Supercordurile, sau teoria superstringurilor, este un domeniu captivant al fizicii numit uneori Teoria totul. Mulți consideră că aceasta este explicația unificatoare evazivă pe care a căutat-o Einstein și care ar putea explica toate forțele cunoscute din univers.
Până la apariția superstringurilor, oamenii de știință aveau două teorii opuse pentru modul în care se comportau legile naturii: Teoria generală a relativității a lui Einstein și mecanica cuantică.
Relativitatea generală explică lumea așa cum o știm pe o scară destul de masivă. Descrie spațiu-timp ca o țesătură deformată de masă, ținând cont de sistemele orbitale, galaxii și forța gravitației. Dar aceste legi se descompun la nivel cuantic, unde o particulă subatomică nu poate fi măsurată în ceea ce privește poziția sa exactă în spațiu la un moment dat. De asemenea, este la fel de probabil să se deplaseze înapoi în timp, precum și să avanseze și poate chiar să pară a fi în două locuri simultan. Lumea celor infinitezimal de mici este atât de bizară, încât oamenii de știință au inventat termenul de „ciudățenie cuantică” pentru a o descrie.
Problema pentru fizicieni a fost să vină cu o teorie care să unească lumea pe care o cunoaștem cu lumea cuantică. O explicație pentru toate cele patru forțe cunoscute: gravitația, forțele nucleare puternice și slabe și electromagnetismul. Superstrings ar putea fi acel răspuns.
Prin ecuații matematice a devenit evident că modul în care am gândit anterior particulele ca „puncte” sau „minute” de energie era inexact. Aceste bucăți minuscule de materie s-au comportat de fapt mai degrabă ca niște corzi care se mișcă și vibrează. Corzile sunt atât de mici încât Brian Greene, un fizician și susținător, explică că, dacă un singur atom ar fi de dimensiunea sistemului nostru solar, un șir ar avea doar dimensiunea unui copac. Cu toate acestea, corzile alcătuiesc toată materia de la nivelul cuantic în sus.
Felul în care corzile vibrează determină proprietățile specifice ale fiecărei particule, asemănând universul cu o simfonie cosmică de superstringuri. Dar pentru a elimina teoria anomaliilor matematice, au fost necesare șase dimensiuni suplimentare. Cele șase dimensiuni suplimentare formează forme 6-D minuscule, ondulate în fiecare punct din spațiul nostru. În interiorul acestor forme 6-D se află șirurile teoriei superstringurilor. Cele șase dimensiuni suplimentare, plus cele trei ale noastre, însemnau că există într-adevăr 9 dimensiuni. Mai adăugați unul pentru timp, iar totalul a fost de 10 dimensiuni. Oricât de surprinzător a fost, nu a fost sfârșitul.
În 1995, diferitele teorii ale superstringurilor au prezentat o enigmă până când teoria M le-a unit. Singura captură? Teoria M a cerut matematic o a 11-a dimensiune. Aceasta a prezentat o nouă imagine a corzilor prin care, având suficientă energie, o sfoară se putea întinde pentru a deveni o membrană plutitoare extrem de mare, numită pe scurt brană. Branele pot avea proprietăți dimensionale diferite și pot crește la fel de mari ca un univers. De fapt, conform teoriei, întregul nostru univers există pe o brană plutitoare – doar una dintre câteva brane plutitoare care susțin fiecare propriul univers paralel. Fiecare brană reprezintă o felie dintr-un spațiu dimensional mai mare sau un volum.
Deși modelul standard al anilor 1970 a unit deja trei dintre cele patru forțe într-o teorie unificată, gravitația nu a putut fi conciliată cu cele trei forțe cuantice. Dar o descoperire în superstringuri a cuprins forța evazivă a gravitației, șoptind Sfântul Graal al fizicii. Dacă o particulă ipotetică fără masă responsabilă de transmiterea gravitației – gravitonul – există la nivel cuantic ca șir închis, aceasta ar prezenta o legătură gravitațională directă cu teoria supercordurilor.
Teoria prezice că șirurile pot fi deschise sau închise. Corzile deschise sau firele care seamănă cu niște fire de păr care se mișcă au cel puțin un punct final „atașat” la membrană, așa cum un troleibuz este atașat printr-un cablu superior la o linie electrică. Corzile se pot deplasa prin brană, dar nu o pot părăsi, explicând de ce nu putem vedea fizic din dimensiunea noastră sau nu putem ajunge dincolo. Atomii care alcătuiesc corpurile noastre sunt alcătuiți din șiruri deschise care au puncte terminale atașate membranei noastre 3-D. Un alt mod de a-l privi este să luați în considerare un ecran de film. Oamenii de pe un ecran par a fi tridimensionali, dar nu pot ajunge de pe ecran în lumea noastră 3-D. Ei sunt blocați în lumea lor 2-D, la fel cum suntem blocați în lumea noastră 3-D și nu putem ajunge în dimensiunile vecine. Oamenii de știință se referă la asta ca fiind grade de libertate.
Dar gravitonul este diferit. Ca șir închis sau buclă fără puncte terminale atașate, s-a teoretizat că ar putea să scape de brana noastră 3-D și să se infiltreze în alte dimensiuni. Acest lucru ar explica de ce gravitația este de multe ori mai slabă decât celelalte forțe.
Totuși, ce se întâmplă dacă inversul ar fi adevărat? Ce se întâmplă dacă gravitația pe o brană paralelă este la fel de puternică ca și celelalte forțe, dar este mai slabă aici, deoarece se scurge doar în dimensiunea noastră? Din punct de vedere matematic, teoria supercordurilor a funcționat din nou frumos și în cele din urmă a oferit o explicație plauzibilă pentru slăbiciunea gravitației în timp ce o unește cu celelalte trei forțe.
A mai rămas doar un singur obstacol: teoria unificatoare ar trebui să poată explica și Big Bang-ul. Patru fizicieni care călătoreau împreună într-un tren au abordat cu dezinvoltură acest subiect. Unul dintre ei a pus întrebarea: Ce s-ar întâmpla dacă două brane s-ar ciocni? Răspunsul matematic plauzibil s-a dovedit a fi Big Bang.
Detractorii teoriei supercordurilor indică lipsa dovezilor și dificultatea de a le furniza. Este doar o construcție matematică frumoasă? O filozofie? Sau o explicație adevărată a lumii noastre? Nicio altă teorie nu s-a apropiat de unificarea matematică a tuturor celor patru forțe, cu atât mai puțin de a oferi în plus o explicație pentru Big Bang. Dar demonstrarea faptului că există alte dimensiuni – brane plutitoare și universuri paralele – a fost un punct de conflict major.
Cu toate acestea, credincioșii teoriei elegante sunt nerăbdători să o vadă dovedită, iar oamenii de știință au descoperit de atunci că ar putea exista dovezi observabile ale corzilor mari din punct de vedere astronomic. Astfel, teoria supercordurilor continuă să câștige teren. În cele din urmă, dacă au succes, de la 11 dimensiuni la universuri paralele, de la galaxiile învolburate la supa cuantică, superstringurile ar putea fi cu adevărat Teoria Totului.