https://madrid.hostmaster.org/articles/physics_beyond_the_standard_model/he.html
עד שנת 2012, המודל הסטנדרטי (SM) הושלם תיאורטית עם אישור קיומו של בוזון היגס במאיץ ההדרונים הגדול (LHC) ב-CERN. כל חלקיק שנחזה נמצא. המשוואות שלו עברו כל מבחן ניסיוני בדיוק מדהים.
אך עם זאת, התחושה בפיזיקה לא הייתה של סיום, אלא של חוסר שלמות. כמו חוקי ניוטון לפני איינשטיין או הפיזיקה הקלאסית לפני מכניקת הקוונטים, המודל הסטנדרטי היה מוצלח מדי בקני המידה שניתן לבדוק אותם, אך לא מסוגל לענות על שאלות עמוקות יותר. זו הייתה מפה כמעט מושלמת – אבל רק של חלק קטן מהנוף.
ההשמטה הבולטת ביותר היא הכבידה.
זה יותר מסתם פספוס. תורת היחסות הכללית מתייחסת לכבידה כאל עקמומיות של המרחב-זמן, שדה גיאומטרי חלק, בעוד המודל הסטנדרטי מתייחס לכוחות כשדות קוונטיים המועברים על ידי חלקיקים. ניסיונות לקוונטט את הכבידה באותו אופן נתקלים באינסופים שאי אפשר לנרמל אותם.
המודל הסטנדרטי ו-GR הם כמו שתי מערכות הפעלה שונות – מבריקות בתחומן, אך בלתי תואמות ביסודן. ליישב ביניהן הוא אולי האתגר הגדול ביותר של הפיזיקה כיום.
המודל הסטנדרטי חוזה כי לנייטרינו אין מסה. אך ניסויים, החל מגלאי סופר-קמיוקנדה ביפן (1998) ואושרו ברחבי העולם, הראו כי נייטרינו מתנדנדים בין טעמים שונים (אלקטרון, מיואון, טאו). תנודות דורשות מסה.
זה היה ההוכחה המאושרת הראשונה לפיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי. הגילוי זיכה את קאג’יטה ומקדונלד בפרס נובל ב-2015.
הנייטרינו קלים להפליא, לפחות מיליון פעמים קלים יותר מהאלקטרון. מסתם אינה מוסברת על ידי המודל הסטנדרטי – אך עשויה להצביע על פיזיקה חדשה, כמו מנגנון הנדנדה, נייטרינו סטריליים, או קשרים ליקום המוקדם. בתרחישים מסוימים, נייטרינו כבדים של נדנדה מאפשרים לפטוגנזה, שבה נוצרת אי-סימטריה של לפטונים ביקום המוקדם, המומרת מאוחר יותר לאי-סימטריה של חומר-אנטי-חומר הנצפית.
החומר הנראה המתואר על ידי המודל הסטנדרטי מהווה פחות מ-5% מהיקום. השאר בלתי נראה.
תיאוריות מציעות חלקיקים חדשים: WIMPs (חלקיקים כבדים עם אינטראקציה חלשה), אקסיונים, נייטרינו סטריליים, או משהו מוזר יותר. אך למרות עשורים של חיפושים – גלאים תת-קרקעיים, ניסויי מאיץ, סקרים אסטרופיזיקליים – החומר האפל נשאר חמקמק.
אפילו מסתורית יותר היא אנרגיה אפלה, הכוח שמניע את ההתפשטות המואצת של היקום.
בעיית הקבוע הקוסמולוגי היא אולי הסתירה החריפה ביותר בין תורת השדות הקוונטית לכבידה. המודל הסטנדרטי לא אומר דבר על אנרגיה אפלה. זו חור פעור בהבנתנו את הקוסמוס.
תעלומה עמוקה נוספת טמונה בבוזון ההיגס עצמו.
מסת ההיגס נמדדה כ-125 GeV. אך תיקונים קוונטיים היו אמורים להעלות אותה קרוב למדרגת פלאנק (\(10^{19}\) GeV), אלא אם כן מתרחשים ביטולים מופלאים. מדוע היא כל כך קלה בהשוואה למדרגות האנרגיה הטבעיות של הכבידה?
