Stygų teorija (M-teorija): kelias į visko teoriją

Plačiajai visuomenei skirtuose stygų teorijos įvaduose pirmiausia turi būti paaiškinta fizika. Kai kurie nesutarimai dėl stygų teorijos kyla dėl neteisingo fizikos supratimo. Net ir mokslininkams būdingas nesusipratimas yra prielaida, kad teorija, aiškinanti gamtos pasaulį, pasitvirtina kaip teisinga visada, kai jos prognozės pasiteisina. Kitas nesusipratimas yra tas, kad ankstesni fizikos mokslininkai, įskaitant chemikus, jau paaiškino pasaulį. Tai lemia nesusipratimą, kad stygų teoretikai pradėjo kelti keistas hipotezes po to, kai jie tapo neatsakingai "išvaduoti nuo tiesos".

Klasikinė sritis

Niutono fizika

1687 m. buvo paskelbtas Niutono visuotinės gravitacijos dėsnis, papildytas trimis Galilėjaus judėjimo dėsniais ir kai kuriomis kitomis prielaidomis. Niutono teorija sėkmingai modeliavo matomo dydžio objektų sąveiką - reiškinių, kurie dabar vadinami klasikine sritimi, spektrą. Kulono dėsnis modeliavo elektros trauką. Maksvelo elektromagnetinio lauko teorija suvienijo elektrą ir magnetizmą, o optika atsirado iš šios srities.

Šviesosgreitis išliko maždaug toks pat, kai jį matuoja stebėtojas, keliaujantis jos lauke, tačiau, sudėjus greičius, laukas buvo lėtesnis arba greitesnis, palyginti su stebėtoju, keliaujančiu su juo arba prieš jį. Taigi, palyginti su elektromagnetiniu lauku, stebėtojas vis mažino greitį. Vis dėlto tai nepažeidė Galilėjaus reliatyvumo principo, teigiančio, kad mechanikos dėsniai visiems inerciją turintiems objektams veikia vienodai.

Pagal inercijos dėsnį, kai objekto neveikia jokia jėga, objektas išlaiko savo greitį, t. y. greitį ir kryptį. Objektas, kuris arba juda tolygiai, t. y. pastoviu greičiu nekintama kryptimi, arba yra ramybės būsenoje, t. y. jo greitis lygus nuliui, patiria inerciją. Jis pasižymi Galilėjaus invariantiškumu - jo mechaninės sąveikos vyksta nekintamai - taip pat vadinamu Galilėjaus reliatyvumu, nes žmogus negali suvokti, ar jis yra ramybės būsenoje, ar tolygiai juda.

Reliatyvumo teorija

Specialusis reliatyvumas

1905 m. Einšteino specialioji reliatyvumo teorija paaiškino Maksvelo elektromagnetinio lauko ir Galilėjaus reliatyvumo tikslumą, teigdama, kad lauko greitis yra absoliutus - visuotinė konstanta, o erdvė ir laikas yra vietiniai reiškiniai, susiję su objekto energija. Taigi santykinio judėjimo objektas sutrumpėja savo impulso kryptimi (Lorenco susitraukimas), o jo įvykių vyksmas sulėtėja (laiko dilatacija). Objekte esantis keleivis negali pastebėti pokyčių, nes visi toje transporto priemonėje esantys matavimo prietaisai patyrė ilgio susitraukimą ir laiko dilataciją. Tik išorinis stebėtojas, esantis santykinėje ramybėje, išmatuoja, kad santykinio judėjimo objektas sutrumpėjo savo kelionės kelyje, o jo įvykiai sulėtėjo. Dėl specialiojo reliatyvumo Niutono teorija, kurioje erdvė ir laikas laikomi absoliučiais, negalėjo paaiškinti gravitacijos.

