Όταν η μαθηματική λύση σε οδηγεί κατευθείαν στη θεωρία σου

Στην φυσική υπάρχει ένα πρόβλημα που δεν λέει να λυθεί εδώ και δεκαετίες. Δύο μεγάλες θεωρίες που λειτουργούν τέλεια μόνες τους, δυσκολεύονται να συνεργαστούν. Η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν και η κβαντική μηχανική μοιάζουν σαν δύο φίλοι που δεν μπορούν να βρεθούν στο ίδιο τραπέζι.

Το μεγάλο κενό: το σωματίδιο της βαρύτητας

Όλες οι άλλες βασικές δυνάμεις της φύσης έχουν κάτι κοινό. Χρησιμοποιούν μικροσκοπικά σωματίδια για να μεταφέρουν τις αλληλεπιδράσεις τους. Για παράδειγμα, τα φωτόνια φέρουν τον ηλεκτρομαγνητισμό. Η βαρύτητα όμως παραμένει χωρίς γνωστό «ταχυδρόμο». Θεωρητικά υπάρχει το γκραβιτόνιο, αλλά μέχρι στιγμής δεν έχει βρεθεί.

Αυτό το κενό μας εμπορεί να έχτισε μια ενιαία θεωρία που να εξηγεί τα πάντα.

Η θεωρία χορδών: μια ιδέα που δεν πεθαίνει

Κάποιοι φυσικοί, από τη δεκαετία του ’60, προσπάθησαν να λύσουν το πρόβλημα με μια ριζοσπαστική υπόθεση. Φαντάστηκαν ότι τα πάντα γύρω μας —σωματίδια, δυνάμεις, ακόμα και η βαρύτητα— αποτελούνται από μικροσκοπικές χορδές που δονούνται. Οι διαφορετικές δονήσεις παράγουν διαφορετικά σωματίδια.

Η ιδέα ήταν καινοτόμος αλλά έφερε και προβλήματα. Η θεωρία χορδών απαιτούσε δέκα διαστάσεις αντί για τις τέσσερις που βλέπουμε. Και δεν έδινε ποσά που μποكن να δοκιμαστούν σε εργαστήριο. Τα χρόνια που έρχουν, η θεωρία έχασε πολλούς από τους υποστηρικτές της.

Ένα διαφορετικό μονοπάτι που οδηγήθηκε στο ίδιο αποτέλεσμα

Σε μια έρευνα από το Caltech, οι επιστήμονες δεν ξεκίνησαν από τη θεωρία χορδών. Αντί γι’ αυτό, χρησιμοποίησαν τέσσερα απλά μαθηματικά πλάνα:

• Ενότητα (unitarity) — οι πιθανότητες πρέπει να έχουν νόημα και να συμπληρώνοντα
• Αναλλοίωτο της Λορεντς — οι νόμοι της φυσικής είναι ίδιοι παντού
• Συμπεριφορά σε υψηλές ενέργειες — η φυσική πρέπει να είναι λογική ακόμα και όταν ενέργεια είναι πολύ μεγάλη
• Απλές μαθηματικές συνθήσεις — η επιλογή του λογισμού που είναι πιο απλός

Όταν οι επιστήμονες δούλευαν με αυτούς μόνο, τα αποτελέσματα που έβγαλαν ήταν τα γνωμένα από τη θεωρία χορδών. Οι εξισώσεις που περιγράφουν τις αλληλεπιδράσεις των χορδών εμφανίστηκαν χωρίς να τους έχουν δώθηκε ως στόχος.

Τι σημαίνει αυτό;

Το αποτέλεσμα δεν είναι πειραματική απόδειξη. Δεν μπορούμε ακόμα να δοκιμάσουν τη θεωρία χορδών σε εργαστήριο,因为 τα υποτιθέμενα χορδά είναι υπερβολικά μικρά. Ωστόσο, δείξε ότι όταν οι φυσικοί ακολουθούν μόνο βασικές αρχές της φυσικής, η θεωρία χορδών βγαίνει φυσικά από αυτές.

Γιατί μας ενδιαφέρει αυτό;

Η έρευνα δεν προσώρησε ακόμα μια «θεωρία των πάντων»,但 δείχνει ότι η θεωρία χορδών μπορεί να είναι μια καλή κατεύθυνση. Είναι σαν να βρίσκεις ένα σημαντικό ίχνος που ενισχύει την ελπίδα ότι είσαι στο σωστό μονοπάτι.