זו בעיית ההיררכיה: ההיגס נראה מכוון בצורה לא טבעית. פיזיקאים חושדים בפיזיקה חדשה, כמו סופר-סימטריה (SUSY), שיכולה לייצב את מסת ההיגס על ידי הכנסת חלקיקי שותפים שמבטלים תיקונים מסוכנים. (דיונים על טבעיות כוללים רעיונות מפתרונות דינמיים ועד לחשיבה אנתרופית בנוף אפשרי של ואקומים.)
המודל הסטנדרטי מכיל כמה הפרות CP, אך הרבה פחות ממה שצריך כדי להסביר מדוע היקום מלא בחומר כיום ולא בכמויות שוות של חומר ואנטי-חומר. כפי שצוין לעיל, מנגנונים כמו לפטוגנזה (הקשורים לעיתים קרובות למקור הנדנדה של מסות הנייטרינו) מציעים דרך משכנעת שבה פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי מטה את הכף.
המודל הסטנדרטי מכונה לעיתים “התיאוריה המוצלחת ביותר בפיזיקה”. התחזיות שלו תואמות לניסויים עד 10-12 ספרות עשרוניות. הוא מסביר כמעט כל מה שאנו רואים במאיצי חלקיקים ובמעבדות.
אבל הוא לא שלם:
פיזיקאים עומדים כעת ברגע מוכר בהיסטוריה. כפי שמכניקת ניוטון פינתה מקום ליחסות והפיזיקה הקלאסית למכניקת הקוונטים, המודל הסטנדרטי חייב בסופו של דבר לפנות מקום למשהו עמוק יותר.
המטרה האולטימטיבית היא תיאוריה מאוחדת גדולה (GUT) או אפילו תיאוריית הכל (ToE): מסגרת שמאחדת את כל ארבעת הכוחות, מסבירה את כל החלקיקים, ופועלת באופן עקבי מהקני מידה הקטנים ביותר (כבידה קוונטית) ועד הגדולים ביותר (קוסמולוגיה).
זהו הגביע הקדוש של הפיזיקה המודרנית. זו הסיבה שחוקרים דוחפים מאיצים לאנרגיות גבוהות יותר, בונים גלאי נייטרינו ענקיים, ממפים את הקוסמוס עם טלסקופים, וממציאים מתמטיקה חדשה ונועזת.
הפרקים הבאים יחקرو את המועמדים המובילים:
כל אחד מהרעיונות הללו לא נוצר כדוגמה, אלא כמדע במיטבו: שימת לב לסדקים, פיתוח תיאוריות חדשות, ובדיקתן מול המציאות.
לפיזיקה היסטוריה ארוכה של איחוד דרך סימטריה. משוואות מקסוול איחדו חשמל ומגנטיות. היחסות הפרטית איחדה מרחב וזמן. התיאוריה האלקטרו-חלשה איחדה שניים מתוך ארבעת הכוחות היסודיים. כל התקדמות נבעה מגילוי סימטריה נסתרת בטבע.
סופר-סימטריה – או SUSY, כפי שפיזיקאים מכנים אותה בחיבה – היא ההצעה הנועזת שהסימטריה הגדולה הבאה מחברת בין שתי קטגוריות שנראות שונות: חומר וכוחות.
במודל הסטנדרטי, חלקיקים נחלקים לשתי משפחות גדולות:
פרמיונים (ספין 1/2): כוללים קווארקים ולפטונים, אבני הבניין של החומר. הספין החצי-שלם שלהם פירושו שהם מצייתים לעקרון ההדרה של פאולי: שני פרמיונים זהים לא יכולים לתפוס את אותו מצב. זו הסיבה שלאטומים יש מעטפות מובנות, וזו הסיבה שהחומר יציב.
בוזונים (ספין שלם): כוללים פוטונים, גלואונים, בוזוני W ו-Z, והיגס. בוזונים מעבירים כוחות. בניגוד לפרמיונים, הם יכולים להצטבר באותו מצב, ולכן קיימים לייזרים (פוטונים) וקונדנסטים של בוז-איינשטיין.
