Teoria M

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Acest articol are nevoie de atenţia unui expert în domeniu.
Recrutaţi unul sau, dacă puteţi, ajutaţi chiar dumneavoastră la îmbunătăţirea articolului

Teoria M este o teorie supersimetrică şi este consistentă într-un spaţiu cu unsprezece dimensiuni. Limita de energii joase a Teoriei M este Supergravitaţia unsprezece dimensională.

Teoria M este ultima versiune la teoria corzilor. Conform vechii şase din cele zece dimensiuni sunt „înfăşurate”, noi putând observa doar universul 4-dimensional cu care suntem obişnuiţi. Aceste extradimensiuni sunt „strânse” într-o regiune a spaţiului (spaţiu Calabi-Yau) prea mică pentru a putea fi vizibilă. Teoria M vine cu ceva in plus: unele din aceste dimensiuni ar putea fi foarte mari, chiar infinite.

[modifică] Istoric

TEORIA M – scurt istoric: de la atom la Big Bang

În anii 1920, fizicienii descoperă particulele atomice şi cercetează proprietăţile acestora. Electronii insă le rezervă o surpriză: „cand cineva studiază proprietăţile atomilor, descoperă ca realitatea este mai stranie decat si-ar fi inchipuit oricine. Particulele au intr-adevar posibilitatea, într-un anumit sens, de a fi în mai multe locuri odată.” (Alan Guth, profesor la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Ce înseamnă asta? Că particulele nu există doar în universul nostru, ci apar în alte universuri paralele cu al nostru. Alan Guth explică: „în esenţă, tot ceea ce se poate întâmpla se întâmplă în una dintre alternative, ceea ce înseamnă că suprapus peste universul cunoscut este un univers alternativ unde Al Gore este preşedinte şi Elvis Presley este încă în viaţă.”

Teoria stringurilor

Cu fiecare idee îndrăzneaţă, cu fiecare concluzie fizicienii se apropiau de momentul descoperirii Teoriei tuturor lucrurilor, teorie care să explice existenţa întregului univers mic şi mare. Albert Einstein a murit lăsând succesorilor această căutare care este de fapt miezul cercetărilor tuturor fizicienilor. Anii 80 aduc o schimbare radicală aşa cum afirmă Burt Ovrut, profesor la Universitatea din Pennsylvania: „S-a crezut încă de când a luat naştere fizica că materia este făcută din particule. Acum ne-am schimbat acest punct de vedere. Acum credem că materia este făcută din corzi mici.” Aşa a apărut teoria stringurilor care spune că particulele sunt de fapt corzi mici invizibile, din care emană materia precum muzica din corzi: „dacă o ciupeşti (coarda) într-un anumit fel, obţii o frecvenţă anume, dar dacă o ciupeşti în alt fel, poţi obţine mai multe frecvenţe, aşa ai note diferite.”(Burt Ovrut) Michio Kaku, profesor la City University din New York spune că „universul este o simfonie, iar legile fizicii sunt armonii ale unei super-corzi.”

Singularitate

Pentru ca Teoria stringurilor să fie Teoria tuturor lucrurilor, ea trebuia să explice naşterea universului, adică momentul Big Bang. Timp de zece ani fizicienii au cercetat posibilitatea celor două de a se explica reciproc, de a se completa. Rezultatele însă erau dezastruoase, iar curând cele două vor fi aproape de autodistrugere. Cercetătorii Big Bang-ului au ajuns prin extrapolare din ce în ce mai aproape de momentul crucial: mai întâi mai aproape cu un miliard de ani, apoi la momentul formării primilor atomi, apoi când universul avea numai câteva sute de mii de ani până la momentul când universul număra câteva secunde de existenţă. Aici fizicienii s-au confruntat cu o dificultate majoră: „problema fundamentală a cosmologiei este că legile fizicii aşa cum sunt ele cunoscute sunt anulate în momentul Big Bang. Unii spun ce e rău în asta, ce e rău dacă legile fizice se prăbuşesc? Păi, pentru un fizician este un dezastru. Toată viaţa ne-am dedicat faptului că universul se supune unor legi cunoscute, legi care pot fi transcrise în limbajul matematicii, iar aici avem miezul universului însuşi, o piesă care lipseşte şi care transcende legile fizice.” (Michio Kaku) Momentul Big Bang mai este cunoscut şi sub numele de singularitate cosmica („cosmic singularity”), adică locul unde ecuaţiile îşi pierd sensul.

