Geschichte und Eigenschaften der M-Theorie

M-Theorie ist der Name für eine einheitliche Version von Stringtheorie, 1995 vom Physiker Edward Witten vorgeschlagen. Zum Zeitpunkt des Vorschlags gab es 5 Variationen der Stringtheorie, aber Witten brachte die Idee vor, dass jede eine Manifestation einer einzelnen zugrunde liegenden Theorie sei.

Witten und andere identifizierten verschiedene Formen der Dualität zwischen den Theorien, die zusammen mit bestimmten Annahmen über die Natur des Universums könnten es ihnen ermöglichen, alle eine einzige Theorie zu sein: M-Theorie. Eine der Hauptkomponenten der M-Theorie besteht darin, dass zusätzlich zu der noch eine weitere Dimension hinzugefügt werden muss bereits zahlreiche zusätzliche Dimensionen der Stringtheorie, so dass die Beziehungen zwischen den Theorien sein könnten hat geklappt.

In den 1980er und frühen 1990er Jahren hatte die Stringtheorie aufgrund der Fülle an Reichtümern ein Problem erreicht. Durch Anwendung der Supersymmetrie auf die Stringtheorie in die kombinierte Superstringtheorie hatten Physiker (einschließlich Witten selbst) untersuchten die möglichen Strukturen dieser Theorien und die resultierende Arbeit hatte 5 verschiedene Versionen von Superstring gezeigt Theorie. Untersuchungen haben ferner gezeigt, dass Sie bestimmte Formen mathematischer Transformationen, die als S-Dualität und T-Dualität bezeichnet werden, zwischen den verschiedenen Versionen der Stringtheorie verwenden können. Die Physiker waren ratlos

Auf einer Physikkonferenz über Stringtheorie, die im Frühjahr 1995 an der University of Southern California stattfand, schlug Edward Witten seine Vermutung vor, diese Dualitäten ernst zu nehmen. Was wäre, wenn die physikalische Bedeutung dieser Theorien darin bestehe, dass die verschiedenen Ansätze der Stringtheorie unterschiedliche Arten waren, dieselbe zugrunde liegende Theorie mathematisch auszudrücken? Obwohl er die Details dieser zugrunde liegenden Theorie nicht kartografiert hatte, schlug er den Namen dafür vor, M-Theorie.

Ein Teil der Idee im Herzen der Stringtheorie selbst ist, dass die vier Dimensionen (3 Raumdimensionen und eine Zeitdimension) unseres beobachteten Universums sein können erklärt, indem man sich das Universum mit 10 Dimensionen vorstellt, dann aber 6 dieser Dimensionen zu einer submikroskopischen Skala "verdichtet", die es niemals gibt beobachteten. In der Tat war Witten selbst einer der Menschen, die diese Methode in den frühen 1980er Jahren entwickelt hatten! Er schlug nun vor, dasselbe zu tun, indem er zusätzliche Dimensionen annahm, die die Transformationen zwischen den verschiedenen Varianten der 10-dimensionalen Stringtheorie ermöglichen würden.

Die Begeisterung für Forschung, die aus diesem Treffen hervorging, und der Versuch, die Eigenschaften der M-Theorie abzuleiten, eröffnete eine Ära, die einige als "Revolution der zweiten Stringtheorie" oder "Revolution der zweiten Superstrings" bezeichnet haben.

Obwohl die Physiker die Geheimnisse der M-Theorie noch nicht aufgedeckt haben, haben sie mehrere Eigenschaften identifiziert, die die Theorie haben würde, wenn sich Wittens Vermutung als wahr herausstellen würde:

• 11 Dimensionen der Raumzeit (diese zusätzlichen Dimensionen sollten nicht mit der physikalischen Idee von a verwechselt werden Multiversum von Paralleluniversen)
• enthält Strings und branes (ursprünglich Membranen genannt)
• Methoden zur Verwendung der Verdichtung, um zu erklären, wie sich die zusätzlichen Dimensionen auf die vier beobachteten Raumzeitdimensionen reduzieren
• Dualitäten und Identifikationen innerhalb der Theorie, die es ihr ermöglichen, sich auf spezielle Fälle der bekannten Stringtheorien und letztendlich auf die Physik zu reduzieren, die wir in unserem Universum beobachten

Es ist unklar, wofür das M in der M-Theorie stehen soll, obwohl es wahrscheinlich ursprünglich für "Membran" stand, da diese gerade als Schlüsselelement der Stringtheorie entdeckt wurden. Witten selbst war in diesem Thema rätselhaft und erklärte, dass die Bedeutung des M für den Geschmack ausgewählt werden kann. Zu den Möglichkeiten gehören Membran, Meister, Magie, Mysterium und so weiter. Eine Gruppe von Physikern, die größtenteils von Leonard Susskindhaben die Matrixtheorie entwickelt, von der sie glauben, dass sie das M letztendlich kooptieren könnte, wenn sich jemals herausstellt, dass es wahr ist.

Die M-Theorie hat wie die Varianten der Stringtheorie das Problem, dass sie derzeit keine wirklichen Vorhersagen macht, die getestet werden können, um die Theorie zu bestätigen oder zu widerlegen. Viele theoretische Physiker erforschen diesen Bereich weiterhin, aber wenn Sie über zwei Jahrzehnte lang ohne solide Ergebnisse geforscht haben, lässt die Begeisterung zweifellos etwas nach. Es gibt jedoch keine Beweise dafür, dass starke Argumente dafür sprechen, dass Wittens M-Theorie-Vermutung ebenfalls falsch ist. Dies kann ein Fall sein, in dem ein Versagen, die Theorie zu widerlegen, beispielsweise indem gezeigt wird, dass sie intern widersprüchlich oder in irgendeiner Weise inkonsistent ist, das Beste ist, auf das die Physiker derzeit hoffen können.