בקצרה: פרמיונים יוצרים חומר, בוזונים מעבירים כוחות.
סופר-סימטריה מציעה סימטריה שמחברת בין פרמיונים ובוזונים. לכל פרמיון ידוע יש שותף בוזוני. לכל בוזון ידוע יש שותף פרמיוני.
(“פוטינואים” ו”זינואים” הם כינויים ישנים למצבים מסוימים של מדידה; ניסויים מחפשים למעשה את מצבי המסה המוזכרים לעיל.)
מדוע להציע הכפלה כה קיצונית של עולם החלקיקים? משום ש-SUSY מבטיחה פתרונות אלגנטיים לכמה מהבעיות העמוקות ביותר שנותרו על ידי המודל הסטנדרטי.
אחת מהמשיכות הגדולות ביותר של SUSY היא היכולת שלה לפתור את בעיית ההיררכיה: מדוע בוזון ההיגס כל כך קל בהשוואה למדרגת פלאנק?
במודל הסטנדרטי, תיקונים קוונטיים מחלקיקים וירטואליים היו אמורים להעלות את מסת ההיגס לערכים עצומים. סופר-סימטריה מציגה חלקיקי שותפים שתרומותיהם מבטלות את ההתבדרויות הללו. התוצאה: מסת ההיגס מיוצבת באופן טבעי, ללא צורך בכוונון עדין (לפחות בספקטרומים “טבעיים” של SUSY).
מניע נוסף ל-SUSY נובע מאיחוד הכוחות.
זה מרמז שבאנרגיות גבוהות במיוחד, שלושת הכוחות עשויים להתמזג לתיאוריה מאוחדת גדולה (GUT).
סופר-סימטריה מציעה גם מועמד טבעי לחומר אפל.
אם SUSY נכונה, אחד מחלקיקי השותפים צריך להיות יציב וחסר מטען חשמלי. מועמד מוביל הוא הניוטרלינו הקל ביותר, תערובת של בינואים, וינואים והיגסינואים.
ניוטרלינואים מתקשרים רק בצורה חלשה, מה שמתאים לפרופיל של WIMPs (חלקיקים כבדים עם אינטראקציה חלשה). אם יתגלו, הם עשויים להסביר את 27% החסרים של חומר היקום.
במשך עשורים, פיזיקאים קיוו שחלקיקים סופר-סימטריים יופיעו מעט מעל קני המידה שנחקרו כבר.
היעדר גילויים של SUSY ב-LHC היה מאכזב. רבים מגרסאות ה-SUSY הפשוטות, כמו “המודל הסטנדרטי הסופר-סימטרי המינימלי” (MSSM), מוגבלות כעת מאוד. ספקטרומים “טבעיים” הופכים כבדים יותר, מה שמרמז על כוונון עדין יותר אם SUSY נמצאת קרוב למדרגת ה-TeV.
עם זאת, SUSY לא נשללה. מודלים מורכבים יותר חוזים חלקיקי שותפים כבדים יותר או עדינים יותר, אולי מעבר להישג ידו של ה-LHC או עם אינטראקציות חלשות מדי מכדי להתגלות בקלות.
מעבר למניעים הפנומנולוגיים שלה, ל-SUSY יש אלגנטיות מתמטית עמוקה.
גם אם הטבע לא מממש את SUSY באנרגיות נגישות, המתמטיקה שלה כבר העשירה את הפיזיקה.
כיום, SUSY נמצאת במצב מוזר.
אם ה-LHC וממשיכיו ימשיכו לא למצוא דבר, ייתכן ש-SUSY מתממשת רק בקני מידה הרבה מעבר להישג ידנו – או שאולי הטבע בחר בדרך שונה לחלוטין.
סופר-סימטריה ממחישה את השיטה המדעית בפעולה.
