Die Mutter aller Stringtheorien hat einen Test bestanden, den noch keine Theorie der Quantengravitation bestehen konnte.
Die M-Theorie bringt alle fünf konsistenten Versionen der Stringtheorie (sowie eine Beschreibung von Teilchen, die als Supergravitation bezeichnet werden ) in eine einzige mathematische Struktur. Unter verschiedenen physischen Bedingungen sieht es nach jeder dieser Theorien aus.Es ist schwer, die "Theorie von allem" zu sein. Das Fernsehen hat eine schwierige Aufgabe - die Schwerkraft so in die Quantengesetze der Natur zu drängen, dass die Schwerkraft im großen Maßstab wie die Krümmung des Raum-Zeit-Gewebes aussieht, die Albert Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben hat. Irgendwie entsteht die Krümmung der Raum-Zeit als gemeinsamer Nenner der quantisierten Einheiten der Gravitationsenergie - Teilchen, die als
Gravitonen bekannt sind . Naive Versuche, die Wechselwirkung von Gravitonen zu berechnen, führen jedoch zu bedeutungslosen Unendlichkeiten, was auf die Notwendigkeit eines tieferen Verständnisses der Schwerkraft hindeutet.
Die Stringtheorie oder technisch gesehen die M-Theorie wird oft als der führende Kandidat für das Fernsehen in unserem Universum beschrieben. Sie hat jedoch keine empirischen Beweise, da es keine andere alternative Idee gibt, wie sich die Schwerkraft mit allen anderen fundamentalen Kräften verbinden kann. Warum geben M-Theorien einen Vorteil gegenüber anderen?
Wie Sie wissen, behauptet diese Theorie, dass Gravitonen wie Elektronen, Photonen und alles andere keine Punktteilchen sind, sondern schwer fassbare winzige Energiegummis oder "Saiten", die auf unterschiedliche Weise schwingen. Das Interesse an der Stringtheorie stieg Mitte der 1980er Jahre stark an, als die Physiker erkannten, dass sie eine mathematisch konsistente Beschreibung der Quantengravitation lieferte. Aber fünf bekannte Versionen der Theorie waren „störend“, das heißt, sie hörten unter bestimmten Bedingungen auf zu arbeiten. Theoretiker könnten berechnen, was passiert, wenn zwei Gravitonenstränge bei hohen Energien kollidieren, aber machtlos sind, bevor die Verschmelzung von Gravitonen so extrem ist, dass ein Schwarzes Loch entsteht.
1995 entdeckte der Physiker Edward Witten die Mutter aller Stringtheorien. Er fand verschiedene Anzeichen dafür, dass Störungsstringtheorien in eine kohärente Nichtstörungstheorie passen, die er "M-Theorie" nannte. Die M-Theorie in verschiedenen physikalischen Kontexten sieht aus wie eine der Stringtheorien, hat jedoch keine Einschränkungen hinsichtlich der Bedingungen - und dies ist eine wichtige Voraussetzung für die Theorie von allem. Zumindest sagten dies Whittens Berechnungen. "Whitten hätte argumentieren können, ohne die Gleichungen der M-Theorie aufzuschreiben, was an sich beeindruckend ist, aber viele Fragen unbeantwortet lässt", erklärte David Simmons-Duffin, ein theoretischer Physiker am California Institute of Technology.
Eine weitere Explosion der Forschung ereignete sich zwei Jahre später, als der Physiker
Juan Maldacena die AdS / CFT-Korrespondenz entdeckte: die Implementierung des holographischen Prinzips, das die Schwerkraft im Raum-Zeit-Bereich, der als „Anti-de-Sitter-Raum“ (AdS) bekannt ist, mit einer Quantenbeschreibung von Partikeln kombiniert ( konforme Feldtheorie (CFT) entlang der Grenze dieser Region. AdS / CFT bietet eine vollständige Definition der M-Theorie für einen speziellen Fall der AdS-Raum-Zeit-Geometrie, gefüllt mit negativer Energie, wodurch sie sich anders als unser Universum biegt. Für solche fiktiven Welten können Physiker Prozesse bei jeder Energie beschreiben, einschließlich der Bildung und Verdampfung von Schwarzen Löchern. Die 16.000 von Muldasen in den letzten 20 Jahren erwähnten Arbeiten versuchen hauptsächlich, diese Berechnungen durchzuführen, um AdS / CFT und die Quantengravitation besser zu verstehen.
Diese einfache Abfolge von Ereignissen führte die meisten Experten zu dem Schluss, dass die M-Theorie der führende Kandidat für das Fernsehen ist, obwohl ihre genaue Definition in einem Universum wie dem unseren unbekannt bleibt. Ob die Theorie richtig ist, ist eine separate Frage. Die von ihr angebotenen Saiten sowie die zusätzlichen gefalteten Maße, in denen diese Saiten vibrieren müssen, sind 10 Millionen Milliarden Mal weniger als die Auflösung von Experimenten wie dem Large Hadron Collider. Und einige makroskopische Merkmale der Theorie, die bereits gesehen werden konnten, wie kosmische Strings oder Supersymmetrie, wurden nicht gefunden.
Andere Versionen des Fernsehens haben viele verschiedene technische Probleme, und noch keine von ihnen hat die mathematische Konsistenz der Stringtheorie wiederholt - als Berechnung eines solchen Prozesses, beispielsweise als Streuung von Gravitonen untereinander. Laut Simmons-Duffin konnte keiner der Rivalen den ersten Schritt oder die erste „Quantenkorrektur“ dieser Berechnung abschließen. Ein Philosoph argumentierte sogar, dass der Status der Stringtheorie als einzige bekannte konsistente Theorie als Beweis für ihre Wahrheit angesehen wird.
Unter entfernten Rivalen gibt es
asymptotisch sichere Schwerkraft , die E8-Theorie [es ist auch eine „
außergewöhnlich einfache Theorie von allem “],
nicht kommutative Geometrie und
kausale Fermionsysteme . Eine asymptotisch sichere Schwerkraft legt beispielsweise nahe, dass sich die Schwerkraft ändern kann, wenn sie sich in einem kleineren Maßstab bewegt, um Unendlichkeit in den Berechnungen zu vermeiden. Aber bisher hat es niemand geschafft, diesen Trick zum Laufen zu bringen.