Remdamasis lygiavertiškumo principu, Einšteinas padarė išvadą, kad gravitacijos arba pastovaus pagreičio poveikis yra neatskiriami potyriai, kuriuos gali sieti bendras fizikinis mechanizmas. Siūlomas mechanizmas buvo laipsniškas ilgio susitraukimas ir laiko dilatacija - vietinio energijos tankio 3D erdvėje pasekmė, sukurianti laipsnišką įtempimą standžiame objekte, kuris atsipalaiduoja judėdamas link didžiausio energijos tankio vietos. Specialusis reliatyvumas būtų ribotas gravitacinio lauko atvejis. Specialusis reliatyvumas būtų taikomas, kai energijos tankis 3D erdvėje yra vienodas, todėl gravitacinis laukas yra tolygiai keičiamas iš vienos vietos į kitą, todėl objektas nepatiria pagreičio, taigi ir gravitacijos.

Bendrasis reliatyvumas

1915 m. Einšteino bendroji reliatyvumo teorija naujai paaiškino gravitaciją su 4D erdvėlaikiu, modeliuojamu kaip Lorenco daugialypė erdvė. Laikas yra vienas matmuo, sujungtas su trimis erdvės matmenimis, nes kiekvienas įvykis 3D erdvėje - 2D horizontaliai ir 1D vertikaliai - reiškia tašką išilgai 1D laiko ašies. Net ir kasdieniame gyvenime žmogus teigia arba numano abu. Žmogus sako arba bent jau reiškia: "2012 m. spalio 10 d. 21.00 val. susitiksime prie pastato 123 Main Street, susikertančio su Franklino gatve 3D bute". Praleidus arba praleidus laiko koordinatę, žmogus atvyksta į teisingą vietą erdvėje, kai ieškomo įvykio nėra - jis yra praeityje arba ateityje, galbūt 18:00 val. arba 12:00 val.

Bendrasis reliatyvumas, suvienodindamas erdvę ir laiką, laikydamas juos reliatyviais energijos tankiui aplinkoje ir nustatydamas, kad vienintelė konstanta ar absoliutas yra net ne masė, o šviesos greitis vakuume, atskleidė iki tol neįsivaizduotą gamtos pasaulio pusiausvyrą ir simetriją. Kiekvienas objektas visada juda šviesos greičiu tiesia linija - jos atitikmeniu, išlenktu paviršiumi, vadinamu geodezine arba pasaulio linija - vieninteliu mažiausio pasipriešinimo keliu, panašiu į laisvą kritimą 4D erdvėlaikyje, kurio geometrija "išlinksta" šalia masės ir (arba) energijos.

Šviesos greičiu judantis objektas vakuume juda maksimaliu greičiu 3D erdvėje, bet nevyksta jokia įvykių raida - jis yra sustingęs laike, o nejudantis objektas 3D erdvėje visiškai teka 1D laike ir patiria maksimalų įvykių raidos greitį. Rodoma visata yra santykinė tam tikros vietos atžvilgiu, tačiau, nustačius, kokia masė ir (arba) energija yra toje apylinkėje, Einšteino lygtys numato, kas vyksta (arba vyko ar vyks) bet kurioje visatos vietoje. Išpopuliarėjusi nuomonė, kad santykinė Einšteino teorijoje reiškia subjektyvią arba savavališką, buvo Einšteinui, kuris vėliau manė, kad turėjo ją pavadinti bendrąja teorija.

Kosmologija

Elektromagnetinio lauko pasiuntinių dalelių - fotonų - atvaizdas be laiko sklinda per visą visatą, o stebėtojai šiame lauke turi pakankamai laiko srauto, kad galėtų iššifruoti šį atvaizdą ir reaguoti į jį judėdami 3D erdvėje, tačiau niekada negali pralenkti šio belaikio atvaizdo. Manoma, kad visatos būklė, buvusi praėjus mažiau nei 400 000 metų po numanomo didžiojo sprogimo, nuo kurio prasidėjo mūsų visata, vaizduojama kaip kosminis mikrobangų fonas (CMB).