פיזיקאים זיהו בעיות: בעיית ההיררכיה, איחוד, חומר אפל. הם הציעו סימטריה חדשה ונועזת שפותרת את כולן. הם עיצבו ניסויים לבדיקתה. עד כה, התוצאות היו שליליות – אך זה לא אומר שהרעיון בוזבז. SUSY חידדה את הכלים שלנו, הבהירה מה אנו מחפשים, והנחתה דורות של מחקר.
כמו האתר או האפיציקלים לפניה, SUSY עשויה להיות אבן דרך לאמת עמוקה יותר, בין אם היא שורדת כמילה האחרונה ובין אם לא.
פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי מונעת לעיתים קרובות על ידי תיקונים: פתרון בעיית ההיררכיה, הסבר על חומר אפל, איחוד קבועי מדידה. תיאוריית המיתרים שונה. היא לא מתחילה עם תעלומה ספציפית. במקום זאת, היא מתחילה עם מתמטיקה – ומסתיימת בשכתוב מלא של תפיסתנו את המרחב, הזמן והחומר.
תיאוריית המיתרים החלה, באופן מפתיע, לא כתיאוריית הכל, אלא כניסיון כושל להבין את הכוח הגרעיני החזק.
בסוף שנות ה-60, לפני ש-QCD פותחה במלואה, פיזיקאים ניסו להסביר את גן החיות של ההדרונים. הם הבחינו בדפוסים בנתוני הפיזור שהצביעו על כך שניתן למדל את הרזוננסות על ידי מיתרים רוטטים.
המודל של “רזוננס כפול”, שהוצג על ידי ונציאנו ב-1968, תיאר אינטראקציות חזקות כאילו ההדרונים היו עירורים של מיתרים זעירים. זה היה אלגנטי, אך ננטש במהירות כאשר QCD התגלתה כתיאוריה האמיתית של הכוח החזק.
עם זאת, תיאוריית המיתרים סירבה למות. במשוואות שלה הסתתרו תכונות מדהימות שהצביעו מעבר לפיזיקה הגרעינית.
כאשר תיאורטיקנים קוונטטו את רטטי המיתרים, הם גילו שהספקטרום כולל בהכרח חלקיק ללא מסה עם ספין 2.
זה היה מזעזע. תורת השדות הקוונטית הראתה שחלקיק ללא מסה עם ספין 2 הוא ייחודי: הוא חייב להיות הקוונטום של הכבידה, הגרביטון.
כפי שג’ון שוורץ ציין מאוחר יותר: “אך עובדה מפתיעה התגלתה: המתמטיקה של תיאוריית המיתרים הכילה בהכרח חלקיק ללא מסה עם ספין 2 – גרביטון.”
מה שהתחיל כתיאוריה של הדרונים יצר בטעות את אבן הבניין של כבידה קוונטית.
בלב תיאוריית המיתרים, חלקיקים נקודתיים מוחלפים בעצמים חד-ממדיים זעירים: מיתרים.
מיתרים יכולים להיות פתוחים (עם שני קצות) או סגורים (לולאות).
מצבי רטט שונים של המיתר מתאימים לחלקיקים שונים.
שינוי פשוט זה – מנקודות למיתרים – פותר רבים מהאינסופים שמטרידים את הכבידה הקוונטית. הגודל הסופי של המיתר מפזר אינטראקציות שהיו מתפוצצות במרחק אפס.
גרסאות מוקדמות של תיאוריית המיתרים סבלו מבעיות: הן הכילו טכיונים (חוסר יציבות) ודרשו תכונות לא מציאותיות. הפריצה הגיעה עם הכנסת סופר-סימטריה, שהובילה בשנות ה-70 וה-80 לתיאוריית הסופר-מיתרים.
סופר-מיתרים ביטלו טכיונים, שילבו פרמיונים והביאו עקביות מתמטית חדשה.
אך היה תפס: תיאוריית המיתרים עובדת רק בממדים גבוהים יותר. באופן ספציפי, 10 ממדי מרחב-זמן.
רעיון זה, קיצוני ככל שייראה, לא היה חדש לחלוטין. בשנות ה-20, תיאוריית קלוזה-קליין כבר רמזה שממדים נוספים יכולים לאחד כבידה ואלקטרומגנטיות. תיאוריית המיתרים החייתה והרחיבה רעיון זה באופן עצום.
