Teoria strun — przewodnik: superstruny, teoria M i poszukiwanie TOE

Wprowadzenia do teorii strun, które są przeznaczone dla ogółu społeczeństwa, muszą najpierw wyjaśnić fizykę. Niektóre z kontrowersji związanych z teorią strun wynikają z nieporozumień dotyczących fizyki. Powszechnym nieporozumieniem, nawet dla naukowców, jest założenie, że teoria ta jest prawdziwa w swoim wyjaśnieniu świata przyrody wszędzie tam, gdzie jej przewidywania są skuteczne. Innym nieporozumieniem jest to, że wcześniejsi naukowcy fizyczni, w tym chemicy, wyjaśniali już świat. Prowadzi to do nieporozumień, że teoretycy sznurkowi zaczęli stawiać dziwne hipotezy po tym, jak stali się nieobliczalnie "uwolnieni od prawdy".

Obszar klasyczny

fizyka newtonowska

Newtonowskie prawo grawitacji uniwersalnej (UG), dodane do trzech galilejskich praw ruchu i kilku innych założeń, zostało opublikowane w 1687 roku. Teoria Newtona z powodzeniem modelowała interakcje pomiędzy obiektami o rozmiarach, które widzimy, szereg zjawisk nazywanych obecnie sferą klasyczną. Prawo Coulomba modelowało przyciąganie elektryczne. Teoria pola elektromagnetycznego Maxwella ujednoliciła elektryczność i magnetyzm, podczas gdy optyka wyłoniła się z tego pola.

Prędkośćświatła pozostała mniej więcej taka sama w przypadku pomiaru przez obserwatora poruszającego się w jego polu, choć dodanie prędkości przewidywało, że pole będzie wolniejsze lub szybsze w stosunku do obserwatora poruszającego się z nim lub przeciw niemu. Tak więc, w odróżnieniu od pola elektromagnetycznego, obserwator nadal tracił prędkość. Nie naruszyło to jednak zasady względności Galileo, która mówi, że prawa mechaniki działają tak samo dla wszystkich obiektów wykazujących inercję.

Zgodnie z prawem bezwładności, gdy do obiektu nie jest przyłożona żadna siła, obiekt utrzymuje swoją prędkość, która jest prędkością i kierunkiem. Obiekt albo w ruchu jednostajnym, który jest stałą prędkością w niezmiennym kierunku, albo w spoczynku, który jest zerową prędkością, doświadcza inercji. Objawia się to galilejską inwersją - oddziaływaniami mechanicznymi, które przebiegają bez zmienności - również zwaną względnością galilejską, ponieważ nie można dostrzec, czy jest się w spoczynku, czy w ruchu jednostajnym.

Teoria względności

Szczególna względność

W 1905 roku specjalna teoria względności Einsteina wyjaśniła dokładność zarówno pola elektromagnetycznego Maxwella, jak i względności galilejskiej, stwierdzając, że prędkość pola jest absolutna - uniwersalna stała - obszary zarówno przestrzeni, jak i czasu są zjawiskami lokalnymi w stosunku do energii obiektu. Tak więc obiekt w ruchu względnym skraca się wzdłuż kierunku jego pędu (skurcz Lorentza), a jego rozwój zdarzeń spowalnia (dylatacja czasu). Pasażer na obiekcie nie jest w stanie wykryć zmiany, ponieważ wszystkie urządzenia pomiarowe znajdujące się na pokładzie tego pojazdu doświadczyły skurczu długości i rozwarcia czasowego. Tylko zewnętrzny obserwator doświadczający względnego odpoczynku mierzy obiekt w ruchu względnym, który ma zostać skrócony wzdłuż jego drogi przejazdu, a jego rozwój zdarzeń ulega spowolnieniu. Szczególna względność pozostawiła teorię Newtona - która stwierdza, że przestrzeń i czas są absolutnie niemożliwe do wyjaśnienia grawitacji.