1915 m. buvo manoma, kad visa visata, kurią dabar vadiname Pieno kelio galaktika, yra statiška. Einšteinas pasinaudojo savo neseniai paskelbtomis gravitacinio lauko lygtimis ir atrado pasekmę, kad visata plečiasi arba traukiasi. (Teorija gali veikti abiem kryptimis - laiko invariantiškumu.) Jis patikslino teoriją, pridėdamas kosmologinę konstantą, kad visata būtų savavališkai subalansuota. Netrukus 1930 m. Edvino Hubble'o (Edwin Hubble) teleskopiniai duomenys, interpretuoti pagal bendrąjį reliatyvumą, atskleidė, kad visata plečiasi.

1916 m., būdamas Pirmojo pasaulinio karo mūšio lauke, Karlas Švarcšildas naudojo Einšteino lygtis, o Švarcšildo sprendinys numatė juodąsias skyles. Po kelių dešimtmečių astrofizikai nustatė, kad bene kiekvienos galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė. Atrodo, kad juodosios skylės vadovauja galaktikų formavimuisi ir palaikymui, reguliuodamos žvaigždžių formavimąsi ir naikinimą.

XX a. trečiajame dešimtmetyje buvo pastebėta, kad pagal bendrąjį reliatyvumo principą galaktikos subyrėtų, jei aplink jas nebūtų nematomos materijos, laikančios galaktiką kartu, o septintajame dešimtmetyje tamsioji materija pradėta pripažinti. 1998 m. buvo padaryta išvada, kad Visatos plėtimasis ne lėtėja, o greitėja, o tai rodo, kad Visatoje yra didžiulis energijos tankis, pakankamas pagreitinti ir matomąją, ir tamsiąją medžiagą, t. y. didžiulis tamsiosios energijos laukas. Akivaizdu, kad žinoma mažiau nei 5 % visatos sudėties, o kiti 95 % yra paslaptingi - tamsioji medžiaga ir tamsioji energija.

Kvantinė sritis

Keista mechanika

XX a. 4-ajame dešimtmetyje, siekiant ištirti elektromagnetinio lauko veikimą mažyčiuose erdvės ir laiko masteliuose, buvo sukurta kvantinė mechanika (KM). Tačiau elektronai - materijos dalelės, sąveikaujančios su fotonais, kurie yra elektromagnetinio lauko jėgų nešėjai, - atrodo, kad mechanikos principams visiškai nepaklūsta. Nė vienas iš jų negalėjo numatyti kvantinės dalelės buvimo vietos kiekvieną akimirką.

Eksperimente su plyšiu elektronas keliauja pro vieną priešais jį esančią skylutę. Tačiau vienas elektronas vienu metu keliautų per kelias skylutes, kad ir kiek jų būtų įrengta priešais jį. Vienas elektronas detektoriaus lentoje paliktų interferencinį raštą, tarsi viena dalelė būtų banga, vienu metu praėjusi pro visas skylutes. Ir vis dėlto tai įvyko tik tada, kai nebuvo stebima. Jei į laukiamą įvykį būtų šviečiama šviesa, dėl fotono sąveikos su lauku elektronas atsidurtų vienoje padėtyje.

Tačiau pagal neapibrėžtumo principą negalima tiksliai nustatyti tikslios bet kurios kvantinės dalelės vietos ir impulso. Dalelės sąveika su stebėjimo (matavimo) prietaisu iškreipia dalelę taip, kad geriau nustačius jos buvimo vietą, blogiau nustatomas jos momentas, ir atvirkščiai.

Lauko teorijos kvantavimas

Išplėtus kvantinės mechanikos taikymo sritį, paaiškėjo nuoseklus modelis. Nuo vienos vietos iki kitos tikimybė, kad dalelė ten egzistuoja, kilo ir krito kaip tikimybės banga - kylantis ir krintantis tikimybės tankis. Nepastebėta bet kuri kvantinė dalelė patenka į superpoziciją, todėl net viena dalelė užpildo visą lauką, kad ir koks didelis jis būtų. Tačiau dalelė neabejotinai yra ne bet kur lauke, o ten su tam tikra tikimybe, atsižvelgiant į tai, ar ji buvo gretimoje vietoje. Maksvelo elektromagnetinio lauko bangų forma susidarė dėl tikimybinių įvykių sankaupos. Ne dalelės, o matematinė forma buvo pastovi.