באמצע שנות ה-80, פיזיקאים גילו שתיאוריית המיתרים אינה ייחודית, אלא מגיעה בחמש גרסאות שונות:
כל אחת נראתה עקבית מתמטית, אך מדוע שהטבע יבחר באחת?
ב-1984, מייקל גרין וג’ון שוורץ הראו שתיאוריית המיתרים יכולה לבטל באופן אוטומטי אנומליות קוונטיות – משהו שתיאוריות שדות קוונטיות נאלצו לעצב בקפידה. גילוי זה הצית את מהפכת הסופר-מיתרים הראשונה, כשאלפי פיזיקאים פנו לתיאוריית המיתרים כמועמדת לתיאוריה מאוחדת של כל הכוחות.
זו הייתה המסגרת הרצינית הראשונה שבה כבידה קוונטית לא רק הייתה עקבית, אלא בלתי נמנעת.
באמצע שנות ה-90, התרחשה מהפכה שנייה. אדוארד ויטן ואחרים גילו שחמש תיאוריות המיתרים השונות אינן מתחרות, אלא גבולות שונים של תיאוריה עמוקה יותר אחת: תיאוריית M.
מאמינים שתיאוריית M קיימת ב11 ממדים וכוללת לא רק מיתרים, אלא גם עצמים מממדים גבוהים יותר הנקראים בריינים (קיצור של ממברנות).
בריינים אלה פתחו אפשרויות חדשות ועשירות: יקומים שלמים עשויים להתקיים כבריינים תלת-ממדיים, צפים במרחב מממדים גבוהים יותר, כאשר הכבידה דולפת לתפזורת בעוד כוחות אחרים נשארים מוגבלים. תמונה זו עוררה השראה לדגמי ממדים נוספים מודרניים כמו רנדל-סנדרום.
קלוזה-קליין (שנות ה-20): הציע ממד חמישי נוסף לאיחוד כבידה ואלקטרומגנטיות. הרעיון נזנח לשנים רבות, אך תיאוריית המיתרים החייתה אותו בצורה גדולה יותר. ממדים נוספים דחוסים נשארים מאפיין מרכזי של דגמי המיתרים.
רנדל-סנדרום (1999): הציע ממדים נוספים “מעוותים”, שבהם היקום שלנו הוא בריין תלת-ממדי המוטבע בממדים גבוהים יותר. הכבידה מתפשטת בתפזורת, מה שמסביר מדוע היא חלשה יותר מכוחות אחרים. דגמים כאלה חוזים אותות אפשריים במאיצי חלקיקים או סטיות מחוק ניוטון במרחקים קצרים מאוד.
תיאוריית המיתרים מעלה טענות נועזות, אך בדיקתן קשה להפליא.
למרות האתגרים, תיאוריית המיתרים סיפקה קרקע פורייה למתמטיקה, והעניקה השראה להתקדמות בגיאומטריה, טופולוגיה ודואליות כמו AdS/CFT (המחברת כבידה בממדים גבוהים יותר עם תורת שדות קוונטית ללא כבידה).
תומכים טוענים שתיאוריית המיתרים היא הדרך המבטיחה ביותר לתיאוריה מאוחדת: היא כוללת כבידה קוונטית, מאחדת את כל הכוחות, ומסבירה מדוע גרביטון חייב להתקיים.
מבקרים טוענים שבלי אישור ניסיוני, תיאוריית המיתרים מסתכנת בהתנתקות מהמדע האמפירי. “הנוף” העצום של הפתרונות האפשריים שלה (עד \(10^{500}\)) מקשה על חילוץ תחזיות ייחודיות.
שני הצדדים מסכימים על דבר אחד: תיאוריית המיתרים שינתה את דרך החשיבה שלנו על פיזיקה וסיפקה שפה חדשה לאיחוד.
אם סופר-סימטריה היא הצעד הבא מעבר למודל הסטנדרטי, תיאוריית המיתרים היא הצעד שאחריו: מועמדת לתיאוריית הכל שחיפשנו זמן רב.