Zgodnie z zasadą równoważności, Einstein wywnioskował, że bycie pod grawitacją lub stałym przyśpieszeniem to nieodróżnialne doświadczenia, które mogą mieć wspólny mechanizm fizyczny. Sugerowanym mechanizmem był progresywny skurcz długości i dylatacja czasowa - konsekwencja lokalnej gęstości energii w przestrzeni 3D - ustanowienie progresywnego napięcia w sztywnym obiekcie, odciążenie go poprzez przesunięcie w kierunku miejsca największej gęstości energii. Szczególną względność stanowiłby ograniczony przypadek pola grawitacyjnego. Szczególna względność miałaby zastosowanie, gdy gęstość energii w przestrzeni 3D jest jednolita, a więc pole grawitacyjne jest skalowane równomiernie od miejsca do miejsca, dlatego też obiekt nie doświadcza żadnego przyspieszenia, a tym samym grawitacji.

Ogólna względność

W 1915 roku ogólna teoria względności Einsteina nowo wyjaśniła grawitację z 4D czasoprzestrzeni modelowaną jako kolektor Lorentziański. Czas jest jednym wymiarem połączonym z trzema wymiarami czasoprzestrzeni, ponieważ każde zdarzenie w 3D space-2D w poziomie i 1D w pionie przecina punkt wzdłuż osi czasu 1D. Nawet w życiu codziennym, jeden z nich stwierdza lub sugeruje oba. Mówi się lub przynajmniej znaczy: "Spotkaj się ze mną w budynku 123 Main Street przecinającym Franklin Street w mieszkaniu 3D 10 października 2012 r. o godzinie 21:00". Pomijając lub tracąc współrzędne czasowe, docieramy do właściwego miejsca w przestrzeni, gdy nie ma poszukiwanego wydarzenia - jest ono w przeszłości lub w przyszłości, być może o 6:00 lub 12:00.

Dzięki zbieżności przestrzeni i czasu oraz zakładaniu zarówno gęstości energii w pobliżu, jak i ustawieniu jedynej stałej lub absolutnej jako nawet nie masy, ale jako prędkości światła w próżni, ogólna względność ujawniła niewyobrażalną wcześniej równowagę i symetrię świata naturalnego. Każdy obiekt porusza się zawsze z prędkością światła wzdłuż prostej linii - jej odpowiednik, na zakrzywionej powierzchni, zwanej geodezyjną lub światową linią - jedna ścieżka najmniejszego oporu jak swobodny spadek przez 4D czasoprzestrzeni, której geometria "zakrzywia się" w pobliżu mas/energii.

Obiekt poruszający się z prędkością światła w próżni porusza się z maksymalną szybkością w przestrzeni 3D, ale nie wykazuje żadnej ewolucji zdarzeń - jest zamrożony w czasie, a obiekt nieruchomy w przestrzeni 3D płynie w pełni wzdłuż czasu 1D, doświadczając maksymalnej szybkości rozwoju zdarzeń. Wyświetlany wszechświat jest względny w stosunku do danej lokalizacji, jednak po określeniu masy/energii w tym sąsiedztwie, równania Einsteina przewidują, co występuje - lub wystąpiło lub wystąpi - wszędzie we wszechświecie. Popularne pojęcie, że względny w teorii Einsteina sugeruje subiektywne lub arbitralne, było godne ubolewania ze strony Einsteina, który później uznał, że powinien nazwać to ogólną teorią.

Kosmologia

Cząstki posłannika pola elektromagnetycznego, fotony, przenoszą obraz ponadczasowo przez wszechświat, podczas gdy obserwatorzy w tym polu mają wystarczająco dużo przepływu w czasie, aby zdekodować ten obraz i zareagować poruszając się w przestrzeni 3D, ale nigdy nie mogą przekroczyć tego ponadczasowego obrazu. Uważa się, że stan wszechświata poniżej 400 000 lat po przypuszczalnym wielkim huku, który rozpoczął nasz wszechświat, jest wyświetlany jako kosmiczne mikrofalowe tło (CMB).