Cinci Teorii ale stringurilor

Nici Teoria stringurilor („corzilor”) nu avea o soartă mai bună: din ce în ce mai mulţi cercetători lucrau la ea, dar se întâmpla un lucru curios. Fizicienii au găsit a doua versiune la teoria iniţială, apoi a treia şi în curând aveau să se trezească cu cinci teorii diferite ale stringurilor. Era limpede pentru toată lumea că nu aceasta era mult-căutata Teorie a tuturor lucrurilor existente în Univers şi că nu avea să dea nici o soluţie problemelor nerezolvate. Chiar când comunitatea oamenilor de ştiinţă se pregătea să dea uitării Teoria stringurilor cu tot cu cele cinci versiuni ale sale, o altă idee a apărut: super-gravitaţia („super gravity”), noţiune impusă discuţiilor de Michael Duff, profesor la Universitatea din Michigan.

Super-gravitaţia

Super-gravitaţia se asemăna foarte mult cu Teoria stringurilor: „se referea la numărul dimensiunilor în Univers. În mod normal credem că trăim într-o lume tridimensională. Ne putem mişca în trei direcţii: la dreapta sau la stânga, sus sau jos, înainte sau înapoi, dar fizicienilor le place să adauge alte dimensiuni. Einstein a propus ca timpul să fie a patra dimensiune. Apoi altcineva a propus a cincia şi apoi a şasea. Şi numărul continua să crească. Dimensiunile adiţionale erau spaţii în Univers pe care nu le puteam percepe. Majoritatea erau microscopice, dar cercetătorii erau convinşi că acestea există.” (Michael Duff) Conform Teoriei stringurilor erau exact 10 dimensiuni: 9 dimensiuni spaţiale şi una temporală. Teoria super-gravitaţiei însă enumera 11 dimensiuni. Puţini erau cei care credeau şi promovau cele 11 dimensiuni, desconsideraţi fiind de comunitatea cercetătorilor care reconsiderau universul pornind de la cadrul oferit de Teoria stringurilor: o coardă care vibrează.

Teoria M

Super-gravitaţia a avut însă ocazia să-şi ia revanşa când fizicienii încercau să salveze Teoria stringurilor: ei au adăugat a 11a dimensiune la cele 10, iar rezultatul a fost unul surprinzător. Cele cinci versiuni ale teoriei aflate în competiţie unele cu celelalte s-au dovedit a fi variante ale aceleiaşi teorii fundamentale care începea din nou să aibă sens. Odată cu adăugarea celei a 11a dimensiuni, teoria s-a transformat astfel: stringurile, despre care se presupunea că stau la baza materiei din Univers, s-au extins şi s-au combinat. Concluzia extraordinară era aceea că toată materia din Univers era conectată la o singură structură imensă: membrana. Această nouă teorie a primit numele Teoria M de la membrană şi a impulsionat din nou căutarea explicaţiei pentru toate lucrurile din Univers. Ce se ştie însă despre a 11a dimensiune? S-a descoperit repede că se lungeşte la infinit, dar este foarte mică în lăţime, mai precis ea măsoară un milimetru împărţit la 10 cu 20 de zerouri, după cum spune Burt Ovrut. În acest spaţiu misterios pluteşte universul nostru membrană, iar în curând a apărut o nouă idee, aceea că la capătul opus al dimensiunii 11 se află un alt univers-membrană care pulsează.

