Húrelmélet: a kvantumgravitáció és az egységes mezőelmélet áttekintése

A nagyközönségnek szánt húrelmélet bemutatásának először a fizikát kell elmagyaráznia. A húrelmélettel kapcsolatos viták egy része a fizikával kapcsolatos félreértésekből ered. Még a tudósok körében is gyakori félreértés az a feltételezés, hogy egy elmélet akkor bizonyul igaznak a természeti világ magyarázatában, ha előrejelzései sikeresek. Egy másik félreértés az, hogy a korábbi fizikai tudósok, beleértve a kémikusokat is, már megmagyarázták a világot. Ez ahhoz a félreértéshez vezet, hogy a húrelméleti teoretikusok azután kezdtek furcsa hipotéziseket felállítani, miután megmagyarázhatatlanul "megszabadultak az igazságtól".

Klasszikus birodalom

newtoni fizika

1687-ben jelent meg Newton egyetemes gravitációs törvénye (UG), amely a három Galilei-féle mozgástörvényhez és néhány más feltételezéshez adódott hozzá. Newton elmélete sikeresen modellezte az általunk látható méretű objektumok közötti kölcsönhatásokat, a jelenségek ma klasszikusnak nevezett tartományát. Coulomb törvénye az elektromos vonzást modellezte. Maxwell elektromágneses mezőelmélete egyesítette az elektromosságot és a mágnesességet, az optika pedig ebből a területből alakult ki.

A fénysebessége azonban nagyjából ugyanaz maradt, amikor a mezőben haladó megfigyelő mérte, bár a sebességek hozzáadása azt jelezte, hogy a mező lassabb vagy gyorsabb volt a vele vagy vele szemben haladó megfigyelőhöz képest. Tehát az elektromágneses mezővel szemben a megfigyelő folyamatosan veszített a sebességéből. Ez mégsem sértette Galilei relativitáselméletét, amely szerint a mechanika törvényei ugyanúgy működnek minden tehetetlenséget mutató tárgy esetében.

A tehetetlenségi törvény szerint, ha egy tárgyra nem hat erő, a tárgy megtartja a sebességét, azaz a sebességét és az irányát. Egy tárgy vagy egyenletes mozgásban van, ami állandó sebességet jelent változatlan irányban, vagy nyugalomban marad, ami nulla sebességet jelent, és tehetetlenséget tapasztal. Ez Galilei invariánssá válik - a mechanikai kölcsönhatások változatlanul folynak -, amit Galilei relativitásnak is neveznek, mivel nem lehet érzékelni, hogy az ember nyugalomban vagy egyenletes mozgásban van-e.

Relativitáselmélet

Speciális relativitáselmélet

1905-ben Einstein speciális relativitáselmélete mind a Maxwell-féle elektromágneses mező, mind a Galilei-féle relativitáselmélet pontosságát azzal magyarázta, hogy a mező sebessége abszolút - egyetemes állandó -, míg a tér és az idő az objektum energiájához viszonyított helyi jelenségek. Így a relatív mozgásban lévő objektum a lendületének irányában lerövidül (Lorentz-kontrakció), és az események kibontakozása lelassul (idődilatáció). Az objektumon utazó utas nem érzékelheti a változást, mivel a jármű fedélzetén lévő összes mérőeszközön bekövetkezett a hosszösszehúzódás és az időtágulás. Csak egy külső megfigyelő, aki relatív nyugalmat tapasztal, méri, hogy a relatív mozgásban lévő tárgy az útvonalán lerövidült, és az eseményei lelassultak. A speciális relativitáselmélet Newton elméletét - amely a teret és az időt abszolútnak tekinti - képtelenné tette a gravitáció magyarázatára.

