Fra 1995 er en forbløffende, ny forståelse af strengteorien begyndt at tage form. En ledende kraft i denne udvikling var E. Witten, der sammenfattede og videreudviklede resultater af flere andre fysikere. Det nye aspekt ved forståelsen baserer sig på såkaldte dualiteter, matematiske transformationer, der godtgør, at der er præcise forbindelser mellem de tilsyneladende forskellige strengteorier. Disse transformationer baserer sig på forskellige mulige sammenkrølninger af visse af rumdimensionerne. Der er måske endda fremtvunget en dybere forståelse af selve kvanteteorien. Et berømt træk ved denne kendes som partikel-bølge-dualitet. I en kvantefeltteori viser partikel-bølge-dualitet sig ved, at en sådan teori har to vidt forskellige klassiske grænser: I én grænse er den næsten en klassisk feltteori, og i en anden næsten en klassisk partikelteori. I strengteorien findes ikke blot disse, men talrige andre lignende dualiteter, hvis konsekvens er, at den fælles underliggende teori har uhyre mange klassiske grænser, hvoriblandt de oprindelige fem strengteorier befinder sig. Det er indtil videre næsten kun i visse matematisk definerede omegne af disse klassiske grænser, vi ved, hvordan teorien skal formuleres. Det må anses som et yderst vigtigt fjernere forskningsmål at nå frem til en mere tilfredsstillende fælles formulering. En særligt overraskende sådan grænse viste sig at stemme overens med en tidligere formuleret såkaldt supergravitationsteori med en unik formulering i 11 rum-tid-dimensioner. Denne forende teori, hvis præcise matematiske beskrivelse altså indtil videre kun er sporadisk forstået, omtales undertiden som M-teori.
Et afgørende led i den nye forståelse af teorien var opdagelsen af ikke-pertubative objekter, som generaliserer den endimensionale streng til flere dimensioner, således todimensionale membraner (2-braner), tredimensionale objekter (3-braner) osv. Strengtilstande i én bestemt strengteori kan for store strengkoblinger optræde som brantilstande i en anden strengteori med en lille strengkobling. I M-teoriens 11-dimensionale grænse findes 2-braner og 5-braner. Tænker man sig en af M-teoriens ti rumdimensioner sammenkrøllet på en cirkel med radius R, vil 2-braner foldet om denne dimension optræde som "sugerør". Når R bliver meget lille, og sugerøret derfor tyndt, vil det minde om en streng. Der er fremført overbevisende argumenter for, at der herved netop opstår en af de fem kendte strengteorier.
For en særlig klasse af braner (D-braner) vil flere kunne lægge sig oven i hinanden. Deres fysik minder i en vis grad om gauge-teorierne i standardmodellen, som derved får kastet nyt lys over flere af sine mest dunkle aspekter.
Herved er opstået en helt ny måde at forholde sig til strengteoriens/M-teoriens mange dimensioner. Ud over sammenkrølning kan det tænkes, at disse D-braner, specielt flere oven i hinanden, kan optræde som kandidater for vores univers med tre rumdimensioner. I et sådant billede er standardmodellens kvarker, leptoner og gauge-bosoner låst til vores kendte tre rumdimensioner, nemlig som åbne strenge, der begynder og slutter på en D-bran. Gravitonen (kvantet for tyngdekræfter), derimod, optræder som en lukket streng, der kan bevæge sig i alle dimensioner. Herved kan det tænkes, at eksperimentelle signaler baseret på gravitoner, der forlader vores dimensioner, ville kunne observeres, og sådanne mulige begivenheder indgår i forsøgsprogrammer ved CERN. En nærmere og detaljeret analyse af alle de mulige scenarier for sammenkrølninger af dimensioner og forskellige roller for D-brankonfigurationer er blevet forsøgt. Det viser sig, at der synes at være et i praksis uendeligt antal sådanne muligheder. Mængden af alle disse muligheder omtales som ”streng-landskabet” (The String Landscape). Hver mulighed (hvert punkt i streng-landskabet) svarer til en bestemt slags univers med sine egne helt særlige naturlove. Langt de fleste sådanne universer ville ikke kunne føre til dannelsen at stjerner og galakser og dermed til dannelse af liv. Den nærmere fortolkning af dette højst forvirrende resultat er uklar. Flere forskellige og stærkt omdiskuterede muligheder er fremført. Det vides ikke, om man engang vil kunne finde et princip, der vil udvælge et bestemt punkt i landskabet, eller om man kunne forestille sig alle muligheder realiseret som såkaldte paralleluniverser. Vi ville så kunne tænkes at befinde os i et af de (formodentlig relativt få) universer, hvor liv var muligt. Men der er fremført stærkt kritiske til dels filosofiske argumenter imod en sådan fortolkning.
