Säieteoria: selitys, M-teoria ja ulottuvuudet

Suurelle yleisölle suunnatuissa säieteorian esittelyissä on ensin selitettävä fysiikka. Osa säieteoriaa koskevista kiistoista johtuu fysiikkaa koskevista väärinkäsityksistä. Yleinen väärinkäsitys jopa tiedemiesten keskuudessa on oletus, että teoria on todettu todeksi selittäessään luonnollista maailmaa aina, kun sen ennusteet onnistuvat. Toinen väärinkäsitys on se, että aiemmat fysiikan tutkijat, myös kemistit, ovat jo selittäneet maailman. Tämä johtaa siihen väärinkäsitykseen, että säieteoreetikot alkoivat tehdä outoja hypoteeseja sen jälkeen, kun he selittämättömästi "vapautuivat totuudesta".

Klassinen maailma

Newtonin fysiikka

Newtonin yleinen gravitaatiolaki (UG), johon oli lisätty Galilein kolme liikelakia ja joitakin muita oletuksia, julkaistiin vuonna 1687. Newtonin teoria mallintaa menestyksekkäästi näkyvän kokoisten kappaleiden välisiä vuorovaikutuksia, ilmiöaluetta, jota nykyään kutsutaan klassiseksi valtakunnaksi. Coulombin laki mallintaa sähköistä vetovoimaa. Maxwellin sähkömagneettinen kenttäteoria yhdisti sähkön ja magnetismin, ja optiikka syntyi tästä kentästä.

Valonnopeus pysyi kuitenkin suunnilleen samana, kun sen kentässä kulkeva havaitsija mittasi sitä, vaikka nopeuksien lisääminen ennusti kentän olevan hitaampi tai nopeampi suhteessa sen kanssa tai sitä vastaan kulkevaan havaitsijaan. Sähkömagneettiseen kenttään nähden havaitsija siis menetti jatkuvasti nopeuttaan. Tämä ei kuitenkaan rikkonut Galileon suhteellisuusperiaatetta, jonka mukaan mekaniikan lait toimivat samalla tavalla kaikille kohteille, joilla on inertia.

Kun esineeseen ei kohdistu voimaa, se säilyttää nopeutensa eli nopeuden ja suunnan inertian lain mukaan. Kohde, joka on joko tasaisessa liikkeessä, mikä tarkoittaa vakionopeutta muuttumattomaan suuntaan, tai joka pysyy levossa, mikä tarkoittaa nollanopeutta, kokee inertian. Tämä on Galilein invarianssia - sen mekaaniset vuorovaikutukset jatkuvat muuttumattomina - jota kutsutaan myös Galilein suhteellisuudeksi, koska ihminen ei voi havaita, onko hän levossa vai tasaisessa liikkeessä.

Suhteellisuusteoria

Erityinen suhteellisuusteoria

Vuonna 1905 Einsteinin erityinen suhteellisuusteoria selitti sekä Maxwellin sähkömagneettisen kentän että Galilein suhteellisuusteorian paikkansapitävyyden toteamalla, että kentän nopeus on absoluuttinen - universaali vakio - kun taas sekä avaruus että aika ovat paikallisia ilmiöitä suhteessa kappaleen energiaan. Siten suhteellisessa liikkeessä oleva kohde lyhenee momenttinsa suunnassa (Lorentzin supistuminen) ja sen tapahtumien kulku hidastuu (aikadilataatio). Esineessä oleva matkustaja ei voi havaita muutosta, koska kaikki ajoneuvossa olevat mittalaitteet ovat kokeneet pituuden supistumisen ja ajan laajenemisen. Ainoastaan suhteellisessa levossa oleva ulkopuolinen tarkkailija mittaa suhteellisen liikkeessä olevan kohteen lyhentyneen matkareitillään ja sen tapahtumien hidastuneen. Erityinen suhteellisuusteoria jätti Newtonin teorian, jossa avaruus ja aika ovat absoluuttisia, kykenemättömäksi selittämään gravitaatiota.