Az ekvivalenciaelvből Einstein arra következtetett, hogy a gravitáció vagy az állandó gyorsulás alatt lét megkülönböztethetetlen tapasztalatok, amelyeknek közös fizikai mechanizmusuk lehet. A javasolt mechanizmus a fokozatos hosszösszehúzódás és időtorlódás - a 3D téren belüli helyi energiasűrűség következménye -, amely fokozatos feszültséget hoz létre egy merev tárgyban, és a feszültséget a legnagyobb energiasűrűségű hely felé való mozgással oldja fel. A speciális relativitáselmélet a gravitációs mező korlátozott esete lenne. A speciális relativitáselmélet akkor érvényesülne, ha az energiasűrűség a 3D térben egyenletes, és így a gravitációs mező helyről helyre egyenletesen skálázódik, ezért egy tárgy nem tapasztal gyorsulást, és így gravitációt sem.

Általános relativitáselmélet

1915-ben Einstein általános relativitáselmélete újonnan magyarázta a gravitációt a 4D téridő Lorentz-féle sokféleségként való modellezésével. Az idő egy dimenzió, amely összeolvadt a három térdimenzióval, mivel minden esemény a 3D térben - vízszintesen 2D, függőlegesen 1D - egy pontot jelent az 1D időtengely mentén. Még a mindennapi életben is mindkettőt kijelentjük vagy feltételezzük. Az ember azt mondja, vagy legalábbis úgy érti, hogy "Találkozzunk a Franklin Street-et keresztező 123 Main Street épületnél a 3D-s lakásban 2012. október 10-én 21:00-kor". Az időkoordináta kihagyásával vagy hiányával az ember a térben a megfelelő helyre érkezik, amikor a keresett esemény hiányzik - a múltban vagy a jövőben van, talán 18:00 vagy 12:00 órakor.

Azáltal, hogy a teret és az időt összevonták, és mindkettőt a közelben lévő energiasűrűséghez viszonyítva feltételezték, valamint azáltal, hogy az egyetlen állandónak vagy abszolútnak nem is a tömeget, hanem a vákuumban a fénysebességet tekintették, az általános relativitáselmélet feltárta a természeti világ korábban elképzelhetetlen egyensúlyát és szimmetriáját. Minden objektum mindig fénysebességgel mozog egy egyenes vonal mentén - ennek megfelelője, egy görbült felületen, amit geodéziának vagy világvonalnak nevezünk -, az egyetlen olyan útvonalon, amelyen a legkisebb ellenállással, mint a szabadesés a 4D téridőben, amelynek geometriája a tömeg/energia közelében "görbül".

A vákuumban fénysebességgel haladó objektum maximális sebességgel mozog a 3D térben, de az események nem fejlődnek - megdermed az időben -, míg a 3D térben mozdulatlan objektum teljes mértékben az 1D időben halad, és az események kibontakozásának maximális sebességét tapasztalja. A megjelenített világegyetem egy adott helyhez viszonyítva van, mégis, amint az adott közelségben lévő tömeg/energia meg van adva, Einstein egyenletei megjósolják, hogy mi történik - vagy történt, vagy fog történni - bárhol a világegyetemben. Az a népszerűsített felfogás, hogy a relatív Einstein elméletében szubjektív vagy önkényes jelenséget sugall, Einstein némi sajnálatára, aki később úgy gondolta, hogy általános elméletnek kellett volna neveznie.

Kozmológia

Az elektromágneses mező hírvivő részecskéi, a fotonok, egy képet hordoznak időtlenül a világegyetemben, míg a mezőn belüli megfigyelőknek elegendő időbeli áramlásuk van ahhoz, hogy dekódolják ezt a képet, és a 3D térben való mozgással reagáljanak, de soha nem tudják megelőzni ezt az időtlen képet. A világegyetem állapotát 400 000 évvel a feltételezett ősrobbanás után, amely a mi világegyetemünket elindította, kozmikus mikrohullámú háttérként (CMB) jelenítik meg.