Nustatant lauką pagal specialųjį reliatyvumą, buvo galima numatyti visą elektromagnetinį lauką. Taip atsirado reliatyvistinė kvantinė lauko teorija (KFT). Iš elektromagnetinio lauko - tai reliatyvistinė kvantinė elektrodinamika (QED). Silpnasis ir elektromagnetinis laukai kartu - tai reliatyvistinė elektrovaros teorija (EWT). Stipriojo lauko atveju tai yra reliatyvistinė kvantinė chromodinamika (QCD). Iš viso tai tapo standartiniu dalelių fizikos modeliu.

Fizikos skyrius

Standartinį modelį prilyginus bendrajam reliatyvumo modeliui, kad būtų įtraukta masė, atsiranda begalybės tikimybių tankis. Manoma, kad tai neteisinga, nes įprastai tikimybė svyruoja nuo 0-1-0 % iki 100 % tikimybės. Kai kurie fizikai teoretikai įtaria, kad problema yra Standartiniame modelyje, kuriame kiekviena dalelė vaizduojama nulinio dydžio tašku, kuris iš principo gali būti be galo mažas. Tačiau kvantinėje fizikoje Planko konstanta yra mažiausias energijos vienetas, į kurį gali būti padalytas laukas, o tai galbūt yra užuomina apie mažiausią galimą dalelės dydį. Taigi siekiama kvantuoti gravitaciją - sukurti kvantinės gravitacijos teoriją.

Sistema

Stringas daro prielaidą, kad mikroskopiniu mastu Einšteino 4D erdvėlaikis yra Kalabio-Jau daugiakampių laukas, kurio kiekviename yra po 6 susuktus erdvės matmenis, taigi jis nėra išplėstas į 3 erdvės matmenis, kurie būdingi klasikinei sričiai. Stygų teorijoje kiekvieną kvantinę dalelę pakeičia 1D virpančios energijos styga, kurios ilgis lygus Planko ilgiui. Judėdama styga nusako plotį, todėl ji tampa 2D - pasaulio lakštu. Kai styga vibruoja ir juda 6D Kalabio-Jau erdvėje, ji tampa kvantine dalele. Taikant šį požiūrį, hipotetinis gravitonas, kuris, kaip prognozuojama, paaiškina bendrąjį reliatyvumą, atsiranda lengvai.

Teorijos

Stygų teorija prasidėjo kaip bozoninė stygų teorija, kurios 26 matmenys veikia kaip daug mažiau. Tačiau ji modeliavo tik bozonus, kurie yra energijos dalelės, o fermionus, kurie yra materijos dalelės, praleido. Taigi bozoninė stygų teorija negalėjo paaiškinti materijos. Tačiau bosoninę stygų teoriją papildžius supersimetrija, buvo gauti fermionai, ir stygų teorija tapo superstygų teorija, paaiškinančia ir materiją.

(Kvantinės lauko teorijos versijose, kurios apima supersimetriją (SUSY), kiekvienas bozonas turi atitinkamą fermioną, ir atvirkščiai. Tai reiškia, kad kiekviena energijos dalelė turi atitinkamą materijos dalelę, o kiekviena materijos dalelė turi atitinkamą energijos dalelę, tačiau nepastebimas partneris yra masyvesnis ir todėl supermasyvus. Šie superpartneriai gali atrodyti ekstravagantiška prognozė, tačiau daugelis teoretikų ir eksperimentatorių pasisako už supersimetrines standartinio modelio versijas, kurių lygtys kitu atveju turi būti ekstravagantiškai ir kartais savavališkai koreguojamos, kad išlaikytų prognozavimo sėkmę ar matematinį nuoseklumą, tačiau suderinus superpartnerius).