W 1915 r. uważano, że wszechświat jest całkowicie tym, co obecnie nazywamy galaktyką Drogi Mlecznej i że jest statyczny. Einstein operował swoimi niedawno opublikowanymi równaniami pola grawitacyjnego i odkrył, że w konsekwencji wszechświat się rozszerza lub kurczy. (Teoria ta działa w obu kierunkach - w czasie i czasie). Zrewidował on teorię, dodając stałą kosmologiczną, aby arbitralnie zrównoważyć wszechświat. W 1930 r. dane teleskopowe Edwina Hubble'a, zinterpretowane przez ogólną względność, ujawniły, że wszechświat się rozszerza.

W 1916 roku podczas I wojny światowej na polu bitwy Karl Schwarzschild obsługiwał równania Einsteina, a rozwiązanie Schwarzschilda przewidywało czarne dziury. Dziesiątki lat później astrofizycy zidentyfikowali supermasywną czarną dziurę w centrum być może każdej galaktyki. Wydaje się, że czarne dziury prowadzą do tworzenia i utrzymywania galaktyk poprzez regulację tworzenia i niszczenia gwiazd.

W latach trzydziestych XX wieku zauważono, że zgodnie z ogólną względnością, galaktyki rozpadną się, jeżeli nie zostaną otoczone niewidzialną materią trzymającą galaktykę razem, a w latach siedemdziesiątych XX wieku zaczęto akceptować ciemną materię. W 1998 r. wywnioskowano, że rozszerzanie się wszechświata, a nie jego spowolnienie, przyspiesza, wskazując na ogromną gęstość energii - wystarczającą do przyspieszenia zarówno materii widzialnej, jak i ciemnej - przez wszechświat, ogromne pole ciemnej energii. Podobno poniżej 5% składu wszechświata jest znane, podczas gdy pozostałe 95% to tajemnicza, ciemna materia i ciemna energia.

sfera kwantowa

Dziwna mechanika

Do lat dwudziestych XX wieku opracowano mechanikę kwantową (QM), służącą do badania działania pola elektromagnetycznego w maleńkich skalach przestrzeni i czasu. Jednak elektrony - cząstki materii oddziałujące z fotonami, które są nośnikami siły pola elektromagnetycznego - zdają się całkowicie przeczyć zasadom mechaniki. Nikt nie potrafił przewidzieć z chwili na chwilę położenia cząstki kwantowej.

W eksperymencie szczelinowym, elektron przemieszczałby się przez jedną z umieszczonych przed nim dziur. Jednak pojedynczy elektron przemieszczałby się jednocześnie przez wiele otworów, niezależnie od tego, jak wiele z nich znajdowałoby się przed nim. Pojedynczy elektron pozostawiłby na płytce detekcyjnej wzór interferencji, tak jakby pojedyncza cząstka była falą, która przeszła przez wszystkie otwory jednocześnie. A jednak miało to miejsce tylko wtedy, gdy nie było to zauważalne. Gdyby na spodziewanym zdarzeniu zaświeciło się światło, oddziaływanie fotonu z polem ustawiłoby elektron w jednej pozycji.

Zgodnie z zasadą niepewności nie można jednak z całą pewnością określić dokładnego położenia i pędu każdej cząstki kwantowej. Oddziaływanie cząstki z przyrządem obserwacyjno-pomiarowym odchyla ją w taki sposób, że większe wyznaczenie jej położenia powoduje mniejsze wyznaczenie jej pędu i odwrotnie.