Einstein päätteli ekvivalenssiperiaatteen avulla, että joko gravitaation tai vakiokiihtyvyyden alaisena oleminen on erottamaton kokemus, jolla saattaa olla yhteinen fysikaalinen mekanismi. Ehdotettu mekanismi oli asteittainen pituuden supistuminen ja ajan laajeneminen - joka on seurausta 3D-avaruuden paikallisesta energiatiheydestä - ja joka luo jäykkään kappaleeseen asteittaisen jännityksen, joka purkautuu siirtymällä kohti paikkaa, jossa energiatiheys on suurin. Erityinen suhteellisuusteoria olisi gravitaatiokentän rajoitettu tapaus. Erityistä suhteellisuusteoriaa sovellettaisiin silloin, kun 3D-avaruuden energiatiheys on yhtenäinen, joten painovoimakenttä skaalautuu tasaisesti paikasta toiseen, minkä vuoksi esine ei koe kiihtyvyyttä eikä siten myöskään painovoimaa.

Yleinen suhteellisuusteoria

Vuonna 1915 Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria selitti gravitaation 4D-avaruusajan Lorentzin moninaisuuden avulla. Aika on yksi ulottuvuus, joka on yhdistetty kolmeen avaruusulottuvuuteen, sillä jokainen tapahtuma 3D-avaruudessa - 2D vaakasuunnassa ja 1D pystysuunnassa - merkitsee pistettä 1D-aika-akselilla. Jopa jokapäiväisessä elämässä todetaan tai annetaan ymmärtää molemmat. Sanotaan tai ainakin tarkoitetaan: "Tavataan rakennuksessa 123 Main Street, joka risteää Franklin Streetin kanssa 3D-asunnossa 10. lokakuuta 2012 klo 21.00". Kun aikakoordinaatti jätetään pois tai se puuttuu, päästään oikeaan paikkaan avaruudessa, kun etsitty tapahtuma puuttuu - se on menneisyydessä tai tulevaisuudessa ehkä klo 18.00 tai 12.00.

Yleinen suhteellisuusteoria paljasti luonnollisen maailman aiemmin käsittämättömän tasapainon ja symmetrian, kun se yhdisti avaruuden ja ajan ja oletti, että molemmat ovat suhteellisia lähiympäristön energiatiheyteen nähden, ja kun se asetti ainoaksi vakioksi tai absoluuttiseksi vakioksi massan sijasta valonnopeuden tyhjiössä. Jokainen kappale liikkuu aina valonnopeudella suoraa linjaa pitkin - sen vastineena kaarevalla pinnalla, jota kutsutaan geodeettiseksi tai maailmalinjaksi -, joka on pienimmän vastuksen reitti, kuten vapaapudotus 4D-avaruusajan läpi, jonka geometria "kaartuu" massan/energian läheisyydessä.

Valon nopeudella tyhjiössä liikkuva kappale liikkuu maksimaalisella nopeudella 3D-avaruudessa, mutta siinä ei tapahdu tapahtumien kehitystä - se on jähmettynyt aikaan - kun taas 3D-avaruudessa liikkumaton kappale kulkee täysin 1D-aikaa pitkin ja kokee tapahtumien maksimaalisen nopean kehittymisen. Näytetty maailmankaikkeus on suhteellinen tiettyyn paikkaan nähden, mutta kun massa/energia kyseisessä läheisyydessä on ilmoitettu, Einsteinin yhtälöt ennustavat, mitä tapahtuu - tai tapahtui tai tulee tapahtumaan - kaikkialla maailmankaikkeudessa. Se, että Einsteinin teorian suhteellisuus viittaa subjektiiviseen tai mielivaltaiseen, oli Einsteinin valitettavana, sillä hän ajatteli myöhemmin, että hänen olisi pitänyt nimetä teoria yleiseksi teoriaksi.

Kosmologia

Sähkömagneettisen kentän viestihiukkaset, fotonit, kuljettavat kuvaa ajattomasti läpi maailmankaikkeuden, kun taas tämän kentän sisällä olevilla havaitsijoilla on riittävästi virtausta ajassa purkaakseen tämän kuvan ja reagoidakseen liikkumalla 3D-avaruudessa, mutta he eivät voi koskaan päästä tätä ajatonta kuvaa nopeammin. Maailmankaikkeuden tilan alle 400 000 vuotta maailmankaikkeutemme aloittaneen oletetun alkuräjähdyksen jälkeen ajatellaan näkyvän kosmisena mikroaaltotaustana (CMB).

