תורת המיתרים
תורת העל-מיתר

בתורת המיתר הבוזונית מספר בעיות, שהחשובות שבהן הן:
קיומו של טכיון, שהופך את התורה לבלתי עקבית (כלומר, יש בה סתירה פנימית).
החלקיקים היחידים הקיימים בה הם בוזונים, בעוד שבטבע קיימים גם פרמיונים.
תורת המיתר הבוזוני מתארת את הפיזיקה בקני מידה קטנים מאוד, מסדר גודל של אורך המיתר, שעשוי להיות קטן כמו אורך פלאנק. לא ניתן לדעת כיצד הניבויים שלה יבואו לידי ביטוי בקני המידה שאותם ניתן למדוד (למשל, ייתכן שבקני מידה תת-אטומיים, שהם גדולים בהרבה מקני המידה של תורת המיתר הבוזוני, יהיו חלקיקים שונים לגמרי מאלה שהיא חוזה).
שלוש הבעיות הללו נפתרות על ידי תורת העל-מיתר. בתורה זו, קיימים ביריעת העולם שדות נוספים מלבד אלה המתארים את מיקומו של המיתר. אפשר לחשוב על שדות אלה כמייצגים "חיצים" במרחב-זמן, כלומר מצבו של כל מיתר מוגדר לא רק לפי מיקומו ותנועתו במרחב-זמן, אלא גם לפי חיצים שאפשר לצייר עליו, כאשר בכל נקודה חץ שיכול להצביע למקום אחר.
השדות המתארים את החצים הם פרמיוניים - זאת כיוון שבכל נקודה יש רק "חץ" אחד (בדומה לחלקיקים פרמיונים - לא יכולים להיות שני חלקיקים מאותו סוג ואותו מצב באותה נקודה).
קיימת סימטריה בין השדות המתארים חיצים אלה, לבין השדות המתארים את מיקומו של המיתר. כיוון שהראשונים הם פרמיוניים והאחרונים הם בוזוניים, הסימטריה המקשרת ביניהם היא סימטריית-על (סופרסימטריה), ומכאן השם "תורת העל-מיתר". יריעת העולם במקרה כזה נקראת "סופרסימטרית".
למעשה קיימות מספר גרסאות של תורות על-מיתר, אבל להלן נעסוק בחמש החשובות שבהן, שלהן תכונות משותפות רבות.
ספקטרום תורת העל-מיתר:
העובדה שקיימים שדות נוספים על המיתר מאפשרת את קיומם של חלקיקים נוספים ביחס לתורה הבוזונית, חלקיקים שהם פרמיונים (בדומה לשדות החדשים). לפיכך, התורה יכולה לכלול את כל החלקיקים המוכרים.
בין חלקיקים אלה לבוזונים מתקיימת סימטריה, שגם היא סימטריית-על (סופרסימטריה). כלומר: לא רק יריעת העולם היא "סופרסימטרית", אלא גם המרחב-זמן הוא "סופרסימטרי".
כמו כן, לא קיים טכיון (זאת כיוון שהשדות הנוספים אינם מאפשרים למיתר "לקרוס" לנקודה), ולפיכך אין בתורה סתירה פנימית.
תכונות המרחב-זמן:
במרחב שטוח חייבים להיות עשרה ממדים, ולא 26 כמו בתורה הבוזונית.
כמו כן, המרחב-זמן הוא, כאמור, סופרסימטרי. מתכונותיה של סימטריית-העל נובע, שהפיזיקה בקני המידה של אורך המיתר תהיה דומה לפיזיקה בקני מידה גדולים הרבה יותר, כלומר הניבויים של תורת העל-מיתר יהיו ישימים גם לקני מידה שקרובים לאלה שאנו מסוגלים למדוד כיום.
אפקטים לא הפרעתיים:
כמו בתורה הבוזונית, גם בתורה זו קיימות ממברנות דיריכלה, ודואליות מסוגים שונים.
ישנן חמש וריאציות עיקריות של תורת העל-מיתר:
טיפוס I - כוללת הן מיתרים פתוחים והן סגורים. במרחב-זמן קיימת סימטריית-על אחת.
טיפוס IIA - בתורה זו המיתרים הפתוחים חייבים להיות צמודים לממברנות דיריכלה שהן חד-ממדיות, תלת-ממדיות, או בעלות חמישה, שבעה או תשעה ממדים (כולל ממד הזמן). כמו כן יש בה מיתרים סגורים. במרחב-זמן קיימות שתי סימטריות-על, כלומר יש מספר כפול של פרמיונים ביחס לטיפוס I.
טיפוס IIB - בתורה זו המיתרים הפתוחים חייבים להיות צמודים לממברנות דיריכלה שהן דו-ממדיות, ארבע-ממדיות, או בעלות שישה או שמונה ממדים (כולל ממד הזמן). כמו כן יש בה מיתרים סגורים. גם כאן במרחב-זמן קיימות שתי סימטריות-על.
מוכלאים O - כוללת מיתרים סגורים בלבד. במרחב-זמן קיימת סימטריית-על אחת.
מוכלאים E - כוללת מיתרים סגורים בלבד. במרחב-זמן קיימת סימטריית-על אחת.
ידוע מה כל אחת מהתורות הללו מנבאות רק במקרה שקבוע הצימוד בין המיתרים קטן, כלומר רק אם הסיכוי שמיתרים יתפצלו ויתאחדו הוא קטן. ואולם, כשם שהמיתרים עצמם יכולים לשנות את מבנה המרחב-זמן (כאשר הם במצב של גרביטונים), כך הם יכולים לגרום לשינויים בקבוע הצימוד (כאשר הם במצב של חלקיק הקרוי דילאטון). כלומר, המיתרים עצמם יכולים להשפיע על הסיכוי שהם יתפצלו או יתאחדו. לפיכך, אי אפשר להניח מראש שהסיכוי לכך הוא קטן.