1915-ben úgy gondolták, hogy a világegyetem teljes egészében a Tejútrendszer galaxisából áll, és statikus. Einstein működtette a gravitációs mező nemrég közzétett egyenleteit, és felfedezte annak következményét, hogy a világegyetem tágul vagy zsugorodik. (Az elmélet mindkét irányban működőképes - időinvariáns.) Az elméletet felülvizsgálva hozzáadott egy kozmológiai állandót az univerzum önkényes kiegyensúlyozására. 1930-hoz közeledve Edwin Hubble távcsöves adatai, amelyeket az általános relativitáselmélet segítségével értelmezett, kimutatták, hogy a világegyetem tágul.

1916-ban Karl Schwarzschild az első világháború egyik csatamezején Karl Schwarzschild működtette Einstein egyenleteit, és a Schwarzschild-megoldás fekete lyukakat jósolt. Évtizedekkel később az asztrofizikusok talán minden galaxis középpontjában azonosítottak egy szupermasszív fekete lyukat. Úgy tűnik, hogy a fekete lyukak irányítják a galaxisok kialakulását és fenntartását azáltal, hogy szabályozzák a csillagok keletkezését és pusztulását.

Az 1930-as években vették észre, hogy az általános relativitáselmélet szerint a galaxisok szétesnének, ha nem venné körül őket láthatatlan anyag, amely összetartja a galaxist, és az 1970-es évekre kezdték elfogadni a sötét anyagot. 1998-ban arra következtettek, hogy a világegyetem tágulása nem lassul, hanem gyorsul, ami hatalmas energiasűrűségre utal - ami elegendő ahhoz, hogy mind a látható anyagot, mind a sötét anyagot felgyorsítsa - az egész világegyetemben, a sötét energia hatalmas mezejére. Úgy tűnik, a világegyetem összetételének kevesebb mint 5%-a ismert, míg a többi 95% rejtélyes - a sötét anyag és a sötét energia.

Kvantum birodalom

Furcsa mechanika

Az 1920-as évekre az elektromágneses mező működésének a tér és az idő apró léptékein történő vizsgálatára kifejlesztették a kvantummechanikát (QM). Az elektronok - az elektromágneses mező erőhordozóit képező fotonokkal kölcsönhatásba lépő anyagrészecskék - azonban úgy tűnt, hogy teljesen ellenszegülnek a mechanikai elveknek. Egyik sem tudta megjósolni egy kvantumrészecske helyét egyik pillanatról a másikra.

A réskísérletben egy elektron egy előtte elhelyezett lyukon keresztül haladna. Egyetlen elektron azonban egyszerre több lyukon is áthaladna, akárhányat is helyeznének eléje. Az egyetlen elektron interferenciamintát hagyna az érzékelőtáblán, mintha az egyetlen részecske egy hullám lenne, amely egyszerre haladt át az összes lyukon. És ez mégis csak akkor következett be, amikor nem figyelték meg. Ha a várt eseményre fényt vetnénk, a foton és a mező kölcsönhatása egyetlen helyzetbe hozná az elektront.

A bizonytalansági elv alapján azonban egyetlen kvantumrészecske pontos helyét és impulzusát sem lehet biztosan meghatározni. A részecskének a megfigyelő/mérő eszközzel való kölcsönhatása úgy eltéríti a részecskét, hogy a helyének nagyobb mértékű meghatározása az impulzusának kisebb mértékű meghatározását eredményezi, és fordítva.

Mezőelmélet kvantált

A kvantummechanikát egy mezőre kiterjesztve következetes mintázat alakult ki. Helytől a szomszédos helyig a valószínűsége annak, hogy a részecske ott létezik, a valószínűség hullámaként emelkedik és csökken - emelkedő és csökkenő valószínűségi sűrűségként. Ha nem figyelik meg, bármely kvantumrészecske szuperpozícióba kerül, így akár egyetlen részecske is kitölti az egész mezőt, bármilyen nagy is legyen az. A részecske azonban nem határozottan van a mezőben sehol, hanem határozott valószínűséggel van ott ahhoz képest, hogy volt-e a szomszédos helyen. A Maxwell-féle elektromágneses mező hullámformája valószínűségi események halmozódásából keletkezett. Nem a részecskék, hanem a matematikai forma volt állandó.