Teoria polowa kwantyfikowana

Poprzez rozciągnięcie mechaniki kwantowej na pole, wyłonił się spójny wzór. Od miejsca położenia do miejsca przyległego prawdopodobieństwo istniejącej tam cząstki wzrośnie i spadnie jak fala prawdopodobieństwa - wzrośnie i spadnie gęstość prawdopodobieństwa. Gdy nie zostanie zauważona, każda cząstka kwantowa wejdzie w superpozycję, tak że nawet pojedyncza cząstka wypełni całe pole, niezależnie od jego wielkości. Jednak cząstka ta nie znajduje się na pewno nigdzie w polu, ale z pewnym prawdopodobieństwem w stosunku do tego, czy znajdowała się w sąsiednim miejscu. Kształt fali pola elektromagnetycznego Maxwella został wygenerowany przez nagromadzenie zdarzeń probabilistycznych. Nie cząstki, ale forma matematyczna, była stała.

Ustawienie pola na szczególną względną dopuszczalną przewidywalność całego pola elektromagnetycznego. W ten sposób powstała relatywistyczna teoria kwantowego pola elektromagnetycznego (QFT). Z pola elektromagnetycznego, jest to relatywistyczna kwantowa elektrodynamika (QED). Ze słabych i pól elektromagnetycznych razem, jest to relatywistyczna teoria electroweak (EWT). Z silnego pola, jest to relatywistyczna chromodynamika kwantowa (QCD). W sumie, stało się to standardowym modelem fizyki cząstek elementarnych.

Podział na fizykę

Gdy model standardowy jest ustawiony na ogólną względność w celu uwzględnienia masy, pojawiają się gęstości prawdopodobieństwa nieskończoności. Zakłada się, że jest to niepoprawne, ponieważ prawdopodobieństwo zwykle waha się od 0 do 1-0% do 100% prawdopodobieństwa. Niektórzy fizycy teoretyczni podejrzewaj±, że problem znajduje się w Modelu Standardowym, który reprezentuje każd± cz±stkę za pomoc± punktu zerowego, który w zasadzie może być nieskończenie mały. Jednak w fizyce kwantowej stała Plancka jest minimalną jednostką energii, na którą można podzielić pole, być może jest to wskazówka co do najmniejszego rozmiaru cząstki. Istnieje więc dążenie do kwantowania grawitacji w celu opracowania teorii kwantowej grawitacji.

Ramy

Smyczkowe domysły, że w skali mikroskopijnej czasoprzestrzeń 4D Einsteina jest polem kolektorów Calabi-Yau, z których każdy zawiera 6 zwiniętych wymiarów przestrzennych, a więc nie rozciąga się na 3 wymiary przestrzenne prezentowane w sferze klasycznej. W teorii strun, każda cząstka kwantowa jest zastępowana przez strunę 1D energii wibracyjnej, której długość jest długością Plancka. W miarę jak łańcuch się porusza, śledzi on szerokość, a tym samym staje się dwuwymiarowym arkuszem światów. W miarę jak łańcuch wibruje i porusza się w przestrzeni 6D Calabi-Yau, staje się on kwantową cząstką. Dzięki takiemu podejściu, hipotetyczny grawiton przewidywany w celu łatwego wyjaśnienia ogólnej względności-pochodzenia.

Teorie

Teoria strun rozpoczęła się jako bosoniczna teoria strun, której 26 wymiarów działa o wiele mniej. Modelowała ona jednak tylko bozony, które są cząstkami energetycznymi, pomijając przy tym fermiony, które są cząstkami materii. Zatem teoria strun bozonowych nie mogła wyjaśnić materii. Jednak poprzez dodanie supersymetrii do bozonicznej teorii strun osiągnięto fermiony, a teoria strun stała się teorią superstrun, wyjaśniając również materię.

(W wersjach kwantowej teorii pola, które obejmują supersymetrię (SUSY), każdy bozon ma odpowiadający mu fermion, i na odwrót. Oznacza to, że każda cząstka energetyczna ma odpowiadającą jej cząstkę materii, a każda cząstka materii ma odpowiadającą jej cząstkę energetyczną, jednak nieobserwowalny partner jest masywniejszy, a więc super. Ci superpartnerzy mogą wydawać się ekstrawagancką przepowiednią, ale wielu teoretyków i eksperymentatorów preferuje supersymetryczne wersje Modelu Standardowego, których równania muszą być w inny sposób ekstrawagancko i czasami arbitralnie poprawiane, aby utrzymać przewidywalny sukces lub matematyczną spójność, ale z superpartnerami się zgadzają).

