijn:

• 11 dimensies van ruimtetijd (deze extra dimensies moeten niet worden verward met het idee in de fysica van a multiversum van parallelle universums)
• bevat snaren en branes (oorspronkelijk membranen genoemd)
• methoden om compactificatie te gebruiken om uit te leggen hoe de extra afmetingen verminderen tot de vier ruimtetijdafmetingen die we waarnemen
• dualiteiten en identificaties binnen de theorie die het mogelijk maken om terug te brengen tot speciale gevallen van de bekende snaartheorieën, en uiteindelijk tot de fysica die we in ons universum waarnemen

Het is onduidelijk waar de M in M-Theory voor moet staan, hoewel het waarschijnlijk was dat het oorspronkelijk voor "Membrane" stond, aangezien deze zojuist waren ontdekt als een sleutelelement van de snaartheorie. Witten zelf is raadselachtig geweest over het onderwerp en stelt dat de betekenis van de M op smaak kan worden geselecteerd. Mogelijkheden zijn onder meer Membrane, Master, Magic, Mystery, enzovoort. Een groep natuurkundigen, grotendeels geleid door Leonard Susskind, hebben Matrix Theorie ontwikkeld, waarvan zij denken dat het uiteindelijk de M zou kunnen coöpteren als het ooit waar blijkt te zijn.

M-Theorie heeft, net als de varianten van de snaartheorie, het probleem dat het momenteel geen echte voorspellingen doet die kunnen worden getest in een poging de theorie te bevestigen of te weerleggen. Veel theoretische natuurkundigen blijven dit gebied onderzoeken, maar als je meer dan twee decennia onderzoek hebt zonder solide resultaten, neemt het enthousiasme ongetwijfeld een beetje af. Er is echter geen bewijs dat sterke argumenten aanvoeren dat Witten's M-Theory-vermoeden ook onjuist is. Dit kan een geval zijn waarin een falen om de theorie te weerleggen, zoals door te laten zien dat deze op de een of andere manier intern tegenstrijdig of inconsequent is, het beste is waar natuurkundigen op dit moment op kunnen hopen.