A mező speciális relativitáselmélethez való beállítása lehetővé tette a teljes elektromágneses mező előrejelzését. Így született meg a relativisztikus kvantumtérelmélet (QFT). Az elektromágneses térről a relativisztikus kvantumelektrodinamika (QED). A gyenge és az elektromágneses mező együttesen a relativisztikus elektrogyenge elmélet (EWT). Az erős mező esetében ez a relativisztikus kvantumkromodinamika (QCD). Összességében ez lett a részecskefizika Standard Modellje.

Osztályozás a fizikában

Ha a Standard Modell általános relativitáselméletre állítja a tömeg bevonása érdekében, akkor végtelen valószínűségi sűrűségek jelennek meg. Ez feltételezhetően helytelen, mivel a valószínűség általában 0-1-0%-tól 100%-os valószínűségig terjed. Egyes elméleti fizikusok azt gyanítják, hogy a probléma a Standard Modellben van, amely minden részecskét egy nulla dimenziós ponttal ábrázol, amely elvileg végtelenül kicsi lehet. Pedig a kvantumfizikában a Planck-állandó az a minimális energiaegység, amelyre egy mező felosztható, ami talán támpontot ad arra, hogy egy részecske milyen legkisebb méretű lehet. Tehát a gravitáció kvantálására törekszünk - a kvantumgravitáció elméletének kidolgozására.

Keretrendszer

A húr feltételezi, hogy mikroszkopikus léptékben Einstein 4D térideje Calabi-Yau sokaságok mezője, amelyek mindegyike 6 térdimenziót tartalmaz összegömbölyödve, tehát nem terjed ki a klasszikus birodalomban bemutatott 3 térdimenzióra. A húrelméletben minden kvantumrészecske helyébe egy 1D-s rezgő energiájú húr lép, amelynek hossza a Planck-hossz. Ahogy a húr mozog, szélességét követi, és így 2D-s, világlepedékké válik. Ahogy egy húr rezeg és mozog a 6D Calabi-Yau térben, a húr kvantumrészecskévé válik. Ezzel a megközelítéssel a hipotetikus graviton - amelyet az általános relativitáselmélet megmagyarázására jósolnak - könnyen előállítható.

Elméletek

A húrelmélet bozonikus húrelméletként indult, amelynek 26 dimenziója sok kevesebbként hat. Ez azonban csak a bozonokat modellezte, amelyek energiarészecskék, miközben kihagyta a fermionokat, amelyek anyagrészecskék. A bozonikus húrelmélet tehát nem tudta megmagyarázni az anyagot. A bozonikus húrelmélet szuperszimmetriával való kiegészítésével azonban sikerült elérni a fermionokat, és a húrelmélet szuperhúrelméletté vált, ami az anyagot is megmagyarázza.

(A kvantumtérelmélet szuperszimmetriát tartalmazó változataiban (SUSY) minden bozonnak van egy megfelelő fermionja, és fordítva. Vagyis minden energiarészecskének van egy megfelelő anyagrészecskéje, és minden anyagrészecskének van egy megfelelő energiarészecskéje, azonban a nem megfigyelhető partner masszívabb és így szuperszimmetrikus. Ezek a szuperpartnerek extravagáns jóslatnak tűnhetnek, mégis sok teoretikus és kísérletező a Standard Modell szuperszimmetrikus változatait részesíti előnyben, amelyek egyenleteit egyébként extravagánsan és néha önkényesen kell csípni, hogy fenntartsák az előrejelzés sikerességét vagy a matematikai konzisztenciát, de a szuperpartnerek igazodnak).

Ellenőrizhetetlen-tudományos?