Niestabilny-nienaukowy?

Twierdzenie teorii strun, że wszystkie molekuły są strunami energii, spotkało się z ostrą krytyką. Istnieje wiele wersji teorii strun, żadna z nich nie przewiduje całkiem pomyślnie danych obserwacyjnych wyjaśnionych przez Model Standardowy. Teoria M jest obecnie znana z niezliczonych rozwiązań, często przewidujących rzeczy dziwne i nieznane. Niektórzy twierdzą, że teoretycy strun wybierają tylko pożądane przewidywania.

Twierdzenie, że teoria strun nie daje żadnych możliwych do sprawdzenia przewidywań, jest fałszywe, podobnie jak wiele innych. Żadna teoria - predykcyjny i być może wyjaśniający model jakiejś dziedziny zjawisk naturalnych - nie jest możliwa do zweryfikowania. Wszystkie konwencjonalne teorie fizyczne, aż do momentu, gdy Model Standardowy wysunął twierdzenia o nieobserwowalnych aspektach świata przyrody. Nawet Model Standardowy ma różne interpretacje świata naturalnego. Kiedy Model Standardowy jest używany, często tworzy się jego wersję z supersymetrią, podwajając liczbę gatunków cząstek identyfikowanych dotychczas przez fizyków zajmujących się cząstkami.

Nikt nie jest w stanie dosłownie zmierzyć przestrzeni, a jednak Newton postulował przestrzeń i czas absolutny, a teoria Newtona zawierała wyraźne przewidywania, wysoce sprawdzone i przewidywalne od 200 lat, ale teoria ta była wciąż fałszowana jako wyjaśnienie natury. Fizycy akceptują fakt, że nie istnieje taka atrakcyjna siła bezpośrednio przyciągająca materię do materii, nie mówiąc już o tym, że siła ta przemierza wszechświat natychmiast. Niemniej jednak, teoria Newtona jest nadal paradygmatem nauki.

Ukryte wymiary?

Idea ukrytej wymiarowości przestrzeni może wydawać się okultystyczna. Niektórzy teoretycy pętlowej grawitacji kwantowej - przeciwnik kwantowej grawitacji - teorii strun jako zasadniczo błędnej, zakładając, że przestrzeń ma nawet kształt, dopóki nie ukształtują jej cząstki. To znaczy, nie wątpią, że przestrzeń przybiera różne kształty, po prostu uważają cząstki za wyznaczające kształt przestrzeni, a nie na odwrót. Wir czasoprzestrzenny przewidywany przez ogólną względność jest najwyraźniej potwierdzony.

Jeśli zinterpretować go jako naturalnie prawdziwy, to Model Standardowy, reprezentujący cząstkę kwantową jako punkt 0D, już teraz wskazuje, że czasoprzestrzeń jest morzem złocistych kształtów, pianki kwantowej. Teoretycy smyczkowi mają tendencję do uważania natury za bardziej elegancką, przekonanie, że teoretyk pętli, Lee Smolin, odrzuca jako romantyczny, używając nowoczesnej syntezy biologii jako urządzenia retorycznego. Eksperymenty mające na celu wykrycie dodatkowych wymiarów przestrzennych jak dotąd zawiodły, jednak nadal istnieje możliwość pojawienia się ich śladów.

Tak wiele rozwiązań?

Teoria M ma wiele bilionów rozwiązań. Leonard Susskind, lider teorii strun, interpretuje plastyczność rozwiązań teorii strun jako paradoksalne wsparcie rozwiązujące zagadkę istnienia tego wszechświata, jak pokazuje to teoria M, ale wariant ogólnego wzorca, który zawsze w przybliżeniu wynika.

