Segue il resoconto scientifico della "madre di tutte le teorie". Il testo sottostante è tratto dall'enciclopedia virtuale Wikipedia.

La teoria delle stringhe è una teoria della fisica che ipotizza che la materia, l'energia e in alcuni casi lo spazio e il tempo siano in realtà la manifestazione di entità fisiche sottostanti, chiamate appunto "stringhe" (o "brane"). La teoria delle stringhe è un modello fisico i cui costituenti fondamentali sono oggetti ad una dimensione (le stringhe) invece che di dimensione nulla (i punti) caratteristici della fisica anteriore alla teoria delle stringhe. Per questa ragione le teorie di stringa sono capaci di evitare i problemi di una teoria fisica connessi alla presenza di particelle puntiformi. Uno studio più approfondito della teoria delle stringhe ha rivelato che gli oggetti descritti dalla teoria possono essere di varie dimensioni e quindi essere punti (zero dimensioni), stringhe (una dimensione), membrane (due dimensioni) e oggetti di dimensioni superiori. Il termine "teoria delle stringhe" si riferisce propriamente sia alla teoria bosonica a ventisei dimensioni che alla teoria supersimmetrica a dieci dimensioni. Tuttavia, nell'uso comune "teoria delle stringhe" si riferisce alla variante supersimmetrica, mentre la teoria anteriore va sotto il nome di "teoria bosonica delle stringhe".

L'interesse della teoria risiede nel fatto che si spera che possa essere una "teoria del tutto", ossia una teoria che inglobi tutte le forze fondamentali. E' una soluzione percorribile per la gravità quantistica e in più può descrivere in modo naturale le interazioni elettromagnetiche e le altre interazioni fondamentali. La teoria supersimmetrica include anche i fermioni, i blocchi costituenti la materia. Non si conosce ancora se la teoria sia capace di descrivere un universo con le stesse caratteristiche di forze e materia di quello osservato finora. Ad un livello più concreto, la teoria delle stringhe ha originato progressi nella matematica dei nodi, negli spazi di Calabi-Yau e in molti altri campi. Gli sviluppi di maggior impatto della matematica degli ultimi anni sono nati dallo studio della teoria delle stringhe, la quale ha anche gettato maggior luce sulle teorie di gauge supersimmetrico, un argomento che include possibili estensioni del modello standard. Se da un lato comprendere i dettagli delle teorie delle stringhe e delle superstringhe richiede la conoscenza di una matematica abbastanza sofisticata, alcune proprietà qualitative delle stringhe quantistiche possono essere capite in modo abbastanza intuitivo. Per esempio, le stringhe sono soggette a tensione, più o meno come le tradizionali corde degli strumenti: questa tensione è considerata un parametro fondamentale della teoria. La tensione della stringa è strettamente collegata alla sua dimensione. Si consideri una stringa chiusa ad anello, libera di muoversi nello spazio senza essere soggetta a forze esterne: la sua tensione tenderà a farla contrarre in un anello sempre più stretto. L'intuizione classica suggerisce che essa potrebbe ridursi ad un punto, ma questo contraddirebbe il "principio di indeterminazione" di Werner Karl Heisenberg (1901-1976), ovvero che non è possibile conoscere simultaneamente posizione e quantità di moto di un dato oggetto con precisione arbitraria. La dimensione caratteristica della stringa sarà quindi determinata dall'equilibrio fra la forza di tensione, che tende a renderla più piccola, e l'effetto di indeterminazione, che tende a mantenerla "allargata". Di conseguenza, la dimensione minima della stringa deve essere collegata alla sua tensione. Una caratteristica interessante della teoria delle stringhe è che essa predice il numero di dimensioni che l'universo dovrebbe avere. Né la teoria dell'elettromagnetismo di James Clerk Maxwell (1831-1879) né la teoria della relatività di Albert Einstein (1879-1955) dicono nulla sull'argomento: entrambe le teorie richiedono che i fisici inseriscano "a mano" il numero delle dimensioni. Invece, la teoria delle stringhe consente di calcolare il numero di dimensioni dello spazio-tempo dai suoi principi base. Tecnicamente, questo accade perché il principio di invarianza di Lorentz può essere soddisfatto solo in un certo numero di dimensioni. Più o meno questo equivale a dire che se misuriamo la distanza fra due punti e poi ruotiamo il nostro osservatore di un certo angolo e misuriamo di nuovo, la distanza osservata rimane la stessa solo se l'universo ha un preciso numero di dimensioni. Il solo problema è che quando si esegue questo calcolo, il numero di dimensioni dell'universo non è quattro, come ci si potrebbe attendere (tre assi spaziali e uno temporale), bensì ventisei. Più precisamente, le teorie bosoniche implicano ventisei dimensioni, mentre le superstringhe e le teorie-M risultano richiedere dieci o undici dimensioni.