Vuonna 1915 maailmankaikkeuden ajateltiin koostuvan kokonaan siitä, mitä nykyään kutsumme Linnunradaksi, ja olevan staattinen. Einstein käytti äskettäin julkaistuja gravitaatiokentän yhtälöitä ja havaitsi, että seurauksena oli maailmankaikkeuden laajeneminen tai kutistuminen. (Teoria toimii kumpaankin suuntaan - aikainvarianssi.) Hän tarkisti teoriaa lisäämällä siihen kosmologisen vakion, joka tasapainottaa maailmankaikkeutta mielivaltaisesti. Lähes vuonna 1930 Edwin Hubblen teleskooppitiedot, joita tulkittiin yleisen suhteellisuusteorian avulla, paljastivat, että maailmankaikkeus laajenee.

Vuonna 1916 ensimmäisen maailmansodan taistelukentällä ollessaan Karl Schwarzschild käytti Einsteinin yhtälöitä, ja Schwarzschildin ratkaisu ennusti mustia aukkoja. Vuosikymmeniä myöhemmin astrofyysikot havaitsivat supermassiivisen mustan aukon ehkä jokaisen galaksin keskellä. Mustat aukot näyttävät johtavan galaksien muodostumista ja ylläpitoa säätelemällä tähtien muodostumista ja tuhoutumista.

1930-luvulla huomattiin, että yleisen suhteellisuusteorian mukaan galaksit hajoaisivat, ellei niiden ympärillä olisi näkymätöntä ainetta, joka pitää galaksin kasassa. 1970-luvulla pimeä aine alkoi tulla hyväksytyksi. Vuonna 1998 pääteltiin, että maailmankaikkeuden laajeneminen ei hidastu vaan kiihtyy, mikä viittaa valtavaan energiatiheyteen - joka riittää kiihdyttämään sekä näkyvää että pimeää ainetta - kaikkialla maailmankaikkeudessa, laajaan pimeän energian kenttään. Ilmeisesti alle 5 prosenttia maailmankaikkeuden koostumuksesta tunnetaan, kun taas loput 95 prosenttia on salaperäistä - pimeää ainetta ja pimeää energiaa.

Kvanttimaailma

Outo mekaniikka

1920-luvulla kehitettiin kvanttimekaniikka (QM), jonka avulla voitiin tutkia sähkömagneettisen kentän toimintaa pienissä avaruuden ja ajan mittakaavoissa. Elektronit - ainehiukkaset, jotka ovat vuorovaikutuksessa fotonien kanssa, jotka ovat sähkömagneettisen kentän voimankantajia - näyttävät kuitenkin uhmaavan täysin mekaanisia periaatteita. Mikään ei pystynyt ennustamaan kvanttihiukkasen sijaintia hetkestä toiseen.

Rakokokeessa elektroni kulkee yhden sen eteen sijoitetun reiän läpi. Yksi elektroni kulkisi kuitenkin samanaikaisesti useamman reiän läpi, vaikka sen eteen olisi sijoitettu kuinka monta reikää. Yksittäinen elektroni jättäisi havaintopöydälle interferenssikuvion, ikään kuin yksittäinen hiukkanen olisi aalto, joka olisi kulkenut kaikkien reikien läpi samanaikaisesti. Ja kuitenkin tämä tapahtui vain silloin, kun sitä ei havaittu. Jos odotettuun tapahtumaan valaistaisiin valolla, fotonin vuorovaikutus kentän kanssa asettaisi elektronin yksittäiseen asentoon.

Epävarmuusperiaatteen mukaan minkään kvanttihiukkasen tarkkaa sijaintia ja impulssia ei kuitenkaan voida määrittää varmasti. Hiukkasen vuorovaikutus havainto-/mittauslaitteen kanssa poikkeuttaa hiukkasta siten, että sen sijainnin tarkempi määrittäminen johtaa sen impulssin heikompaan määritykseen ja päinvastoin.