A húrelmélet állítása, miszerint minden molekula energiahúr, éles kritikát váltott ki. A húrelméletnek számos változata létezik, de egyik sem jósolja meg elég sikeresen a Standard Modell által megmagyarázott megfigyelési adatokat. Az M elméletnek ma már számtalan megoldása ismert, amelyek gyakran furcsa és ismeretlen dolgokat jósolnak. Egyesek azt állítják, hogy a húrelméleti teoretikusok csak a kívánt jóslatokat választják ki.

Az az állítás, hogy a húrelmélet nem tesz ellenőrizhető jóslatokat, hamis, mivel számosat tesz. Egyetlen elmélet - a természeti jelenségek valamely területének előrejelző és esetleg magyarázó modellje - sem ellenőrizhető. A Standard Modellig minden hagyományos fizikai elmélet a természeti világ nem megfigyelhető aspektusairól állításokat tett. Még a Standard Modellnek is vannak különböző értelmezései a természeti világgal kapcsolatban. A Standard Modell működtetésekor gyakran szuperszimmetriával rendelkező változatot készítenek belőle, amely megduplázza a részecskefizikusok által eddig azonosított részecskefajok számát.

Egyikük sem tudja szó szerint mérni a teret, Newton mégis abszolút teret és időt tételezett fel, és Newton elmélete egyértelmű előrejelzéseket tett, amelyek 200 éven át rendkívül jól tesztelhetőek és sikeres előrejelzésekkel szolgáltak, de az elméletet mégis meghamisították, mint a természet magyarázatát. A fizikusok elfogadják, hogy nem létezik olyan vonzóerő, amely közvetlenül vonzza az anyagot az anyaghoz, nem is beszélve arról, hogy ez az erő azonnal áthalad a világegyetemben. Mindazonáltal Newton elmélete még mindig paradigmatikus a tudományban.

Rejtett dimenziók?

A tér rejtett dimenzionalitásának gondolata okkultnak tűnhet. A hurokkvantumgravitáció egyes teoretikusai - a kvantumgravitáció esélyesei - alapvetően tévesnek tartják a húrelméletet, mivel azt feltételezik, hogy a térnek egyáltalán van alakja, amíg a részecskék nem alakítják azt. Vagyis nem vonják kétségbe, hogy a térnek különböző formái vannak, egyszerűen csak úgy tekintik, hogy a részecskék határozzák meg a tér alakját, és nem fordítva. Az általános relativitáselmélet által megjósolt téridő-örvény látszólag beigazolódik.

Ha természetesen igazként értelmezzük, akkor a Standard Modell, amely egy kvantumrészecskét 0D pontként ábrázol, már azt jelzi, hogy a téridő egy tengernyi kavargó alakzat, kvantumhab. A húrelméleti teoretikusok hajlamosak a természetet elegánsabbnak hinni, ezt a hitet Lee Smolin hurokelméleti teoretikus romantikusnak minősíti, miközben a biológia Modern Szintézisét retorikai eszközként használja. A hozzáadott térbeli dimenziók kimutatására irányuló kísérletek eddig kudarcot vallottak, de még mindig fennáll a lehetőség, hogy jelek bukkannak fel róluk.

Ennyi megoldás?

Az M elméletnek sok trillió megoldása van. Leonard Susskind, a húrelmélet egyik vezetője a húrelmélet megoldásainak plaszticitását úgy értelmezi, mint paradox támogatást a rejtély megoldásához, hogy miért létezik ez az univerzum, mivel az M elmélet szerint ez csak egy általános minta egyik változata, amely mindig megközelítőleg eredményez.

Az általános relativitáselmélet számos olyan felfedezést hozott, amelyek 1915-ben a fikciókon kívül szinte elképzelhetetlenek voltak. Einstein egyenleteinek megoldása, amely a kvantumrészecskék dinamikáját próbálta megmagyarázni, az Einstein-Rosen-híd a téridő két távoli pontját összekötő rövidítést jósolja. Az általánosan féreglyuknak nevezett Einstein-Rosen-hidat kétségbe vonják, de nem cáfolják, ami vagy azt mutatja, hogy egy elméletnek nem kell minden következménye pontosnak lennie, vagy azt, hogy a valóság egészen bizarr módon megfigyelhetetlen.

