Storia e proprietà della teoria M

M-Theory è il nome di una versione unificata della teoria delle stringhe, proposta nel 1995 dal fisico Edward Witten. Al momento della proposta, c'erano 5 variazioni della teoria delle stringhe, ma Witten avanzò l'idea che ognuna fosse una manifestazione di una singola teoria di base.

Witten e altri hanno identificato diverse forme di dualità tra le teorie che, insieme ad alcune ipotesi sulla natura dell'universo, potrebbero consentire loro di essere tutte un'unica teoria: la M-Teoria. Uno dei componenti principali di M-Theory è che richiedeva l'aggiunta di un'altra dimensione in aggiunta alle già numerose dimensioni extra della teoria delle stringhe in modo che le relazioni tra le teorie potessero essere risolte.

La seconda rivoluzione della teoria delle stringhe

Negli anni '80 e nei primi anni '90, la teoria delle stringhe aveva raggiunto un problema a causa dell'abbondanza di ricchezze. Applicando la supersimmetria alla teoria delle stringhe, nella teoria delle superstringhe combinate, i fisici (incluso lo stesso Witten) avevano esplorato le possibili strutture di queste teorie e il lavoro risultante aveva mostrato 5 versioni distinte della teoria delle superstringhe. La ricerca ha inoltre dimostrato che è possibile utilizzare alcune forme di trasformazioni matematiche, chiamate S-dualità e T-dualità, tra le diverse versioni della teoria delle stringhe. I fisici erano in perdita 

In una conferenza di fisica sulla teoria delle stringhe, tenutasi all'Università della California del sud nella primavera del 1995, Edward Witten propose la sua congettura che queste dualità fossero prese sul serio. E se, suggerisse, il significato fisico di queste teorie fosse che i diversi approcci alla teoria delle stringhe erano modi diversi di esprimere matematicamente la stessa teoria di base. Sebbene non avesse tracciato i dettagli di quella teoria sottostante, ne suggerì il nome, M-Teoria.

Parte dell'idea alla base della stessa teoria delle stringhe è che le quattro dimensioni (3 dimensioni spaziali e una dimensione temporale) del nostro universo osservato possono essere spiegate pensando all'universo come avente 10 dimensioni, ma poi "compattando" 6 di quelle dimensioni in una scala sub-microscopica che non viene mai osservata. In effetti, lo stesso Witten era una delle persone che avevano sviluppato questo metodo nei primi anni '80! Ora ha suggerito di fare la stessa cosa, assumendo dimensioni aggiuntive che consentirebbero le trasformazioni tra le diverse varianti della teoria delle stringhe tridimensionali.

L'entusiasmo della ricerca che nacque da quell'incontro e il tentativo di derivare le proprietà di M-Theory, inaugurarono un'era che alcuni hanno chiamato la "seconda rivoluzione della teoria delle stringhe" o "seconda rivoluzione delle superstringhe".

Proprietà della teoria M

Sebbene i fisici non abbiano ancora scoperto i segreti di M-Theory, hanno identificato diverse proprietà che la teoria avrebbe se la congettura di Witten si rivelasse vera:

• 11 dimensioni dello spaziotempo (queste dimensioni extra non devono essere confuse con l'idea in fisica di un multiverso di universi paralleli)
• contiene stringhe e brane (originariamente chiamate membrane)
• metodi di utilizzo della compactificazione per spiegare come le dimensioni extra si riducono alle quattro dimensioni dello spaziotempo che osserviamo
• dualità e identificazioni all'interno della teoria che le consentono di ridurre a casi speciali le teorie delle stringhe conosciute e, in definitiva, nella fisica che osserviamo nel nostro universo

Cosa significa "M"?

Non è chiaro cosa significhi rappresentare la M in M-Teoria, anche se è probabile che in origine rappresentasse "Membrane" poiché questi erano appena stati scoperti come un elemento chiave della teoria delle stringhe. Lo stesso Witten è stato enigmatico sull'argomento, affermando che il significato della M può essere selezionato per il gusto. Le possibilità includono Membrane, Master, Magic, Mystery e così via. Un gruppo di fisici, guidati in gran parte da Leonard Susskind, hanno sviluppato la teoria della matrice, che ritengono possa eventualmente cooptare la M se si dimostrasse vera.

È vera la teoria M?

M-Theory, come le varianti della teoria delle stringhe, ha il problema che attualmente non fa previsioni reali che possono essere testate nel tentativo di confermare o confutare la teoria. Molti fisici teorici continuano a ricercare quest'area, ma quando si hanno più di due decenni di ricerca senza risultati concreti, l'entusiasmo svanisce senza dubbio un po '. Non ci sono prove, tuttavia, che Strong sostenga che la congettura della M-Theory di Witten sia falsa. Questo può essere un caso in cui l'incapacità di confutare la teoria, come dimostrando che è internamente contraddittoria o in qualche modo incoerente, è il meglio che i fisici possano sperare al momento.