Kenttäteoria kvantittunut

Laajentamalla kvanttimekaniikkaa koko kenttään saatiin esiin johdonmukainen kuvio. Sijainnista toiseen hiukkasen todennäköisyys, että hiukkanen on olemassa siellä, nousi ja laski kuin todennäköisyyden aalto - nouseva ja laskeva todennäköisyystiheys. Kun sitä ei havaita, mikä tahansa kvanttihiukkanen siirtyy superpositioon siten, että jopa yksittäinen hiukkanen täyttää koko kentän, vaikka se olisi kuinka suuri. Silti hiukkanen ei ole varmasti missään päin kenttää, vaan se on siellä tietyllä todennäköisyydellä suhteessa siihen, olisiko se ollut viereisessä paikassa. Maxwellin sähkömagneettisen kentän aaltomuoto syntyi todennäköisyystapahtumien kasautumisena. Ei hiukkaset, vaan matemaattinen muoto, oli vakio.

Kentän asettaminen erityiseen suhteellisuusteoriaan mahdollisti koko sähkömagneettisen kentän ennustamisen. Näin syntyi relativistinen kvanttikenttäteoria (QFT). Sähkömagneettisesta kentästä on relativistinen kvanttisähködynamiikka (QED). Heikosta ja sähkömagneettisesta kentästä yhdessä se on relativistinen sähköheikko teoria (EWT). Vahvan kentän osalta se on relativistinen kvanttikromodynamiikka (QCD). Kaiken kaikkiaan tästä tuli hiukkasfysiikan standardimalli.

Fysiikan jako

Kun standardimalli muutetaan yleiseen suhteellisuusteoriaan massan sisällyttämiseksi, syntyy äärettömiä todennäköisyystiheyksiä. Tämän oletetaan olevan virheellistä, sillä tavallisesti todennäköisyys vaihtelee 0-1-0 prosentista 100 prosentin todennäköisyyteen. Jotkut teoreettiset fyysikot epäilevät, että ongelma on Standardimallissa, joka esittää jokaisen hiukkasen nollaulotteisena pisteenä, joka voi periaatteessa olla äärettömän pieni. Kvanttifysiikassa Planckin vakio on kuitenkin pienin energiayksikkö, johon kenttä voidaan jakaa, mikä on ehkä vihje hiukkasen pienimmästä koosta. Niinpä painovoimaa pyritään kvantittamaan - kehittämään kvanttigravitaatioteoria.

Puitteet

String arvelee, että mikroskooppisella mittakaavalla Einsteinin 4D-avaruusaika on Calabi-Yaun moninaisuuksien kenttä, joista jokainen sisältää 6 avaruusulottuvuutta käpristyneenä, joten se ei ole laajentunut klassisen maailman 3 avaruusulottuvuuteen. Säieteoriassa kukin kvanttikappale korvataan 1D:n värähtelevän energian säikeellä, jonka pituus on Planckin pituus. Kun jousi liikkuu, se jäljittää leveyden ja muuttuu siten 2D:ksi, worldsheetiksi. Kun merkkijono värähtelee ja liikkuu 6D Calabi-Yaun avaruudessa, merkkijonosta tulee kvanttihiukkanen. Tällä lähestymistavalla hypoteettinen gravitoni - jonka ennustetaan selittävän yleisen suhteellisuusteorian - syntyy helposti.

Teoriat

Säieteoria alkoi bosonisena säieteoriana, jonka 26 ulottuvuutta toimivat monina vähemmän. Siinä kuitenkin mallinnettiin vain bosoneja, jotka ovat energiahiukkasia, ja jätettiin pois fermionit, jotka ovat ainehiukkasia. Bosoninen säieteoria ei siis pystynyt selittämään materiaa. Lisäämällä bosoniseen säieteoriaan supersymmetriaa saatiin kuitenkin fermionit, ja säieteoriasta tuli supersäieteoria, joka selittää myös aineen.

(Kvanttikenttäteorian versioissa, jotka sisältävät supersymmetrian (SUSY), jokaisella bosonilla on vastaava fermioni ja päinvastoin.) Toisin sanoen jokaisella energiahiukkasella on vastaava ainehiukkanen, ja jokaisella ainehiukkasella on vastaava energiahiukkanen, mutta havaitsematon kumppani on massiivisempi ja siten supersymmetrinen. Nämä superkumppanit saattavat vaikuttaa kohtuuttomalta ennusteelta, mutta monet teoreetikot ja kokeentekijät suosivat supersymmetrisiä versioita Standardimallista, jonka yhtälöitä on muutoin muokattava kohtuuttomasti ja joskus mielivaltaisesti, jotta ennusteiden onnistuminen tai matemaattinen johdonmukaisuus säilyisi, mutta superkumppanien avulla).