Comunque, questi modelli sembrano in contraddizione con i fenomeni osservati. I fisici di solito risolvono questo problema in uno di due diversi modi. Il primo consiste nel compattare le dimensioni extra: cioè, si suppone che le sei o sette dimensioni extra producano effetti fisici su un raggio così piccolo da non poter essere rilevate nelle nostre osservazioni sperimentali. Senza aggiungere i flussi, riusciamo ad ottenere la risoluzione del modello a sei dimensioni con gli spazi di Calabi-Yau. In sette dimensioni, essi sono chiamati "varietà G2" e in otto "varietà Spin". In sostanza, queste dimensioni extra vengono matematicamente compattate con successo facendole ripiegare su sé stesse. Un'analogia molto usata per questo è di considerare lo spazio multidimensionale come un tubo di gomma per il giardino. Se guardiamo il tubo da una certa distanza, esso sembra avere una sola dimensione, la sua lunghezza: questo corrisponde alle quattro dimensioni macroscopiche cui siamo abituati normalmente. Se però ci avviciniamo al tubo, scopriamo che esso ha anche una seconda dimensione, la sua circonferenza. Questa dimensione extra è visibile solo se siamo vicini al tubo, proprio come le dimensioni extra degli spazi di Calabi-Yau sono visibili solo a distanze estremamente piccole, e quindi non sono facilmente osservabili. Un'altra possibilità è che noi siamo bloccati in un sottospazio a 3+1 dimensioni dell'intero universo, ove il 3+1 ci ricorda che il tempo è una dimensione di tipo diverso dallo spazio. Siccome questa idea implica oggetti matematici chiamati D-brane (il cui nome è dovuto al matematico belga Johann Peter Gustav Lejeune Dirichlet, 1805-1859), essa è nota come "teoria Braneworld". In entrambi i casi la gravità, agendo nelle dimensioni nascoste, produce altre forze non gravitazionali, come l'elettromagnetismo. In linea di principio, quindi, è possibile dedurre la natura di queste dimensioni extra imponendo la congruenza con il modello standard, ma questa non è ancora una possibilità pratica.

Tutt'oggi, la teoria delle stringhe non è verificabile, anche se ci sono buone speranze che le nuove misurazioni di spettro di frequenza delle anisotropie della radiazione di fondo possano dare le prime conferme indirette. Indubbiamente non è l'unica teoria in sviluppo a soffrire di questa difficoltà: qualunque nuovo sviluppo può passare attraverso una fase di non verificabilità prima di essere definitivamente accettato o respinto. Come Richard Phillips Feynman (1918-1988) scrive ne Il carattere della legge fisica, il test chiave di una teoria scientifica è verificare se le sue conseguenze siano in accordo con le misurazioni ottenute sperimentalmente. Non importa chi abbia inventato la teoria, quale sia il suo nome e neanche quanto la teoria possa essere esteticamente attraente: se essa non è in accordo con la realtà sperimentale, essa è sbagliata. Nessuna versione della teoria delle stringhe ha avanzato una previsione che differisca da quelle di altre teorie, almeno non in una maniera che si possa verificare sperimentalmente. In questo senso, la teoria delle stringhe è ancora in uno "stato larvale": essa possiede molte caratteristiche di interesse matematico, e può davvero diventare estremamente importante per la nostra comprensione dell'universo, ma richiede ulteriori sviluppi prima di poter diventare verificabile. Questi sviluppi possono essere nella teoria stessa, come nuovi metodi per eseguire i calcoli e derivare le predizioni, o possono consistere in progressi nelle scienze sperimentali, che possono rendere misurabili quantità che al momento non lo sono. Da un punto di vista più matematico, un altro problema è che, come nella teoria quantistica dei campi, la maggior parte della teoria delle stringhe è ancora formulata solo perturbativamente, cioè come una serie di approssimazioni piuttosto che come un'esatta soluzione. Sebbene le tecniche non perturbative siano considerevolmente progredite, manca tuttavia una completa definizione non perturbativa della teoria. Un altro problema è che la teoria non descrive un solo universo, ma qualcosa come 10⁵⁰⁰ universi, ciascuno dei quali può avere diverse leggi fisiche e costanti.