הטענה הנועזת ביותר שלה אינה רק שהיא כוללת את המודל הסטנדרטי והכבידה, אלא שאלה הם תוצאות בלתי נמנעות של מיתרים רוטטים בממדים גבוהים יותר. הגרביטון אינו תוספת – הוא מובנה.
האם הטבע בחר בדרך זו, עדיין צריך להתגלות.
תיאוריות הן דם החיים של הפיזיקה, אך ניסויים הם פעימות הלב שלה. סופר-סימטריה, תיאוריית המיתרים וממדים נוספים הם מבנים מתמטיים יפים, אך הם חיים או מתים על ידי עדויות. אם הם אמורים להיות יותר מספקולציות, עליהם להשאיר עקבות בנתונים.
פיזיקאים פיתחו דרכים מתוחכמות לחפש אחר עקבות אלה – במאיצים, בקוסמוס, ובמבנה המרחב-זמן עצמו.
מאיץ ההדרונים הגדול (LHC) ב-CERN הוא מאיץ החלקיקים החזק ביותר בעולם, המתנגש פרוטונים באנרגיות של עד 13.6 TeV (עיצוב: 14 TeV). זה היה הכלי העיקרי של האנושות לחקר פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי.
תיאוריות מסוימות מציעות שאם הכבידה הופכת חזקה בקנה מידה של TeV, חורים שחורים זעירים עשויים להיווצר בהתנגשויות LHC, להתאדות בפיצוצות חלקיקים. אירועים כאלה לא נצפו.
אם ממדים נוספים קיימים, חוק הכבידה של ניוטון עשוי להתמוטט במרחקים קצרים.
ניסויי שולחן אלה רגישים להפליא וחוקרים קני מידה שאינם נגישים למאיצים.
גילוי גלי כבידה על ידי LIGO ב-2015 פתח גבול חדש.
עד כה, התצפיות תואמות ל-GR בתוך אי-הוודאויות הנוכחיות, אך דיוק גבוה יותר עשוי להביא הפתעות.
היקום עצמו הוא מאיץ החלקיקים האולטימטיבי.
עד כה, השמיים שותקים. חומר אפל נותר לא מזוהה, ונתונים קוסמולוגיים תואמים למודל ΛCDM ללא טביעות אצבע ברורות של מיתרים.
עשורים של חיפוש לא אישרו את SUSY, ממדים נוספים או אותות של מיתרים. אך היעדר עדויות אינו עדות להיעדר:
כמה אנומליות מדויקות (למשל, מדידת (g-2) של המיואון וכמה מתחים בפיזיקת טעמים) נותרות מסקרנות אך לא פתורות; הן ממשיכות לעודד חקירה מבלי להפיל את המודל הסטנדרטי עד כה.
מה שניסויים עשו הוא לצמצם את מרחב הפרמטרים. הם סיפרו לנו היכן SUSY לא נמצאת, כמה קטנים ממדים נוספים חייבים להיות, וכמה חזק או חלש חומר אפל יכול או לא יכול להתקשר.
ניסויים עתידיים מבטיחים לחקור עמוק יותר:
הסיפור הניסיוני של פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי אינו סיפור של כישלון, אלא של תהליך.
כפי שניסוי נייר הזהב של רתרפורד ריסק את מודל עוגת השזיפים, או LIGO סילק ספקות לגבי גלי כבידה, הגילוי הגדול הבא עשוי להגיע פתאום – ולשנות הכל.
במשך מאות שנים, הפיזיקה התקדמה דרך איחוד. ניוטון איחד את השמיים והארץ תחת חוק כבידה אחד. מקסוול איחד חשמל ומגנטיות. איינשטיין איחד מרחב וזמן. התיאוריה האלקטרו-חלשה הראתה ששני כוחות שונים מאוד הם היבטים של כוח אחד.
הצעד הטבעי הבא הוא הנועז ביותר עד כה: איחוד כל ארבעת האינטראקציות היסודיות – חזק, חלש, אלקטרומגנטי וכבידתי – במסגרת עקבית אחת. זהו הגביע הקדוש של הפיזיקה: תיאוריית הכל (ToE).
