M-teoria: Różnice pomiędzy wersjami

Poza istnieniem jako obiekt badań teoretyków M-teoria zapewnia ramy dla budowania modeli świata rzeczywistego, które łączą ogólną teorię względności z [[model standardowy|modelem standardowym]]. Fenomenologia w odniesieniu do cząstek stanowi dział fizyki teoretycznej, obejmujący konstrukcję realistycznych modeli przyrody z bardziej abstrakcyjnych idei teoretycznych. [[Fenomenologia strun]] stanowi część teorii strun, obejmującą starania mające na celu budowę realistycznych modeli fizyki cząstek na bazie strun i M-teorii<ref>{{odn|Dine |2000</ref>}}.

Zazwyczaj modele takie bazują na kompaktyfikacji ([[świat strunowy|światy strunowe]] stanowią alternatywną drogę wyprowadzania fizyki świata rzeczywistego z teorii strun<ref>{{odn|Randall & |Sundrum |1999</ref>)}}. Zaczynając od dziesięcio- bądź jedenastowymiarowej czasoprzestrzeni teorii strun bądź M-teorii, fizycy postulują kształt nadmiarowych wymiarów. Dokładnie wybierając ich kształt, potrafią zbudować modele przypominające model standardowy, wraz z dodatkowymi, nieodkrytymi jeszcze cząstkami<ref>Candelas et al. 1985</ref>. Częsty sposób wyprowadzania rzeczywistej fizyki z teorii strun wychodzi od heterotycznej teorii strun w dziesięciu wymiarach, przyjmując zwinięcie sześciu nadmiarowych wymiarów przestrzennych w kształt przypominający sześciowymiarową [[Przestrzeń Calabiego-Yau|rozmaitość Calabiego–Yau]]<ref>{{odn|Yau & |Nadis |2010, |s. =ix</ref>}}. Rozmaitości Calabiego–Yau oferują wiele sposobów wyprowadzania fizyki rzeczywistego świata z teorii strun. Inne, podobne metody, można wykorzystać dla budowy realistycznych modeli czterowymiarowego świata na bazie M-teorii<ref>{{odn|Yau & |Nadis |2010, |s. =147–150</ref>}}.

Częściowo z powodu trudności teoretycznych i matematycznych, a częściowo z powodu niezwykle wysokich energii koniecznych do eksperymentalnego przetestowania tych hipotez nie ma obecnie dowodów doświadczalnych, które niewątpliwie wskazałyby którykolwiek z tych modeli jako poprawny fundamentalny opis przyrody. W efekcie część społeczności naukowej krytykuje próby unifikacji i kwestionuje wartość kontynuowania badań nad tym problemem<ref>{{odn|Woit |2006</ref>}}.

W jednym z podejść do fenomenologii M-teorii teoretycy zakłądają, że 7 nadmiarowych wymiarów przestrzennych M-teorii przybiera kształt [[rozmaitość G2|rozmaitości ''G''₂]]. Chodzi o siedmiowymiarowy obiekt skonstruowany przez matematyka, [[Dominic Joyce|Dominica Joyce'a]] z [[Uniwersytet Oksfordzki|Uniwersytetu Oksfordzkiego]]<ref>{{odn|Yau & |Nadis |2010, |s. =149</ref>}}. Rozmaitości ''G''₂ są ciągle słabo poznane matematycznie. Fakt ten utrudnia fizykom pełny rozwój tego podejścia do fenomenologii<ref name="{{odn|Yau and |Nadis |2010, p. 150">Yau & Nadis 2010, |s. =150</ref>}}.

Przykładowo: fizycy i matematycy często zakładają, że przestrzeń ma matematyczną własność zwaną [[gładkość|gładkością]]. Jednak własności tej nie można założyć w przypadku rozmaitości ''G''₂ w celu wyprowadzenia fizyki codziennego czterowymiarowego świata. Inny problem polega na tym, że rozmaitości ''G''₂ nie są [[rozmaitość zespolona|rozmaitościami zespolonymi]], więc teoretycy nie mogą wykorzystać [[analiza zespolona|analizy zespolonej]]. Ponadto istnieje wiele otwartych pytań o istnienie, unikatowość i inne własności rozmaitości ''G''₂, a matematykom brak systemowych sposobów badania tych rozmaitości<ref name="{{odn|Yau and |Nadis |2010, p. |s=150"/>}}.

Z powodu trudności związanych z rozmaitościami ''G''₂ większość wysiłków zmierzających ku konstrukcji realistycznych teorii fizyki, opierających się na M-teorii bardziej pośrednio, podchodzi do kompaktyfikacji czasoprzestrzeni jedenastowymiarowej. Jedno z podejść, zapoczątkowane przez Wittena, Hořavę, [[Burt Ovrut|Ovruta]] i innych, znane jest jako heterotyczna M-teoria. Opiera się ona na wyobrażeniu jednego z jedenastu wymiarów M-teorii zwiniętego w okrąg. Jeśli okrąg ten będzie bardzo mały, czasoprzestrzeń będzie w praktyce dziesięciowymiarowa. Przyjmuje się następnie, że sześć z dziesięciu wymiarów tworzy rozmaitość Calabiego–Yau. Jeśli rozmaitość Calabiego–Yau również będzie mała, pozostanie teoria czterowymiarowa<ref name="{{odn|Yau and |Nadis |2010, p. |s=150"/>}}.

Heterotyczną M-teorię wykorzystano do konstrukcji modeli [[kosmologia bran|kosmologii bran]], w których [[widzialny Wszechświat]] leży na branie w przestrzeni o wyższej liczbie wymiarów. Spowodowała ona także powstanie alternatywnych hipotez wczesnego Wszechświata, które nie opierają się na teorii [[Inflacja kosmologiczna|inflacji]]<ref name="{{odn|Yau and |Nadis |2010, p. |s=150"/>}}.