Gravitaţia

Lisa Randall de la Universitatea Harvard a fost cea care a deschis calea către această idee plecând de la gravitaţie: „forţa gravitaţională este foarte slabă în comparaţie cu celelalte forţe. Dacă te uiţi în jur, spui că gravitaţia nu pare atât de slabă, dar dacă stai să te gândeşti întregul Pământ trage de tine şi totuşi poţi să ridici lucruri de pe sol.” Lisa Randall explică această ciudăţenie prin prezenţa dimensiunilor adiţionale: gravitaţia este la fel de puternică ca şi celelalte forţe (de exemplu: deşi gravitaţia acţionează asupra unui simplu ac, dacă acţionăm asupra acului cu un magnet mic, care se lipeşte pe frigider, forţa magnetică va învinge forţa gravitaţională), doar că ea se scurge în aceste dimensiuni pe care nu le putem vedea. Ecuaţia însă nu funcţiona din această perspectivă. La auzul ideii că s-ar putea să existe altă membrană în dimensiunea 11, Randall a schimbat perspectiva asupra problemei gravitaţiei şi a găsit o altă soluţie: gravitaţia nu se scurgea din universul nostru spre alte dimensiuni, ci invers, din alte dimensiuni în universul nostru. Şi astfel s-a ajuns la o noţiune mult timp ocolită de comunitatea ştiinţifică: universurile paralele.

Universurile paralele

Într-o clipă, cercetătorii au fost cuprinşi de frenezia universurilor paralele existente în a 11a dimensiune, care păreau să rezolve probleme vechi de secole. Şi cum arată aceste universuri paralele? Fizicienii spun că ele variază în forme (de la binecunoscuta „doughnut”-gogoaşa cu gaură la mijloc, până la „coli de hârtie”), dimensiuni şi caracteristici: „într-un alt univers protonul poate să fie instabil, caz în care atomii se pot dizolva, iar ADN-ul nu se poate forma şi astfel în aceste universuri nu poate exista viaţă inteligentă. Poate că este o lume de electroni şi electricitate, poate un univers de fulgere şi neutrini, dar fără materie stabilă.” (Michio Kaku). Dar dacă doar pe o fracţiune din aceste universuri se dezvoltă viaţa, vom avea un număr infinit de universuri în care trăiesc civilizaţii.

Big Bang

Cercetătorii au ajuns iarăşi la încercarea de a explica singularitatea ce a precedat Big Bang, de data aceasta cu ajutorul Teoriei M. În 2001, aceasta a suferit o transformare din partea lui Burt Ovrut. Deşi până atunci se credea că a 11a dimensiune este un loc paşnic în care universurile-membrană plutesc liniştit, Burt Ovrut spune că de fapt „universurile se mişcă prin dimensiunea 11 ca nişte valuri imense puternice.” El mai spune că nu este atât de mult loc pentru toate universurile, aşa că dacă ele se mişcă, atunci există posibilitatea ca ele să se lovească unele de celelalte. De fapt, ele ori se depărtează una de cealaltă, ori se lovesc. Următoarea întrebare logică este ce se întâmplă când universurile-paralele se lovesc? Răspunsul este dat de astronomul Neil Turok: „Big Bang este consecinţa întâlnirii dintre două universuri paralele.” Universul nostru are însă în unele locuri concentrări de materie: stele, galaxii, quasari şi alte aglomerări. Acestea se explică tot prin universurile paralele. Neil Turok spune că acestea se mişcă precum valurile şi tot ca valurile, suprafaţa lor nu este plată, ci se unduieşte. Astfel, când universurile paralele se lovesc, ele nu se lovesc uniform pe toată suprafaţa şi concomitent, ci în puncte diferite şi la momente diferite în timp. Aşa se explică naşterea universului în forma pe care o cunoaştem noi, cu ajutorul Teoriei M.

Universuri multiple

Cea mai recentă noţiune introdusă de cercetători este cea a universului multiplu-„multiverse”. Acesta „ar putea conţine un număr infinit de universuri, fiecare cu legi diferite ale fizicii. Probabil că în fiecare moment au loc Big Bang-uri. Universul nostru coexistă cu alte membrane, alte universuri care sunt de asemenea în expansiune. S-ar putea ca universul nostru să nu fie decât un balon plutind într-un ocean de alte baloane.” (Michio Kaku) Fizicienii mai fac un pas înainte şi îşi propun să creeze un univers în laborator. Alan Guth spune că momentul în care vom crea universuri în subsolul casei noastre nu este chiar atât de departe şi de neconceput, iar că procesul nu pune în pericol propriul univers.