L'uomo non possiede la tecnologia per osservare le stringhe, in quanto dai modelli matematici dovrebbero avere dimensioni intorno alla lunghezza di Planck, circa 10^-35 metri. Potremmo alla fine essere in grado di osservare le stringhe in maniera significativa, o almeno ottenere informazioni sostanziali osservando fenomeni cosmologici che possano chiarire gli aspetti della fisica delle stringhe. In particolare, visti i dati dell'esperimento WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, satellite della NASA lanciato il 30 giugno 2001 alle 15:46 la cui missione è osservare il cielo e misurare la temperatura della radiazione lasciata dal Big Bang), si suppone che gli esperimenti del Plank dovrebbero far luce sulle condizioni iniziali dell'universo, misurando con estrema precisione le anisotropie del fondo a microonde. Nei primi anni Duemila, i teorici delle stringhe hanno riportato in auge un vecchio concetto: la stringa cosmica. Le stringhe cosmiche, originariamente introdotte negli anni Ottanta, sono oggetti differenti da quelli delle teorie delle superstringhe. Per alcuni anni le stringhe cosmiche sono state un modello molto in voga per spiegare i vari fenomeni cosmici, ad esempio come si sono formate le galassie nelle prime epoche dell'universo. Comunque, esperimenti successivi, ed in particolare più precise misurazioni della radiazione cosmica di fondo, non sono stati in grado di confermare le ipotesi del modello delle stringhe cosmiche che per questo motivo furono abbandonate. Alcuni anni più tardi è stato osservato che l'universo in espansione può aver "stirato" una stringa "fondamentale" (del tipo che viene ipotizzato nella teoria delle superstringhe) fino ad allungarla a dimensioni galattiche. Una stringa così allungata può assumere molte delle proprietà della stringa del "vecchio" tipo, rendendo attuali ed utili i precedenti calcoli. Inoltre, le moderne teorie delle superstringhe ipotizzano altri oggetti che potrebbero facilmente essere interpretati come stringhe cosmiche, ad esempio le D1-brane (dette anche D-stringhe) monodimensionali fortemente allungate. Come fa notare il fisico teorico Thomas Walter Bannerman Kibble, << I cosmologi delle teorie delle stringhe hanno scoperte stringhe cosmiche rovistando in ogni dove nel sottobosco. >> Le precedenti proposte metodologiche per ricercare le stringhe cosmiche possono essere ora utilizzate per investigare la teoria delle superstringhe. Ad esempio, gli astronomi hanno anche riscontri numerosi di cosa potrebbe essere la lente gravitazionale indotta da stringhe. Superstringhe, D-brane ed altri tipi di stringhe stirate fino alla scala intergalattica emettono onde gravitazionali che potrebbero essere rilevate utilizzando esperimenti del tipo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, "osservatorio interferometro laser delle onde gravitazionali", cofondato nel 1984 da Kip Stephen Thorne e Rainer Weiss). Esse possono anche provocare lievi irregolarità nella radiazione cosmica di fondo ancora impossibili da rilevare ma probabilmente osservabili in un prossimo futuro.

Sebbene intriganti, queste prospettive cosmologiche sono carenti sotto un punto di vista: la verifica sperimentale di una teoria richiede che i test siano in grado, in via di principio, di "rendere falsa" la teoria stessa. Per esempio, se si osservasse che il Sole durante un'eclissi solare non deflette la luce a causa della sua interazione gravitazionale, la teoria della relatività generale di Einstein sarebbe dimostrata erronea (naturalmente escludendo la possibilità di un errore nell'esperimento). Il fatto di non trovare stringhe cosmiche non dimostrerebbe che la teoria delle stringhe è fondamentalmente sbagliata ma solo che è sbagliata l'idea specifica di una stringa fortemente allungata a livello cosmico. Sebbene si possano fare, in via teorica, numerose misurazioni che dimostrino che la teoria delle stringhe è valida, fino ad ora gli scienziati non hanno escogitato dei test rigorosi. Nel gennaio 2007, ricercatori dell'Università della California a San Diego, della Carnegie Mellon University e dell'Università del Texas ad Austin hanno sviluppato un test per la teoria delle stringhe: esso si basa sulla misura della diffusione dei bosoni W quando vengono fatti collidere con opportuni bersagli. Il test dovrebbe essere svolto all'interno del Large Hadron Collider (LHC, il nuovo acceleratore di particelle in costruzione presso il CERN di Ginevra per collisioni tra protoni e ioni pesanti. Si servirà di un tunnel di ventisette chilometri costruito per il Large Electron Positron collider e userà campi magnetici di circa otto Tesla, sfruttando magneti superconduttori raffreddati ad elio liquido alla temperatura di due Kelvin), l'unico acceleratore di particelle in grado di fornire l'energia necessaria per l'esperimento.