Sok világ

Még a részecskefizika Standard Modellje is bizarr lehetőségeket sugall, amelyeket a tudomány populista bemutatásai vagy kihagynak, vagy megmagyarázhatatlan érdekességként említenek. Az elmélet hagyományosan a koppenhágai értelmezést kapja, amely szerint a mező csak lehetőségek, egyik sem valóságos, amíg egy megfigyelő vagy műszer kölcsönhatásba nem lép a mezővel, amelynek hullámfüggvénye ekkor összeomlik, és csak a részecskefüggvénye marad meg, csak a részecskék valóságosak. A hullámfüggvény összeomlását azonban csupán feltételezték - sem kísérletileg nem igazolták, sem matematikailag nem modellezték -, és nem találtak eltérést sem a hullámfüggvénytől a kvantumtérben, sem a részecskefüggvénytől a klasszikus térben.

1957-ben Hugh Everett leírta a "Relatív állapot" értelmezését. Everett azt állította, hogy a hullámfüggvény nem omlik össze, és mivel feltételezhetően minden anyag és kölcsönhatás kvantumhullámrészecskékből épül fel, a kvantummező minden lehetséges változata - amelyet a matematikai egyenletek jeleznek - valós és egyidejűleg előforduló, de különböző történeti lefolyású. Ezen értelmezés szerint bármi, ami kölcsönhatásba lép a mezővel, csatlakozik a mezőnek ahhoz az állapotához, amely a megfigyelő állapotához viszonyítva van - amely maga is egy hullámforma a saját kvantummezőjében -, miközben a kettő egyszerűen kölcsönhatásba lép egy univerzális, soha össze nem omló hullámformában. Mostanra sok fizikus értelmezése szerint a kvantumból a klasszikus tartományba való látszólagos átmenet nem a hullámfüggvény összeomlása, hanem a kvantumdekoherencia.

A dekoherencia során a mezővel való kölcsönhatás a megfigyelőt a kvantummező egyetlen meghatározó konstellációjába viszi, és így minden megfigyelés ehhez az új, kombinált kvantumállapothoz igazodik. Everett tézise ihlette a Sok világok értelmezését, amely szerint a mi világegyetemünkön belül gyakorlatilag vagy potenciálisan végtelen számú párhuzamos világot jósolnak, amelyek valóságosak, de mindegyikük parányi távolságra van a többi világtól. Mivel minden világ hullámformája univerzális - nem omlik össze - és matematikai kapcsolatai invariánsak, a párhuzamos világok egyszerűen kitöltik a réseket, és nem érintkeznek.

Sok univerzum

Einstein kételkedett abban, hogy a Schwarzschild-megoldás által megjósolt fekete lyukak léteznek. Egyesek most azt feltételezik, hogy a fekete lyukak önmagukban nem léteznek, hanem sötét energia, vagy hogy a mi világegyetemünk egyszerre fekete lyuk és sötét energia. Az Einstein-egyenletek Schwarzschild-megoldását maximálisan ki lehet terjeszteni, hogy megjósoljuk, hogy a fekete lyuknak van egy másik oldala is - egy másik univerzum, amely egy fehér lyukból keletkezik. Talán a mi világegyetemünk ősrobbanása egy nagy ugrálás egyik fele volt, valaminek a fekete lyukká való összeomlása, és a mi világegyetemünk fehér lyukként pattant ki a másik oldaláról.

A részecskék húrok?