Ogólna względność przyniosła wiele odkryć, które w 1915 roku były niewyobrażalne, z wyjątkiem fikcji. Rozwiązanie równań Einsteina, które miało na celu wyjaśnienie dynamiki cząstek kwantowych, most Einsteina-Rosena przewiduje skrót łączący dwa odległe punkty w czasoprzestrzeni. Powszechnie nazywany korytarzem, most Einsteina-Rosena jest wątpliwy, ale nie został obalony, pokazując albo, że nie wszystkie konsekwencje teorii muszą być dokładne, albo że rzeczywistość jest dość dziwaczna w sposób nie do zauważenia.

Wiele światów

Nawet Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych sugeruje dziwaczne możliwości, które populistyczne opisy nauki albo pomijają, albo wymieniają jako niewyjaśnione ciekawostki. Teoria ta umownie otrzymuje interpretację kopenhaską, zgodnie z którą pole jest tylko możliwościami, żadna nie jest realna, dopóki obserwator lub instrument nie wejdzie w interakcję z polem, którego falowa funkcja następnie rozpada się i pozostawia tylko swoją funkcję cząstki, tylko cząstki są realne. Jednak załamanie falowe zostało tylko założone - nie zostało ani potwierdzone doświadczalnie, ani nawet modelowane matematycznie - i nie znaleziono żadnych odchyleń ani od falowej funkcji w sferze kwantowej, ani od funkcji cząstek w sferze klasycznej.

W 1957 roku Hugh Everett opisał swoją interpretację "stanu względnego". Everett utrzymywał, że funkcja falowa nie zapada się, a ponieważ zakłada się, że cała materia i oddziaływania są zbudowane z falowych cząstek kwantowych, wszystkie możliwe warianty pola kwantowego - wskazane przez równania matematyczne - są realne i jednocześnie występujące, ale różne kursy historii. Przez tę interpretację, cokolwiek wchodzi w interakcje z polem, łączy się ze stanem pola, który jest względny w stosunku do stanu obserwatora, jako kształt fali w jego własnym polu kwantowym - podczas gdy te dwa po prostu wchodzą w interakcje w uniwersalnym kształcie fali nigdy się nie zapadają. Do tej pory interpretacja przez wielu fizyków pozornego przejścia z pola kwantowego do klasycznego nie jest falowym załamaniem, ale dekoherencją kwantową.

W dekoherencji, interakcja z polem zabiera obserwatora do tylko jednej determinanty konstelacji pola kwantowego, a więc wszystkie obserwacje są zgodne z tym nowym, połączonym stanem kwantowym. Teza Everett'a zainspirowała interpretację wielu światów, według której w naszym wszechświecie przewidywane są wirtualne lub potencjalnie nieskończone równoległe światy, które są rzeczywiste, ale każdy z nich znajduje się w niewielkiej odległości od innych światów. Ponieważ każdy z tych światów jest uniwersalny - nie rozpada się - a jego matematyczne relacje są niezmienne, równoległe światy po prostu wypełniają luki i nie dotykają się.

Wiele światów

Einstein wątpił w to, że czarne dziury, przewidziane przez rozwiązanie Schwarzschilda, są prawdziwe. Niektórzy teraz domyślają się, że czarne dziury nie istnieją jako takie, ale są ciemną energią, lub że nasz wszechświat jest obu - czarną dziurą i ciemną energią. Schwarzschildowskie rozwiązanie równań Einsteina może być maksymalnie rozszerzone, aby przewidzieć czarną dziurę z przerzuconym bokiem - inny wszechświat wyłaniający się z białej dziury. Być może wielki huk naszego wszechświata był połową wielkiego huku, coś zawaliło się do czarnej dziury, a nasz wszechświat wyskakuje z drugiej strony jako biała dziura.

Cząsteczki to sznurki?