En interessant udvikling inden for M-teori fandt sted i 1997 med et arbejde af T. Banks (f. 1949), W. Fischler (f. 1949), S. Shenker (f. 1953) og L. Susskind. Disse fysikere tog udgangspunkt i den almene relativitetsteoris forståelse af rum-tid, ikke som en passiv scene, hvorpå de fysiske fænomener udspiller sig, men i stedet som en del af fysikkens dynamik og altså som noget, der ifølge kvanteteorien selv skal beskrives med kvantevariable. De formulerede derfor en matematisk model, hvor rumdimensioner er erstattet af såkaldte matricer, matematiske objekter, som ofte benyttes i kvanteteorien. De var i stand til at vise, at i en vis lavenergetisk grænse nærmede denne model sig til den ovenfor omtalte 11-dimensionale supergravitation, og dermed repræsenterer modellen endnu en særlig grænse af M-teori. Modellen er ydermere interessant ved at kaste et skitseagtigt lys over, hvordan rum og tid må tænkes beskrevet i en endelig formulering af kvantegravitation. Afgørende her er en erkendelse af, at rum og tid, som vi kender det, må ses som fænomener, der kun har en mening i den klassiske grænse, som den almene relativitetsteori beskæftiger sig med, men at rum og tid må formodes helt at miste deres begrebsmæssige mening under omstændigheder, hvor kvantegravitation bliver betydningsfuld, som fx ved universets begyndelse med big bang.
En uhyre interessant yderligere udvikling blev påbegyndt med et arbejde af J. Maldacena (f. 1968) i 1997, et arbejde, som siden er blevet en af de mest citerede fysiske artikler. Her opstillede Maldacena en formodning om en højst overraskende forbindelse mellem på den ene side en kvantestreng i et særligt valgt 10-dimensionalt rum og på den anden side en kvantefeltteori i fire rum-tid-dimensioner. Formodningen forudså en eksakt matematisk ækvivalens mellem disse to tilsyneladende umådeligt forskellige teorier. Formodningen er endnu ikke endeligt bevist, men det har været muligt at bevise den i mange højst ikke-trivielle specialtilfælde. Det overraskende forhold, at en teori med gravitationskræfter (fx Maldacenas strengteori i 10 dimensioner) har en matematisk ækvivalent beskrivelse i færre dimensioner (fx den nævnte 4-dimensionale kvantefeltteori), omtales undertiden som ”det holografiske princip”.
Denne sammenhæng har fungeret som et frugtbart teoretisk laboratorium til forståelse af en række endnu uløste problemer. For det første kaster forståelsen et helt nyt lys over spørgsmålet om en forening af gravitationskræfter (beskrevet af almen relativitetsteori) og kvanteteori. Den 10-dimensionale formulering af Maldacenas forslag indeholder således en hel kvante-streng-teori og dermed også kvantegravitation. Men i den 4-dimensionale formulering optræder gravitationen ikke direkte. Ikke desto mindre findes alle dens fænomener skjult i teorien, og en sådan kvantefeltteori er i princippet forstået.
For det andet kaster Maldacenas formodning yderligere lys over visse gådefulde forhold i selve standardmodellen. Specielt skulle den såkaldte QCD-del af standardmodellen (se elementarpartikler) forklare, hvordan fx kvarker kobler sig sammen og danner de observerede elementarpartikler, der kaldes hadroner, og hvoraf protonen og neutronen er de kendteste. Et andet, men beslægtet spørgsmål er, hvad der sker, når tunge atomkerner støder mod hinanden ved meget høje energier, og kvarker og gluoner derved kortvarigt næsten frigøres. Eksperimenter, der delvist eftergør forholdene i det meget tidlige univers, tyder på, at kvarkerne og gluonerne danner en stoffase, der minder mere om en væske end om en plasma, som det ellers først blev formodet. Man har tidligere kun kunnet nærme sig en forståelse af sådanne forhold ved hjælp af gigantiske computersimuleringer af QCD-teorien. En passende variant af Maldacenas model synes at kaste lys over forholdene.
Endnu mere overraskende er det måske, at modellen og variationer af den tilsyneladende også kan kaste lys over forhold i helt andre dele af fysikken såsom faste stoffers fysik, herunder et fænomen som superledning ved høje temperaturer.
Kommentarer
Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.
Du skal være logget ind for at kommentere.