A fizikusok széles körben kételkednek abban, hogy a kvantumrészecskék valóban 0D pontok, ahogyan azt a Standard Modell ábrázolja, amely formalizmust kínál - olyan matematikai eszközöket, amelyek az adatok bevitelével az érdeklődésre számot tartó jelenségeket jósolják meg -, nem pedig a jelenségeket meghatározó mechanizmusok értelmezését. A húrelméleti teoretikusok mégis hajlamosak optimistán feltételezni, hogy a húrok egyszerre valóságosak és magyarázóak, nem pedig pusztán előrejelző eszközök. A mai részecskegyorsítók kapacitását messze meghaladja, hogy bármilyen szondázó részecskét elég nagy energiával mozgatnának meg ahhoz, hogy legyőzzék egy kvantumrészecske saját energiáját, és megállapítsák, hogy az húr-e vagy sem. Ez a korlátozás azonban a kvantumgravitáció más elméleteinek tesztelésénél is fennáll. A fejlesztések más stratégiákat javasolnak a kvantumrészecskék szerkezetének "megfigyelésére".

Paradox módon, még ha a tesztelés meg is erősítené, hogy a részecskék energiahúrok, ez még akkor sem bizonyítaná egyértelműen, hogy a részecskék húrok, mivel más magyarázatok is létezhetnek, talán a tér váratlan torzulása, bár a részecske egy 0D-s, valódi szilárdságú pont volt. Még ha az előrejelzések sikeresek is, sok lehetséges magyarázat létezik - az aluldetermináltság problémája -, és a tudományfilozófusok, valamint egyes tudósok még a hibátlan előrejelzési sikert sem fogadják el a sikeres elmélet magyarázatainak igazolásaként, ha ezeket úgy állítják be, mint amelyek a tudományos realizmust, a természeti világ igaz leírását kínálják.

Az anyag energia?

A részecskefizikusokról szóló beszélgetések, amelyekben az elméleti fizikusok által megjósolt részecskéket tesztelik a részecskék gyorsítókban történő ütköztetésével, azt sugallják, hogy a kvantumrészecskék apró newtoni részecskék, amelyeket a kísérletezők feltörnek, hogy felfedjék szerkezetüket. Ehelyett, amikor két, egy bizonyos tömegű részecske - az energiát elektronvoltban mérve - összeütközik, akkor egy olyan részecskévé egyesülhetnek, amelynek tömege/energiája megegyezik, és a keletkezett részecskét "megfigyelik", hogy megfelel-e a jóslatnak.

A fizikusok között nem vitatott, hogy minden részecske energia. A hurokelmélet-elméletek hívei, néha a húrelmélettel rivalizálva, azt állítják, hogy maga a téridő alakul át a részecskékké. Az, hogy az anyag az energia speciális változata, Einstein speciális relativitáselméletének következménye volt, és Einstein ezután formalizálta a tömeg-energia ekvivalenciát, E=mc2. Ha kellően energikus fotonok ütköznek, akkor egyesülhetnek, és anyag-anyag keletkezést hozhatnak létre. Minden részecskének vannak antirészecskéi, és az anyag atomjainak antiatomjai antianyagot tartalmaznak, amelyek egyesülése a részecskéket és az anyagot megsemmisíti, miközben energiát hagy maga után.

Inspiráló fejlemény a tükörszimmetria felfedezése, amely szerint a Calabi-Yau terek általában párban vannak, így az egyik húr szélsőséges rezgési módusán belül korábban nehéz megoldásokat lehet megoldani a tükör Calabi-Yau tér geometriáján keresztül az ellentétes tartományban.

A húrelméletet általában a konformális mezőelméleten keresztül oldják meg, amely egy kvantumtérelmélet a 2D térben. Megerősítést nyert, hogy a molekulák összeomolhatnak 2D-re. Az elektron pedig, amelyet sokáig elemi részecskének véltek, a jelek szerint három, az elektron három szabadságfokát külön-külön hordozó egységre válik szét, amikor az elektronokat tartalmazó molekulák 1D-s úton átcsatornázódnak.