1o, 2ο, 3ο, 4ο

Έως πρόσφατα, η πιο ελπιδοφόρα θεωρία για να ενοποιήσει τη βαρύτητα με την κβαντική θεωρία στηριζόταν στις χορδές, δηλαδή σε μονοδιάστατα αντικείμενα των οποίων οι τρόποι ταλάντωσης παριστάνουν τα στοιχειώδη σωματίδια. Τα τελευταία χρόνια όμως οι χορδές υποκαταστάθηκαν από τη θεωρία-Μ.

Σύμφωνα με τα λόγια του γκουρού της θεωρίας χορδών (που το Αμερικανικό περιοδικό Life ανακήρυξε ως το 6ο κατά σειρά άτομο με ισχυρή επιρροή από τη γενιά των μπέιμπυ μπούμερς) Edward Witten, το γράμμα Μ μπορεί να σημαίνει Μαγεία, ή Μυστήριο ή Μεμβράνη, ανάλογα με την προτίμηση του καθενός. Συνεχώς δε εμφανίζονται νέες ενδείξεις υπέρ της θεωρίας Μ. 

Τόσο η θεωρία χορδών όσο και η θεωρία Μ, βασίζονται στην ιδέα της υπερσυμμετρίας. Η υπερσυμμετρία απαιτεί για κάθε γνωστό σωματίδιο που έχει ακέραιο σπιν 0, 1, 2 κλπ, να υπάρχει ένα σωματίδιο με την ίδια μάζα αλλά με ημιακέραιο σπιν 1/2, 3/2, 5/2 κλπ, και αντίστροφα.

Δυστυχώς τέτοιοι υπερσυμμετρικοί σύντροφοι (ή συνεργάτες) των γνωστών σωματιδίων δεν έχουν βρεθεί μέχρι τώρα. Αν υποτεθεί ότι πράγματι υπάρχει μια τέτοια συμμετρία, πρέπει να έχει σπάσει ώστε οι υπερσυμμετρικοί σύντροφοι των γνωστών σωματιδίων να έχουν διαφορετικές μάζες και μάλιστα πολύ μεγαλύτερες από των γνωστών σωματιδίων, και γι αυτό δεν τους έχουμε παρατηρήσει ακόμη. Και σ' αυτή την περίπτωση όμως, οι θεωρητικοί διατηρούν την πίστη τους προς την υπερσυμμετρία, διότι μέσα στα πλαίσιά της ενοποιούνται η ασθενής, η ηλεκτρομαγνητική και η ισχυρή δύναμη με την πιο μυστηριώδη απ' όλες την βαρύτητα.

Η υπερσυμμετρία προβλέπει ότι ένα σωματίδιο με σπιν 2, το γκραβιτόνιο ή βαρυτόνιο, είναι ο φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης και έχει έναν υπερσυμμετρικό σύντροφο, το γκραβιτίνο με σπιν 3/2. 

Η συμβατική βαρύτητα δεν θέτει κανένα περιορισμό στις δυνατές διαστάσεις του χωροχρόνου. Η υπερβαρύτητα θέτει όμως ως ανώτατο όριο των διαστάσεων του χωροχρόνου τις 11.Το γνώριμο σύμπαν γύρω μας εμφανίζει όπως είναι γνωστό μόνο 3 χωρικές διαστάσεις και μια χρονική.

Στη δεκαετία του 1920 ο Πολωνός φυσικός Theodore Kaluza και ο Σουηδός φυσικός Oskar Klein υπέθεσαν ότι ο χωροχρόνος μπορεί να έχει και μια κρυμμένη 5η διάσταση. Η επιπλέον αυτή διάσταση δεν θα είναι άπειρη όπως οι υπόλοιπες, αλλά θα περιτυλίγεται γύρω από τον εαυτό της σχηματίζοντας ένα κύκλο. Πάνω στον κύκλο αυτό θα μπορούσαν να διεγείρονται κβαντομηχανικά κύματα σχηματίζοντας ένα βρόχο. Μόνο όμως ακέραιο πολλαπλάσιο μηκών κύματος θα μπορούσε να ταιριάζει γύρω στον κύκλο, και καθεμιά από τις κυματικές αυτές μορφές θ' αντιστοιχεί σε ένα σωμάτιο με διαφορετική ενέργεια. Έτσι οι ενέργειες θα εμφανίζονταν κβαντισμένες. 

Ένας παρατηρητής όμως που ζει στις υπόλοιπες 4 διαστάσεις, θα έβλεπε ένα σύνολο από σωματίδια, με διαφορετικά μάλλον φορτία παρά διαφορετικές ενέργειες. Τα κβάντα ή αλλιώς οι θεμελιώδεις μονάδες φορτίου εξαρτώνται από την ακτίνα του κύκλου αυτού. Στον πραγματικό κόσμο, το ηλεκτρικό φορτίο είναι επίσης κβαντισμένο σε πολλαπλάσια του φορτίου του ηλεκτρονίου. Για να πάρουμε τη σωστή τιμή για το φορτίο του ηλεκτρονίου, ο κύκλος θα έπρεπε να έχει ακτίνα περίπου 10^-33 cm. Το μικροσκοπικό μέγεθος αυτής της ακτίνας μας εξηγεί γιατί ούτε οι άνθρωποι, αλλά ούτε και τα άτομα της ύλης την αντιλαμβάνονται. 

Ακόμη κι έτσι όμως, στα πλαίσια της θεωρίας των Kaluza - Klein, η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση και η βαρυτική που είναι παρούσες στις συνήθεις 4 διαστάσεις, ενοποιούνται με την αλληλεπίδραση στην επιπλέον διάσταση. 

Το 1978 οι Eugene Cremmer, Bernard Julia και Joel Scherk της Ecole Normale Superiere στο Παρίσι, αναγνώρισαν ότι η υπερβαρύτητα όχι μόνο επιτρέπει μέχρι 7 επιπλέον διαστάσεις αλλά αλλά στις 11 ακριβώς διαστάσεις (10 χωρικές και 1 χρονική) αποκτά όλη την κομψότητά της. Το είδος του 4-διάστατου πραγματικού κόσμου τον οποίο προβλέπει, εξαρτάται από το πως περιτυλίσσονται οι επιπλέον διαστάσεις με τον τρόπο που είχαν προτείνει οι Kaluza - Klein.

Οι επιπλέον διαστάσεις που έχουν συστραφεί θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους φυσικούς να εξάγουν εκτός από την ηλεκτρομαγνητική και την ισχυρή και την ασθενή πυρηνική δύναμη. Για τους λόγους αυτούς πολλοί φυσικοί άρχισαν να διερευνούν την υπερβαρύτητα στις 11 διαστάσεις, με την ελπίδα ότι θα οδηγούσε σε μια ενοποιημένη θεωρία όλων των αλληλεπιδράσεων. 

Το 1984 όμως η υπερβαρύτητα στις 11 διαστάσεις αποκόπηκε από τις βάσεις της. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του πραγματικού κόσμου είναι ότι η φύση κάνει διάκριση μεταξύ του αριστερού και του δεξιού. Οι νόμοι που διέπουν την ασθενή αλληλεπίδραση, δεν είναι αμετάβλητοι σε κατοπτρική συμμετρία. Για παράδειγμα τα νετρίνα έχουν πάντα αριστερόστροφο σπιν. Όπως όμως ο Witten και άλλοι τόνισαν, τέτοια διάκριση αριστερού-δεξιού δεν μπορεί να παραχθεί όταν αναχθούμε από τις 11 διαστάσεις στις 4 του πραγματικού κόσμου. 

1o, 2ο, 3ο, 4ο