Testaamattomia - epätieteellisiä?

Säieteorian väite, jonka mukaan kaikki molekyylit ovat energian säikeitä, on saanut osakseen ankaraa kritiikkiä. Säieteoriasta on olemassa monia versioita, joista mikään ei ennusta täysin onnistuneesti Standardimallin selittämiä havaintotietoja. M-teorialla tiedetään nyt olevan lukemattomia ratkaisuja, jotka usein ennustavat outoja ja tuntemattomia asioita. Jotkut väittävät, että säieteoreetikot valitsevat vain halutut ennusteet.

Väite, jonka mukaan säieteoria ei tee testattavia ennusteita, on väärä, sillä se tekee monia ennusteita. Mikään teoria - ennustava ja kenties selittävä malli jostakin luonnonilmiöiden alueesta - ei ole todennettavissa. Kaikki tavanomaiset fysiikan teoriat Standardimalliin asti ovat esittäneet väitteitä luonnonmaailman havainnoimattomista puolista. Jopa standardimallilla on erilaisia tulkintoja luonnollisesta maailmasta. Kun Standardimallia käytetään, siitä tehdään usein supersymmetrinen versio, joka kaksinkertaistaa hiukkasfyysikoiden tähän mennessä tunnistamien hiukkaslajien määrän.

Kukaan ei voi kirjaimellisesti mitata avaruutta, mutta silti Newton esitti absoluuttisen avaruuden ja ajan, ja Newtonin teoria teki selviä ennusteita, jotka olivat erittäin testattavissa ja jotka onnistuivat 200 vuoden ajan, mutta teoria silti väärennettiin luonnon selittäjänä. Fyysikot hyväksyvät sen, että ei ole olemassa sellaista vetovoimaa, joka suoraan vetää materiaa puoleensa, puhumattakaan siitä, että tämä voima kulkisi maailmankaikkeuden läpi välittömästi. Newtonin teoria on kuitenkin edelleen tieteen paradigmaattinen.

Piilotetut ulottuvuudet?

Ajatus avaruuden piilevästä ulottuvuudesta voi tuntua okkultiselta. Jotkut silmukkakvanttigravitaation - joka on kvanttigravitaation ehdokas - teoreetikot pitävät säieteoriaa pohjimmiltaan harhaanjohtavana, koska siinä oletetaan, että avaruudella on edes muoto, ennen kuin hiukkaset muokkaavat sitä. Toisin sanoen he eivät epäile, etteikö avaruudella olisi erilaisia muotoja, vaan katsovat vain, että hiukkaset määräävät avaruuden muodon eikä päinvastoin. Yleisen suhteellisuusteorian ennustama avaruusaikapyörre on ilmeisesti vahvistettu.

Jos Standardimalli tulkitaan luonnollisesti todeksi, se, että se esittää kvanttihiukkasen 0D-pisteenä, osoittaa jo nyt, että avaruusaika on kuohuvien muotojen meri, kvanttivaahto. Säieteoreetikot pitävät yleensä luontoa tyylikkäämpänä, ja silmukkateoreetikko Lee Smolin hylkää tämän uskomuksen romanttisena käyttäessään biologian modernia synteesiä retorisena välineenä. Kokeet lisättyjen avaruusulottuvuuksien havaitsemiseksi ovat toistaiseksi epäonnistuneet, mutta on silti mahdollista, että merkkejä niistä voi ilmaantua.

Niin monia ratkaisuja?

M-teoriassa on monia triljoonia ratkaisuja. Leonard Susskind, säieteorian johtava tutkija, tulkitsee säieteorian ratkaisujen plastisuuden paradoksaaliseksi tueksi, joka ratkaisee mysteerin siitä, miksi tämä maailmankaikkeus on olemassa, sillä M-teoria osoittaa sen olevan vain muunnelma yleisestä kaaviosta, joka aina johtaa suunnilleen tulokseen.

Yleinen suhteellisuusteoria on tuonut mukanaan monia löytöjä, joita vuonna 1915 ei voitu kuvitella kuin fiktiossa. Einsteinin yhtälöiden ratkaisu, jolla pyrittiin selittämään kvanttihiukkasten dynamiikkaa, Einstein-Rosenin silta ennustaa oikotietä, joka yhdistää kaksi kaukana sijaitsevaa pisteen avaruusaikaa. Yleisesti madonreiäksi kutsuttua Einstein-Rosenin siltaa epäillään, mutta sitä ei kumota, mikä osoittaa joko sen, että kaikkien teorian seurausten ei tarvitse olla tarkkoja, tai sen, että todellisuus on varsin omituinen tavoilla, joita ei voi havaita.