Fizycy powszechnie wątpią, że cząstki kwantowe są rzeczywiście punktami 0D reprezentowanymi w Modelu Standardowym, który oferuje urządzenia formalno-matematyczne, których udary przewidują zjawiska interesujące po wprowadzeniu danych, a nie interpretację mechanizmów określających te zjawiska. Jednak teoretycy strun mają tendencję do optymistycznego przypuszczenia, że struny są zarówno rzeczywiste, jak i wyjaśniające, a nie tylko predykcyjne. To jest daleko poza zdolnością dzisiejszych akceleratorów cząstek do napędzania każdej sondującej cząstki na poziomie energii wystarczająco wysokim, aby pokonać własną energię kwantowej cząstki i określić, czy jest to ciąg. Jednak ograniczenie to istnieje również w przypadku testowania innych teorii grawitacji kwantowej. Rozwój wydarzeń sugeruje inne strategie "obserwacji" struktury cząstek kwantowych.

Paradoksalnie, nawet gdyby badania potwierdziły, że cząstki są łańcuchami energii, to i tak nie dowiedziono by ostatecznie nawet, że cząstki są łańcuchami, ponieważ mogłyby istnieć inne wyjaśnienia, być może nieoczekiwane wypaczenie przestrzeni, chociaż cząstka była punktem 0D prawdziwej solidności. Nawet gdy przewidywania się sprawdzają, istnieje wiele możliwych wyjaśnień - problem niedookreślenia - i filozofowie nauki, jak i niektórzy naukowcy nie akceptują nawet bezbłędnego sukcesu przewidywania jako weryfikacji udanych wyjaśnień teorii, jeśli są one przedstawiane jako oferujące naukowy realizm, prawdziwy opis świata naturalnego.

Istotą jest energia?

Rozmowa z fizykami cząstek, którzy testują cząstki przewidywane przez fizyków teoretycznych poprzez zderzanie się cząstek w akceleratorach, sugeruje, że cząstki kwantowe są maleńkimi, newtonowskimi cząstkami, które eksperymentatorzy pękają, aby ujawnić ich strukturę. Zamiast tego, po zderzeniu dwóch cząstek, z których każda ma określoną masę mierzoną w kategoriach energii w postaci elektronowoltów, mogą one połączyć się w cząstkę tej połączonej masy/energii, a wytworzona cząstka jest "obserwowana" w celu zgodności z przewidywaniami.

Nie ma kontrowersji wśród fizyków, że wszystkie cząsteczki są energią. Teoretycy pętli, czasami w rywalizacji z teorią strun, twierdzą, że sama czasoprzestrzeń zamienia się w cząstki. To, że materia jest specjalnym wariantem energii, było konsekwencją specjalnej teorii względności Einsteina i w związku z tym Einstein sformalizował równoważność masa-energia, E=mc2. Kiedy wystarczająco energetyczne fotony zderzają się, mogą łączyć się i generować tworzenie materii-materii. Wszystkie cząstki mają antycząstki, a atomy materii mają antymaterie, których związek unicestwia cząstki i materię pozostawiając energię.

Inspirującym odkryciem jest odkrycie lustrzanej symetrii, dzięki której przestrzenie Calabi-Yau mają tendencję do łączenia się w pary, tak że rozwiązania wcześniej trudne w ekstremalnym trybie wibracyjnym jednego ciągu mogą być rozwiązane przez lustrzaną geometrię przestrzeni Calabi-Yau w jej przeciwległym zakresie.

Teoria strun jest zazwyczaj rozwiązywana za pomocą teorii pola konforemnego, kwantowej teorii pola na przestrzeni 2D. Potwierdza się, że molekuły mogą rozpadać się do przestrzeni 2D. A elektron, długo oczekiwana cząstka elementarna, najwyraźniej rozbija się na trzy cząstki oddzielnie niosące elektron o trzech stopniach swobody, gdy cząsteczki, które zawierają elektrony, są kierowane ścieżką 1D.