Szuper szuperhúrok

A 20. századi fizika két tartópillére, a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet jelenleg összeegyeztethetetlen egymással. A relativitáselmélet nem tesz eleget az elemi részecskék világát uraló kvantumszabályoknak, míg a fekete lyukak viselkedése az egész kvantummechanikát teszi kétségessé. A közelmúltig a húrelmélet volt az a nagy ígéret, amelynek keretében egyesülhetne a gravitáció és a kvantummechanika.

A relativitáselmélet nem szab határt a dimenziók számának, az egyenletek elvileg akárhány dimenzióra felírhatók. A szupergravitációban 11 téridő-dimenzió létezik. A dimenziók száma fokozatosan nőtt az elméletben, az 1920-as évek elején még csak 5 dimenzióval számoltak. Az extra dimenziók köralakban, önmagukban záródnak, körülöttük csak egészszámú kvantumhullámok létezhetnek, ez szabja meg a részecskék energiáját. A részecskék töltésének nagysága a kör sugarától függ. Az ismert töltésértékekből visszaszámolva az extra dimenziók sugara 10^-33 cm-nek adódik! Ez magyarázza, hogy miért nem észleljük őket. Nemcsak mi, még az atomok sem érzékelik az extra dimenziókat. Arra azonban nem sikerült magyarázatot találni, hogy a 11 dimenziót a valóban megtapasztalt 4 dimenzióra csökkentve, hogyan jelenik meg a természetben megfigyelhető bal-jobb különbség.

A szupergravitáció-elmélet helyét a 10 dimenzióval számoló szuperhúr elmélet vette át. Ennek ma öt egymással versengő változata létezik. Az egyik változatban nyitott húrok, a többiben hurokká összezáródó húrok szerepelnek. A kezdeti sikerek után ezt az elméletcsaládot is mind több kétség övezi. Az elméletből nem lehetett kísérletileg ellenőrizhető következtetéseket levonni. Miért van öt elmélet, amikor egyetlen, mindent egyesítő elméletet keresünk? Ha a szuperszimmetria 11 dimenziót enged meg, akkor a szuperhúr-elméleteknek miért elég 10 dimenzió? Miért húrnak képzeljük el a pontszerű részecskéket, miért nem membránnak, vagy sokkal általánosabban p-dimenziós tárgynak? A p dimenziós membránokat p-bránoknak (angolban p-brane) nevezték el. Egyes fizikusok így kezdtek el szuper-spagetti helyett szuper-raviolival foglalkozni.

P. A. M. Dirac 1962-ben az elektront nem pontszerűnek, hanem kis buboréknak írta le. A buborék valójában egy önmagában záródó membrán. Az általa a membránra felírt egyenletek képezik a mai M-elmélet alapját.

A szuperszimmetria szigorúan korlátozza, hogy hány dimenziós lehet egy p-brán. A 11 dimenziós téridőben lebegő membrán buborék vagy kétdimenziós lap alakot vehet fel. Kimutatták, hogy ha a 11 dimenzió között akad egyetlen köralakú, akkor az körbefogható a membrán-lappal, majd az éleket egymáshoz ragasztva egy csőhöz jutunk. Ha a sugár elegendően kicsiny, akkor a csővé összetekert membrán úgy néz ki, mint egy húr a 10 dimenziós világban, még pontosabban: olyan, mint IIA típusú szuperhúr. Ez az a pont, ahol az olvasók megértésében bízva felhagyunk az M-elmélet kidolgozásában fontos szerepet játszó M. J. Duff írásának részletes ismertetésével. Az M-elmélet fejlődésének részleteit átugorva a jelenlegi helyzet és a kilátások vázolására teszünk kísérletet.