Nepatikrinta - nemoksliška?

Stygų teorijos teiginys, kad visos molekulės yra energijos stygos, sulaukė griežtos kritikos. Yra daugybė stygų teorijos versijų, tačiau nė viena iš jų neleidžia sėkmingai prognozuoti stebėjimų duomenų, kuriuos paaiškina standartinis modelis. Dabar žinoma, kad M teorija turi nesuskaičiuojamą daugybę sprendimų, dažnai numatančių keistus ir nežinomus egzistuojančius dalykus. Kai kas teigia, kad stygų teoretikai pasirenka tik norimas prognozes.

Teiginys, kad stygų teorija nepateikia jokių patikrinamų prognozių, yra klaidingas, nes ji pateikia daugybę prognozių. Jokia teorija - prognozuojantis ir galbūt paaiškinantis tam tikros gamtos reiškinių srities modelis - nėra patikrinama. Visos įprastinės fizikinės teorijos iki Standartinio modelio teigė apie nepastebimus gamtos pasaulio aspektus. Net standartinis modelis turi įvairių gamtos pasaulio interpretacijų. Kai naudojamas standartinis modelis, dažnai sukuriama jo versija su supersimetrija, padvigubinančia iki šiol dalelių fizikų nustatytų dalelių rūšių skaičių.

Niekas negali pažodžiui išmatuoti erdvės, tačiau Niutonas postulavo absoliučią erdvę ir laiką, o Niutono teorija pateikė aiškias prognozes, kurios buvo labai gerai patikrinamos ir sėkmingai prognozuojamos 200 metų, tačiau teorija vis tiek buvo falsifikuota kaip paaiškinanti gamtą. Fizikai pripažįsta, kad tokios traukos jėgos, tiesiogiai traukiančios materiją prie materijos, nėra, jau nekalbant apie tai, kad ši jėga akimirksniu keliauja per visatą. Nepaisant to, Niutono teorija tebėra mokslo paradigma.

Paslėpti matmenys?

Idėja apie paslėptą erdvės matmeniškumą gali atrodyti okultinė. Kai kurie kilpinės kvantinės gravitacijos teoretikai - kvantinės gravitacijos pretendentai - stygų teoriją laiko iš esmės klaidinga, nes daro prielaidą, kad erdvė apskritai turi formą, kol jos nesuformuoja dalelės. Kitaip tariant, jie neabejoja, kad erdvė įgauna įvairias formas, tik mano, kad dalelės lemia erdvės formą, o ne atvirkščiai. Bendrajame reliatyvume numatytas erdvėlaikio sūkurys akivaizdžiai pasitvirtino.

Jei Standartinis modelis, kuriame kvantinė dalelė vaizduojama kaip 0D taškas, aiškinamas kaip natūraliai teisingas, jau rodo, kad erdvėlaikis yra banguojančių formų jūra, kvantinė puta. Stygų teoretikai linkę manyti, kad gamta elegantiškesnė, o kilpų teoretikas Lee Smolinas šį įsitikinimą atmeta kaip romantišką, o biologijos moderniąją sintezę naudoja kaip retorinę priemonę. Eksperimentai, kuriais siekta aptikti papildomus erdvinius matmenis, iki šiol buvo nesėkmingi, tačiau vis dar yra tikimybė, kad gali atsirasti jų požymių.

Tiek daug sprendimų?

M teorija turi daugybę trilijonų sprendimų. Leonardas Suskindas, stygų teorijos lyderis, stygų teorijos sprendinių plastiškumą aiškina kaip paradoksalią paramą sprendžiant paslaptį, kodėl egzistuoja ši visata, nes M teorija rodo, kad ji yra tik bendro modelio, kuris visada duoda apytikslius rezultatus, variantas.

