Legendi kohaselt veetis Albert Einstein viimased tunnid Maal, jälitades midagi paberitükile, püüdes sõnastada teooria kõigest. Kuuskümmend aastat hiljem lahkub siit maailmast sarnaste mõtetega teine legendaarne teoreetilise füüsika teadlane Stephen Hawking. Me teame, et Hawking arvas, et niinimetatud M-teooria on meie parim võimalus luua täielik universumi teooria. Aga mis see on?
Pärast seda, kui Einsteini üldine relatiivsusteooria sõnastati 1915. aastal, on iga teoreetiline füüsik unistanud ühitada meie arusaam aatomite ja osakeste lõpmata väikesest maailmast lõpmata suure mõõtkavaga kosmosest. Ehkki viimast kirjeldab Einsteini võrrand suurepäraselt, ennustatakse viimast erakordse täpsusega niinimetatud põhiliste interaktsioonide standardmudeli järgi.
Meie praegune arusaam on, et füüsiliste objektide vastastikmõju kirjeldavad neli põhijõud. Neist kaks - gravitatsioon ja elektromagnetism - ilmuvad meie jaoks makroskoopilisel tasemel, tegeleme nendega iga päev. Kaks muud - nõrk ja tugev vastastikmõju - ilmnevad väga väikeses mastaabis ja ainult siis, kui tegemist on subatomiliste protsessidega.
Põhimõjude standardmudel pakub kolmele neist jõududest ühtset struktuuri, kuid gravitatsioon ei taha kuidagi sellesse pilti mahtuda. Vaatamata selliste suuremahuliste nähtuste täpsetele kirjeldustele nagu orbiidil oleva planeedi käitumine või galaktikate dünaamika, ebaõnnestub üldrelatiivsus väga väikeste vahemaade tagant. Standardmudeli kohaselt vahendavad kõiki jõude teatud osakesed. Raskusjõu korral teeb tööd graviton. Kuid kui proovime arvutada nende gravitonite vastasmõjusid, ilmnevad võrrandites mõttetused lõpmatused.
Terviklik gravitatsiooniteooria peab toimima mis tahes skaalal ja arvestama põhiosakeste kvant-olemust. See võimaldaks gravitatsioonil sobituda kolme teise fundamentaalse interaktsiooni kombineeritud struktuuriga, luues seeläbi kurikuulsa teooria kõige kohta. Muidugi, pärast Albert Einsteini surma 1955. aastal on selles valdkonnas tehtud märkimisväärseid edusamme. Meie parimat kandidaati nimetatakse täna M-teooriaks.
Keelpööre
M-teooria põhiidee mõistmiseks peate minema tagasi 1970. aastatesse, kui teadlased mõistsid, et punktiosakeste põhjal universumi kirjeldamise asemel oleks parem kirjeldada neid kui võnkuvaid stringe (energiatorusid). Looduse põhikomponentide mõistmise uus viis on viinud paljude teoreetiliste probleemide lahenduseni. Esiteks võib stringi ühe vibratsiooni tõlgendada gravitonina. Ja erinevalt tavapärasest gravitatsioonist võib stringiteooria kirjeldada selle koostoimeid matemaatiliselt ja mitte saada veidraid lõpmatusi. See tähendab, et raskusjõudu saab kombineeritud struktuuri lisada.
Reklaamvideo:
Pärast seda põnevat avastust on teoreetilised füüsikud kõvasti vaeva näinud, et selle tagajärgi mõista. Kuid nagu sageli teaduslike uuringute puhul, on keelteteooria ajalugu täis tõusud ja mõõnad. Alguses olid inimesed hämmeldunud, et ta ennustas valgusest kiiremini liikuva osakese, nn "tahhoni" olemasolu. See ennustus läks vastuollu kõigi eksperimentaalsete vaatlustega ja heitis tõsise varju keelteteooriale.
Sellegipoolest lahendati see küsimus 1980ndate alguses, viies keelte teooriasse sisse nn supersümmeetria. Ta ennustab, et igal osakesel on oma ülaosa ja ebahariliku kokkusattumuse tõttu kõrvaldab sama seisund tahhoni. See esimene edu on laialt tuntud kui “esimene keelpööre”.
Veel üks ebatavaline omadus on see, et keelte teooria nõuab kümme ruumi-aja mõõdet. Praegu on meil teada ainult neli: sügavus, kõrgus, laius ja aeg. Ehkki see näib olevat suur takistus, on seni pakutud mitmeid lahendusi ja praegu näib see olevat pigem ebaharilik omadus kui probleem.
Näiteks võiksime eksisteerida neljamõõtmelises maailmas, ilma et oleks juurdepääsu täiendavatele mõõtmetele. Või lisamõõtmed võiksid olla “kompaktsed” ja sobida nii väikestesse skaaladesse, et me ei paneks neid tähele. Erinevad tihendamised viiksid aga füüsikaliste konstandite erinevate väärtusteni ja erinevate füüsikaseadusteni. Võimalik lahendus on see, et meie universum on ainult üks paljudest lõpmatus „mitme universumis”, mida juhivad erinevad füüsikalised seadused.
M-teooria
Päeva keelpilliteoreetikuid kummitas veel üks probleem. Hoolikas klassifitseerimine näitas viie erineva järjestikuse keelte teooria olemasolu ning oli ebaselge, miks peaks loodus valima ühe viiest.
Siin tuleb mängu M-teooria. Teise keelpöörde ajal 1995. aastal pakkusid füüsikud välja, et viis järjestikust keelteooriat on ainulaadse teooria erinevad näod, mis eksisteerivad üheteistkümnes aegruumi mõõtmes, mida nimetatakse M-teooriaks. See hõlmab iga keelte teooriat erinevates füüsilistes kontekstides, jäädes samal ajal kõigile kasutamiseks. See uskumatult põnev pilt on viinud enamiku teoreetiliste füüsikute mõttele, et M-teooriast saab kõige teooria - ja see on ka matemaatiliselt järjepidevam kui ükski teine väljapakutud teooria.
Olgu kuidas on, seni pole M-teooria suutnud luua ennustusi, mida saab eksperimentaalselt kontrollida. Supersümmeetriat testitakse praegu suure hadronite põrkeseadmel. Kui teadlased leiaksid märke superpartnerite olemasolust, tugevdaks see lõpuks M-teooria positsiooni. Kuid tänapäevane teoreetiline füüsika ei suuda veel anda kontrollitavaid ennustusi ja eksperimentaalfüüsika ei saa selle kinnitamiseks katseid esitada.
Enamik suuri füüsikuid ja kosmolooge on kinnisideeks leida seda kaunist ja lihtsat maailma kirjeldust, mis võiks kõike selgitada. Ja kuigi me oleme sellest veel kaugel, oleks ilma säravate ja loominguliste inimesteta, nagu Hawking, see täiesti võimatu.
Ilja Khel
