Legenda mengatakan bahawa Albert Einstein menghabiskan jam-jam terakhirnya di Bumi menelusuri sesuatu di selembar kertas dalam usaha terakhir untuk merumuskan teori segalanya. Enam puluh tahun kemudian, seorang lagi saintis legenda dalam bidang fizik teori, Stephen Hawking, akan meninggalkan dunia ini dengan pemikiran yang serupa. Kita tahu bahawa Hawking percaya bahawa teori M yang disebut adalah peluang terbaik kita untuk membuat teori semesta yang lengkap. Tetapi apa itu?
Sejak teori relativiti umum Einstein dirumuskan pada tahun 1915, setiap ahli fizik teori telah bermimpi untuk menggabungkan pemahaman kita tentang dunia atom dan zarah yang sangat kecil dengan skala ruang yang sangat besar. Walaupun yang terakhir dijelaskan dengan sempurna oleh persamaan Einstein, yang pertama diramalkan dengan ketepatan yang luar biasa oleh apa yang disebut Model Standard Interaksi Fundamental.
Pemahaman kita sekarang adalah bahawa interaksi antara objek fizikal digambarkan oleh empat kekuatan asas. Dua daripadanya - graviti dan elektromagnetisme - muncul untuk kita di peringkat makroskopik, kita berurusan dengan mereka setiap hari. Dua yang lain - interaksi yang lemah dan kuat - muncul dalam skala yang sangat kecil dan hanya ketika kita berhadapan dengan proses subatomik.
Model Standard Interaksi Fundamental menyediakan struktur tunggal untuk tiga daya ini, tetapi graviti tidak mahu masuk ke dalam gambar ini dengan cara apa pun. Walaupun terdapat gambaran tepat mengenai fenomena berskala besar seperti tingkah laku planet di orbit atau dinamika galaksi, relativiti umum gagal pada jarak yang sangat singkat. Menurut Model Piawai, semua daya dimediasi oleh zarah-zarah tertentu. Sekiranya graviti, kerja dilakukan oleh graviton. Tetapi ketika kita cuba mengira interaksi graviton ini, infiniti tidak bermakna muncul dalam persamaan.
Teori graviti yang lengkap mesti berfungsi pada skala apa pun dan mengambil kira sifat kuantum zarah asas. Ini akan membolehkan graviti masuk ke dalam struktur gabungan dengan tiga interaksi asas yang lain, sehingga mewujudkan teori segalanya yang terkenal. Sudah tentu, sejak Albert Einstein meninggal pada tahun 1955, kemajuan yang signifikan telah dicapai di daerah ini. Calon terbaik kita hari ini dipanggil M-teori.
Revolusi tali
Untuk memahami idea asas teori M, anda harus kembali ke tahun 1970-an, ketika para saintis menyedari bahawa daripada menggambarkan alam semesta berdasarkan zarah titik, lebih baik menggambarkannya sebagai rentetan berayun (tiub tenaga). Cara baru untuk memahami unsur asas alam telah menyebabkan penyelesaian banyak masalah teori. Pertama sekali, getaran satu tali boleh ditafsirkan sebagai graviton. Dan tidak seperti graviti standard, teori rentetan dapat menggambarkan interaksinya secara matematik dan tidak mendapat keterbatasan yang pelik. Ini bermaksud bahawa graviti boleh dimasukkan dalam struktur gabungan.
Video promosi:
Selepas penemuan yang menarik ini, ahli fizik teori telah bekerja keras untuk memahami akibatnya. Tetapi, seperti yang sering berlaku dalam penyelidikan saintifik, sejarah teori rentetan penuh dengan pasang surut. Pada mulanya, orang bingung bahawa dia meramalkan adanya zarah yang bergerak lebih cepat daripada cahaya, yang disebut "tachyon". Ramalan ini bertentangan dengan semua pemerhatian eksperimen dan memberikan bayangan serius terhadap teori rentetan.
Walaupun begitu, masalah ini diselesaikan pada awal 1980-an dengan pengenalan apa yang disebut "supersimetri" ke dalam teori rentetan. Dia meramalkan bahawa setiap zarah mempunyai pasangannya sendiri dan, secara kebetulan, keadaan yang sama sebenarnya menghilangkan takikon. Kejayaan pertama ini dikenali sebagai "revolusi tali pertama".
Satu lagi ciri luar biasa ialah teori rentetan memerlukan sepuluh dimensi ruang-waktu. Pada masa ini, kami hanya mengetahui empat: kedalaman, tinggi, lebar, dan masa. Walaupun ini tampaknya menjadi halangan besar, sejauh ini beberapa solusi telah diusulkan, dan saat ini nampaknya lebih merupakan ciri yang tidak biasa daripada masalah.
Sebagai contoh, kita boleh wujud dalam dunia empat dimensi tanpa akses ke dimensi tambahan. Atau dimensi tambahan boleh menjadi "padat" dan sesuai dengan skala kecil sehingga kita tidak akan memperhatikannya. Walau bagaimanapun, pemadatan yang berbeza akan membawa kepada nilai pemalar fizikal yang berbeza dan undang-undang fizik yang berbeza. Penyelesaian yang mungkin adalah bahawa Alam Semesta kita hanya satu dari banyak di "alam semesta berganda" yang tidak terbatas yang diatur oleh undang-undang fizikal yang berbeza.
M-teori
Terdapat satu lagi masalah yang menghantui teori rentetan zaman itu. Pengkelasan yang teliti mengungkapkan adanya lima teori rentetan berturutan yang berbeza, dan tidak jelas mengapa alam harus memilih salah satu dari lima.
Di sinilah teori M dimainkan. Semasa revolusi tali kedua pada tahun 1995, ahli fizik mencadangkan bahawa lima teori rentetan berturut-turut sebenarnya adalah wajah yang berbeza dari teori unik yang wujud dalam sebelas dimensi ruang masa yang disebut teori-M. Ia menggabungkan setiap teori rentetan dalam pelbagai konteks fizikal sambil tetap dapat digunakan oleh semua orang. Gambaran yang sangat menarik ini menyebabkan kebanyakan ahli fizik teori berpendapat bahawa teori M akan menjadi teori segalanya - dan secara matematik juga lebih konsisten daripada teori cadangan lain.
Bagaimanapun, sejauh ini teori M tidak dapat menghasilkan ramalan yang dapat disahkan secara eksperimen. Supersimetri kini sedang diuji di Large Hadron Collider. Sekiranya para saintis dapat menemui tanda-tanda kewujudan rakan kongsi super, ini akhirnya akan mengukuhkan kedudukan teori M. Tetapi fizik teori moden belum dapat memberikan ramalan yang dapat disahkan, dan fizik eksperimen tidak dapat memberikan eksperimen untuk pengesahan ini.
Sebilangan besar ahli fizik dan ahli kosmologi terobsesi dengan mencari gambaran dunia yang indah dan sederhana ini yang dapat menjelaskan segalanya. Dan walaupun kita masih jauh dari ini, tanpa orang yang cemerlang dan kreatif seperti Hawking, ini mustahil sama sekali.
Ilya Khel
