תורת M
תורת M היא היפותזה פיזיקלית המאחדת את חמש תורות המיתרים המוכרות. משמעות ה־M היא ממברנה או כפי שכמה מתייחסים אליה - מסתורין. אדוארד ויטן מאוניברסיטת פרינסטון העלה את אפשרות קיומה של תאוריה זו בשנת 1995, והוא נתן בעזרתה הסבר למספר עקרונות ידועים של דואליות בין תורות מיתרים. נקודת זמן זו נחשבת כתחילת "המהפכה השנייה של תורת המיתרים".
אחד היתרונות הבולטים של תורת M הוא יכולתה להוות בסיס לאיחוד בין תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים, כלומר להיות תורה של כבידה קוונטית. אולם, אף על פי שתורת M מהווה התפתחות תאורטית חשובה בפיזיקת החלקיקים, עדיין אין לה תחזיות שיכולות להיבדק בניסוי.
תורת המיתרים
[עריכת קוד מקור | עריכה]על פי תורת המיתרים, חלקיק אלמנטרי אינו נקודה אלא מיתר, ובדומה למיתר בכלי נגינה, התנודות שלו קובעות את תכונותיו. אורכו האופייני של מיתר פיזיקלי הוא אורך פלאנק, והמיתר יכול להוות עקומה סגורה או פתוחה.
על פי אחת האפשרויות המבטיחות של תורת המיתרים המרחב־זמן בנוי מ־10 ממדים, כאשר מתוכם תשעה הם ממדי מרחב, ואחד הוא מימד זמן. וזאת בניגוד לארבעת הממדים המוכרים מתורת היחסות הפרטית (ממד אחד של זמן ושלושה ממדים של מרחב). הממדים הנוספים חייבים להיות קטנים, וכנראה גם קומפקטיים, על מנת להתאים לתצפיות הנוכחיות על מבנה המרחב.
בשנת 1995 היו מוכרות כבר 5 תורות מיתרים ב־10 ממדים. הן קרויות: סוג I, סוג IIA, סוג IIB, סוג HO, וסוג HE. כל התורות כוללת בתוכן סופר־סימטריה בין פרמיונים ובוזונים, וההבדלים ביניהן מתבטאים בעיקר בסוג המיתרים (פתוחים או סגורים) ובחבורת הסימטריה אשר מגדירה את אוסף המיתרים של התאוריה.
איחוד של תורות המיתרים
[עריכת קוד מקור | עריכה]
בתחילת שנות ה־90, הוכח שתורות המיתרים השונות קשורות בדואליות, הוכחה שאפשרה לפיזיקאים לייחס את התיאור של עצם בתורת מיתרים אחת, לתיאור של עצם בתורת מיתרים אחרת. באופן כללי ניתן לומר שאם מבצעים טרנספורמציה מסוימת לגדלים המוגדרים בתורת מיתרים אחת אז מקבלים תורת מיתרים אחרת. כך למשל דואליות T שמכילה טרנספורמציה של תנע ושל מרחק תחליף בין תורת מיתרים מסוג IIA ותורת מיתרים מסוג IIB. דואליות נוספת, הקרויה S, מקשרת בין תורת מיתרים שמוגדרת בה עצמת אינטראקציה חזקה ותורת מיתרים שמוגדרת בה עצמת אינטראקציה חלשה.
יחסים אלה בין התורות מרמזים על האפשרות שכל תורת מיתרים יחידה, היא בעצם מבט שונה של תאוריה אחת, כללית יותר. אדוארד ויטן הציע בשנת 1995 מסגרת של איחוד בין חמש תורות המיתרים על בסיס יחסי הדואליות וסיפק את המבנה המתמטי ההתחלתי של התאוריה המאוחדת, אשר נקראה בפיו "תורת M". תורת M חוזה ממד נוסף על 10 הממדים של תורות המיתרים השונות, ובסך הכל יש בה 11 ממדים. ויטן עצמו לא נתן הסבר למשמעות האות M אשר מופיעה בשם התאוריה, ומאז מופיעים ניחושים שונים לפשר האות. יתרה מכך, התאוריה שהוא הציע איננה שלמה. ניסוח מדויק ומלא של תורת M הוא אחד האתגרים הנוכחיים של הפיזיקה התאורטית. כן, קיימים מאמצים לחפש אפשרות לבדוק אותה בניסוי, כלומר להציע ניסוי שיוכל לאשש את התאוריה. נכון לשנת 2018, משימה זו טרם הושגה.