Bendrasis reliatyvumas atnešė daug atradimų, kurie 1915 m. buvo neįsivaizduojami, išskyrus fantastiką. Einšteino lygčių, kuriomis siekta paaiškinti kvantinių dalelių dinamiką, sprendinys - Einšteino-Roseno tiltas - numato trumpąjį kelią, jungiantį du tolimus erdvėlaikio taškus. Einšteino-Roseno tiltas, paprastai vadinamas kirmgrauža, kelia abejonių, bet nėra paneigtas, o tai rodo, kad ne visos teorijos pasekmės turi būti tikslios arba kad tikrovė yra gana keista ir nepastebima.

Daugybė pasaulių

Net standartinis dalelių fizikos modelis siūlo keistas galimybes, kurias populistiniai mokslo aprašymai arba praleidžia, arba pamini kaip nepaaiškinamas įdomybes. Teorijoje įprastai laikomasi Kopenhagos interpretacijos, pagal kurią laukas yra tik galimybė, bet nė viena iš jų nėra reali, kol stebėtojas ar prietaisas nesąveikauja su lauku, kurio banginė funkcija tada suyra ir lieka tik dalelių funkcija, o realios yra tik dalelės. Tačiau banginės funkcijos kolapsas buvo tik numanomas - nei eksperimentiškai patvirtintas, nei net matematiškai sumodeliuotas - ir nebuvo rasta jokių nuokrypių nei nuo banginės funkcijos kvantinėje srityje, nei nuo dalelių funkcijos klasikinėje srityje.

1957 m. Hju Everetas aprašė savo "santykinės būsenos" interpretaciją. H. Everetas teigė, kad banginė funkcija nesugriūva, o kadangi laikoma, kad visa materija ir sąveikos yra sudarytos iš kvantinių banginių dalelių, visi galimi kvantinio lauko variantai, kuriuos nurodo matematinės lygtys, yra realūs ir vienu metu vykstantys, tačiau skirtingi istorijos vyksmai. Pagal šią interpretaciją visa, kas sąveikauja su lauku, prisijungia prie lauko būsenos, kuri yra santykinė su stebėtojo būsena - pati savaime yra savo kvantinio lauko bangos forma, - o abu tiesiog sąveikauja universalioje bangos formoje, kuri niekada nesugriūva. Šiuo metu daugelis fizikų aiškina, kad akivaizdus perėjimas iš kvantinės į klasikinę sritį yra ne banginės funkcijos kolapsas, o kvantinė dekoherencija.

Dekoherencijos atveju sąveika su lauku perkelia stebėtoją tik į vieną kvantinio lauko determinantinę konsteliaciją, todėl visi stebėjimai atitinka šią naują, kombinuotą kvantinę būseną. Evereto tezė įkvėpė Daugelio pasaulių interpretaciją, pagal kurią mūsų visatoje numatoma virtualiai arba potencialiai begalė paralelinių pasaulių, kurie yra realūs, tačiau kiekvienas iš jų nuo kitų pasaulių nutolęs per mažą atstumą. Kadangi kiekvieno pasaulio bangos forma yra universali - ji nesugriūva, o matematiniai ryšiai yra invariantiški, lygiagretieji pasauliai paprasčiausiai užpildo tarpus ir nesusiliečia.

Daugybė visatų

Einšteinas abejojo, ar juodosios skylės, kaip numatyta Švarcšildo sprendime, yra tikros. Kai kurie dabar spėja, kad juodosios skylės kaip tokios neegzistuoja, bet yra tamsioji energija arba kad mūsų visata yra ir juodoji skylė, ir tamsioji energija. Einšteino lygčių Švarcšildo sprendinį galima maksimaliai išplėsti, kad būtų galima numatyti juodąją skylę, turinčią atvirkštinę pusę - kitą visatą, atsirandančią iš baltosios skylės. Galbūt mūsų visatos didysis sprogimas buvo pusė didžiojo sprogimo, kažkoks suirimas iki juodosios skylės ir mūsų visatos iššokimas iš kitos pusės kaip baltosios skylės.

Dalelės yra stygos?