Monet maailmat

Jopa hiukkasfysiikan standardimalli viittaa outoihin mahdollisuuksiin, jotka populistiset tieteen kuvaukset joko jättävät pois tai mainitsevat ne selittämättöminä kuriositeetteina. Teoriaan sovelletaan tavanomaisesti Kööpenhaminan tulkintaa, jonka mukaan kenttä on vain mahdollisuus, eikä mikään ole todellista ennen kuin havaitsija tai instrumentti on vuorovaikutuksessa kentän kanssa, jonka aaltofunktio romahtaa ja jäljelle jää vain hiukkasfunktio, jolloin vain hiukkaset ovat todellisia. Aaltofunktion luhistuminen on kuitenkin vain oletettu - sitä ei ole vahvistettu kokeellisesti eikä edes mallinnettu matemaattisesti - eikä mitään poikkeamaa aaltofunktiosta kvanttimaailmassa tai hiukkasfunktiosta klassisessa maailmassa ole löydetty.

Vuonna 1957 Hugh Everett kuvasi "suhteellinen tila" -tulkintansa. Everett väitti, että aaltofunktio ei romahda, ja koska kaiken aineen ja vuorovaikutusten oletetaan rakentuvan kvanttiaaltohiukkasista, kaikki kvanttikentän mahdolliset variaatiot - joita matemaattiset yhtälöt osoittavat - ovat todellisia ja samanaikaisesti esiintyviä, mutta erilaisia historian kulkuja. Tämän tulkinnan mukaan kaikki, mikä on vuorovaikutuksessa kentän kanssa, liittyy kentän tilaan, joka on suhteessa havaitsijan tilaan - joka on itse aaltomuoto omassa kvanttikentässään - kun taas nämä kaksi ovat yksinkertaisesti vuorovaikutuksessa universaalissa aaltomuodossa, joka ei koskaan romahda. Nykyään monien fyysikoiden tulkinta näennäisestä siirtymästä kvanttimaailmasta klassiseen maailmaan ei ole aaltofunktion romahtaminen, vaan kvanttidekoherenssi.

Dekoherenssissä vuorovaikutus kentän kanssa vie havainnoitsijan vain yhteen kvanttikentän determinanttiyhtälöön, joten kaikki havainnot kohdistuvat tähän uuteen, yhdistettyyn kvanttitilaan. Everettin teesi on inspiroinut Monen maailman tulkintaa, jonka mukaan maailmankaikkeutemme sisällä ennustetaan olevan virtuaalisesti tai potentiaalisesti äärettömän monta rinnakkaista maailmaa, jotka ovat todellisia, mutta joista jokainen on kuitenkin häviävän kaukana muista maailmoista. Koska kunkin maailman aaltomuoto on universaali - ei romahtava - ja sen matemaattiset suhteet ovat invariantteja, rinnakkaiset maailmat yksinkertaisesti täyttävät aukot eivätkä kosketa toisiaan.

Monet universumit

Einstein epäili, että Schwarzschildin ratkaisun ennustamat mustat aukot ovat todellisia. Jotkut arvelevat nyt, että mustia aukkoja ei ole olemassa sellaisenaan, vaan ne ovat pimeää energiaa, tai että maailmankaikkeutemme on sekä musta aukko että pimeä energia. Einsteinin yhtälöiden Schwarzschild-ratkaisua voidaan laajentaa maksimaalisesti ennustamaan mustaa aukkoa, jolla on kääntöpuoli - toinen maailmankaikkeus, joka syntyy valkoisesta aukosta. Ehkäpä universumimme alkuräjähdys oli puolikas isosta pompusta, jonkin romahdus mustaksi aukoksi ja universumimme ponnahti ulos sen toiselta puolelta valkoisena aukkona.

Hiukkaset ovat jousia?