איחוד מלא אינו רק אלגנטיות פילוסופית; הוא מתייחס לבעיות מעשיות ומושגיות עמוקות:
ToE לא תאחד רק כוחות – היא תאחד קני מידה, מהמיתרים הקטנים ביותר של התיאוריה הקוונטית ועד למבנים הקוסמיים הגדולים ביותר.
סופר-סימטריה (SUSY), אם היא מתממשת בטבע, מספקת אבן דרך ל-ToE.
GUTs בהשראת SUSY (כמו SU(5), SO(10) או E₆) מדמיינים שבאנרגיות גבוהות במיוחד, קווארקים ולפטונים מתאחדים לרב-צירופים גדולים יותר, והכוחות מתמזגים לקבוצת מדידה אחת.
אך SUSY עדיין לא הופיעה בניסויים. אם היא קיימת רק בקני מידה מעבר להישג ידנו, כוח האיחוד שלה עשוי להישאר מפתה אך מוסתר.
תיאוריית המיתרים הולכת רחוק יותר. במקום לתקן את המודל הסטנדרטי, היא כותבת מחדש את היסודות:
בחזון זה, איחוד אינו מקרי – הוא גיאומטרי. כוחות שונים משום שמיתרים רוטטים בדרכים שונות, מעוצבים על ידי הטופולוגיה של ממדים נוספים.
הגילוי שחמש תיאוריות המיתרים מחוברות על ידי דואליות הוביל לתיאוריית M, מסגרת גדולה עוד יותר:
תיאוריית M עדיין לא מלאה, אך היא הצעד הנועז ביותר לעבר ToE שנוסה אי פעם.
תיאוריית המיתרים ותיאוריית M אינן הדרכים היחידות. פיזיקאים חוקרים מסגרות מרובות, כל אחת עם חוזקות שונות:
אף על פי שאף אחת מהן לא משתווה עדיין להיקף האיחוד של תיאוריית המיתרים, הן ממחישות את עושר החיפוש.
ToE חייבת בסופו של דבר להיות ניתנת לבדיקה. אף שקנה מידה של פלאנק נמצא הרבה מעבר לניסויים הנוכחיים, פיזיקאים מחפשים עדויות עקיפות:
עד כה, ToE נותרה מחוץ להישג יד, אך כל תוצאה שלילית מצמצמת את האפשרויות.
ToE אמיתית לא תאחד רק את הפיזיקה – היא תאחד את הידע האנושי. היא תחבר בין מכניקת הקוונטים ליחסות, מיקרו למאקרו, חלקיק לקוסמוס.
אך היא ניצבת בפני פרדוקס: קנה המידה שבו מתרחש האיחוד עשוי להיות לנצח מחוץ להישג יד ניסיונית. מאיץ של 100 TeV חוקר רק חלק קטן מהדרך לקנה מידה של פלאנק. ייתכן שנצטרך להסתמך על קוסמולוגיה, עקביות מתמטית או אותות עקיפים.
החלום נשאר חי בזכות האלגנטיות העמוקה של המסגרות. כפי שויטן ציין, תיאוריית המיתרים אינה רק “סט של משוואות”, אלא “מסגרת חדשה לפיזיקה”.
החיפוש אחר ToE אינו על הכרזת תיאוריית המיתרים, SUSY או כל רעיון בודד כ”אמת”. זה על השיטה המדעית:
הסיפור רחוק מלהסתיים. אך דווקא הפתיחות הזו – הסירוב לראות בתיאוריה כלשהי כקדושה – היא שהופכת את הפיזיקה למדע חי, לא דוגמה.
המאה הבאה של הפיזיקה עשויה לחשוף:
או שאולי ה-ToE האמיתית היא משהו שעדיין אף אחד לא דמיין.
אך החיפוש עצמו – הדחף לאחד, להסביר, לראות את הטבע כשלם – הוא חלק מהאנושות בדיוק כמו המשוואות עצמן.