Fizikai plačiai abejoja, ar kvantinės dalelės iš tiesų yra 0D taškai, kaip vaizduojama standartiniame modelyje, kuris siūlo formalizmą - matematinius prietaisus, kurių smūgiai prognozuoja dominančius reiškinius, gavus duomenis, o ne tuos reiškinius lemiančių mechanizmų aiškinimą. Vis dėlto stygų teoretikai linkę optimistiškai spėti, kad stygos yra ir realios, ir paaiškinančios, o ne tik prognozuojančios priemonės. Dabartiniai dalelių greitintuvai toli gražu nepajėgūs išstumti jokių tiriamųjų dalelių, kurių energija būtų pakankamai didelė, kad įveiktų pačios kvantinės dalelės energiją ir būtų galima nustatyti, ar ji yra styga. Tačiau šis apribojimas taip pat egzistuoja tikrinant kitas kvantinės gravitacijos teorijas. Tobulėjantys pasiekimai siūlo kitas kvantinių dalelių struktūros "stebėjimo" strategijas.

Paradoksalu, bet net jei bandymai patvirtintų, kad dalelės yra energijos stygos, tai vis tiek galutinai neįrodytų, kad dalelės yra stygos, nes gali būti ir kitų paaiškinimų, galbūt netikėtas erdvės iškraipymas, nors dalelė buvo 0D tikro kietumo taškas. Net ir tada, kai prognozės būna sėkmingos, egzistuoja daugybė galimų paaiškinimų - tai nepakankamo apibrėžtumo problema - ir mokslo filosofai, taip pat kai kurie mokslininkai nepripažįsta net nepriekaištingos prognozavimo sėkmės kaip sėkmingos teorijos paaiškinimų patvirtinimo, jei jie pateikiami kaip siūlantys mokslinį realizmą, teisingą gamtos pasaulio aprašymą.

Materija yra energija?

Kalbos apie dalelių fizikus, kurie tikrina teorijos fizikų numatytas daleles susidurdami daleles greitintuvuose, leidžia manyti, kad kvantinės dalelės yra mažytės Niutono dalelės, kurias eksperimentuotojai praskleidžia, kad atskleistų jų struktūrą. Vietoj to, susidūrus dviem dalelėms, kurių kiekviena turi tam tikrą masę, matuojamą energija elektronvoltuose, jos gali susijungti į tokios pat bendros masės ir (arba) energijos dalelę, o susidariusi dalelė "stebima", ar atitinka prognozę.

Fizikai nesutaria, kad visos dalelės yra energija. Kilpų teorijos šalininkai, kartais konkuruojantys su stygų teorija, teigia, kad pats erdvėlaikis virsta dalelėmis. Tai, kad materija yra specialus energijos variantas, buvo Einšteino specialiosios reliatyvumo teorijos pasekmė, po kurios Einšteinas formalizavo masės ir energijos ekvivalentiškumą E=mc2. Susidūrus pakankamai energingiems fotonams, jie gali susijungti ir sukelti materijos ir medžiagos kūrimą. Visos dalelės turi antidaleles, o materijos atomai turi antimaterijos antiatomus, kurių susijungimas anihiliuoja daleles ir materiją, palikdamas energiją.

Įkvepiantis pasiekimas yra veidrodinės simetrijos atradimas, pagal kurį Kalabio-Jau erdvės paprastai būna poromis, todėl sprendimai, kurie anksčiau buvo sudėtingi vienos stygos kraštutinių virpesių režime, gali būti išspręsti naudojant veidrodinės Kalabio-Jau erdvės geometriją priešingame diapazone.

Stygų teorija paprastai sprendžiama pasitelkiant konforminę lauko teoriją - kvantinę lauko teoriją 2D erdvėje. Patvirtinta, kad molekulės gali suirti į 2D erdvę. O elektronas, ilgą laiką laikytas elementaria dalele, akivaizdžiai skyla į tris vienetus, atskirai nešančius tris elektrono laisvės laipsnius, kai molekulės, kuriose yra elektronų, yra nukreipiamos 1D keliu.