Fyysikot epäilevät laajalti, ovatko kvanttihiukkaset todella 0D-pisteitä, kuten standardimallissa esitetään, joka tarjoaa formalismia - matemaattisia laitteita, joiden aivohalvaukset ennustavat kiinnostavia ilmiöitä syötetyn datan perusteella - mutta ei tulkintaa ilmiöitä määrittävistä mekanismeista. Säieteoreetikot ovat kuitenkin taipuvaisia optimistisesti olettamaan, että säikeet ovat sekä todellisia että selittäviä, eivät pelkästään ennustusvälineitä. Nykyisten hiukkaskiihdyttimien kapasiteetti on kaukana siitä, että niillä voitaisiin lähettää tutkittavat hiukkaset riittävän korkealle energiatasolle, jotta kvanttihiukkasen oma energia voitaisiin voittaa ja määrittää, onko se merkkijono. Tämä rajoitus koskee kuitenkin myös muiden kvanttigravitaatioteorioiden testaamista. Kehitys viittaa muihin strategioihin kvanttihiukkasten rakenteen "havainnoimiseksi".

Paradoksaalista kyllä, vaikka testit vahvistaisivatkin, että hiukkaset ovat energiajousia, se ei silti todistaisi lopullisesti edes sitä, että hiukkaset ovat jousia, koska voisi olla muitakin selityksiä, ehkäpä avaruuden odottamaton vääristyminen, vaikka hiukkanen oli 0D-piste, joka oli todella kiinteä. Jopa silloin, kun ennusteet onnistuvat, on olemassa monia mahdollisia selityksiä - alideterminoitumisen ongelma - ja tieteenfilosofit sekä jotkut tiedemiehet eivät hyväksy edes virheetöntä ennustemenestystä onnistuneen teorian selitysten todentamiseksi, jos niiden esitetään tarjoavan tieteellistä realismia, todellista kuvausta luonnollisesta maailmasta.

Aine on energiaa?

Puheet hiukkasfyysikoista, jotka testaavat teoreettisten fyysikoiden ennustamia hiukkasia törmäyttämällä hiukkasia kiihdyttimissä, viittaavat siihen, että kvanttihiukkaset ovat pieniä newtonilaisia hiukkasia, joita kokeentekijät murtavat auki paljastaakseen niiden rakenteen. Sen sijaan, kun kaksi hiukkasta, joilla kullakin on tietty massa - joka mitataan energiana elektronivoltteina - törmäävät toisiinsa, ne voivat yhdistyä hiukkaseksi, jonka massa/energia on sama, ja syntynyttä hiukkasta "tarkkaillaan", jotta se vastaisi ennustetta.

Fyysikoiden keskuudessa ei ole kiistanalaista, että kaikki hiukkaset ovat energiaa. Silmukkateoreetikot, jotka joskus kilpailevat säieteorian kanssa, väittävät, että itse avaruusaika muuttuu hiukkasiksi. Se, että aine on energian erityinen muunnos, oli seurausta Einsteinin erityisestä suhteellisuusteoriasta, ja sen jälkeen Einstein virallisti massa-energia-ekvivalenssin, E=mc2. Kun riittävän energiset fotonit törmäävät toisiinsa, ne voivat yhdistyä ja synnyttää aineen ja materian muodostumisen. Kaikilla hiukkasilla on antihiukkasia, ja aineen atomeilla on antiaineen antiatomeja, joiden yhdistyminen annihiloi hiukkaset ja aineen jättäen energiaa.

Innostava kehityssuunta on peilisymmetrian löytyminen, jolloin Calabi-Yau-avaruudet ovat yleensä pareittain siten, että ratkaisut, jotka ovat olleet aiemmin vaikeita yhden säikeen äärimmäisessä värähtelymoodissa, voidaan ratkaista käyttämällä peilimuotoisen Calabi-Yau-avaruuden geometriaa sen vastakkaisella alueella.

Säieteoria ratkaistaan yleensä konformisen kenttäteorian avulla, joka on kvanttikenttäteoria 2D-avaruudessa. On vahvistettu, että molekyylit voivat luhistua 2D:hen. Ja elektroni, jota on pitkään pidetty alkeishiukkasena, jakautuu ilmeisesti kolmeksi kokonaisuudeksi, jotka kantavat erikseen elektronin kolme vapausastetta, kun molekyylit, jotka sisältävät elektroneja, kanavoituvat 1D-avaruuden kautta.