Moshe Rozali, fizyk z University of British Columbia, wyjaśnia.
Liczby te wydają się być wyróżnione w poszukiwaniu fundamentalnej teorii materii. Im bardziej zgłębia się fundamentalną strukturę materii, tym prostsze wydają się rzeczy. W rozwoju nowych teorii, które mogą objąć obecne, naukowcy szukają więcej prostoty w postaci symetrii. Poza tym, że jest elegancka, symetria jest użyteczna w ograniczaniu liczby konkurujących modeli. Im więcej symetrii jest, tym mniej modeli, które pasują do tej symetrii istnieje.
Jedna użyteczna taka symetria nazywa się supersymetria, która łączy materię w postaci fermionów z nośnikami siły w postaci bozonów. Jest to elegancka symetria łącząca pozornie różne aspekty naszego wszechświata. Choć symetria ta jest wciąż teoretyczna, Wielki Zderzacz Hadronów, który ma zacząć działać pod koniec dekady, będzie jej poszukiwał doświadczalnie. Fermiony i bozony różnią się właściwością znaną jako spin. W jednostkach kwantowych fermiony mają spin połówkowy, a bozony spin całkowity. Supersymetria wiąże ze sobą spiny cząstek różniących się o połowę. Na przykład, elektron, który ma spin , ma partnera zwanego selektronem, który ma spin 0; w tym sensie elektron i selektron są lustrzanymi odbiciami. W tym sensie elektron i selektron są lustrzanymi odbiciami. Wszystkie ich właściwości są ze sobą powiązane przez symetrię. Tak samo bozon i fermion mogą być powiązane w tej symetrii.
Ale może istnieć więcej niż jedna supersymetria, tak jak istnieje więcej niż jeden sposób ustawienia lustra. Pojedyncza supersymetria łączy bozon z fermionem. Jeśli istnieją inne takie symetrie, to łączą one więcej bozonów i fermionów, a tym samym unifikują więcej aspektów naszego wszechświata. Na przykład, z dodatkową supersymetrią, elektron i selektron miałyby dodatkowych partnerów o spinie 0 i 1. Symetria ograniczałaby również formę, w jakiej ci partnerzy mogą ze sobą oddziaływać.
Ostatecznie jednak, zbyt wiele symetrii upraszcza teorię do tego stopnia, że staje się ona trywialna. Wszystkie cząstki nie są w stanie oddziaływać ze sobą ani z naszymi urządzeniami pomiarowymi. Z pewnością nie jest to dobra rzecz do skonstruowania dla teoretyka, więc celem jest uzyskanie jak największej ilości symetrii, która wciąż pozwala na interesującą fizykę.
Przewodnikiem w tym dążeniu jest twierdzenie opracowane przez fizyków Stevena Weinberga i Edwarda Wittena, które dowodzi, że teorie zawierające cząstki o spinie większym niż 2 są trywialne. Pamiętajmy, że każda supersymetria zmienia spin o połowę. Jeśli chcemy, aby spin był pomiędzy -2 a 2, nie możemy mieć więcej niż osiem supersymetrii. Powstała w ten sposób teoria zawiera bozon o spinie 2, który jest właśnie tym, co jest potrzebne do przeniesienia siły grawitacji i tym samym zjednoczenia wszystkich oddziaływań fizycznych w jednej teorii. Teoria ta – zwana N=8 supergrawitacją – jest maksymalnie symetryczną teorią możliwą w czterech wymiarach i jest przedmiotem intensywnych badań od lat 80-tych XX wieku.
Inny rodzaj symetrii występuje wtedy, gdy obiekt pozostaje taki sam pomimo obracania go w przestrzeni. Ponieważ w pustej przestrzeni nie ma preferowanego kierunku, obroty w trzech wymiarach są symetryczne. Załóżmy, że wszechświat miał kilka dodatkowych wymiarów. Doprowadziłoby to do powstania dodatkowych symetrii, ponieważ w takiej rozszerzonej przestrzeni byłoby więcej sposobów na obrót obiektu niż w naszej przestrzeni trójwymiarowej. Dwa obiekty, które wyglądają inaczej z naszego punktu widzenia w trzech widzialnych wymiarach, mogą być w rzeczywistości tym samym obiektem, obróconym w różnym stopniu w przestrzeni o wyższych wymiarach. Dlatego wszystkie właściwości tych pozornie różnych obiektów będą ze sobą powiązane; po raz kolejny prostota leżałaby u podstaw złożoności naszego świata.
Te dwa rodzaje symetrii wyglądają bardzo różnie, ale współczesne teorie traktują je jako dwie strony tej samej monety. Obroty w przestrzeni bardziej wymiarowej mogą zmienić jedną supersymetrię w drugą. Zatem ograniczenie na liczbę supersymetrii nakłada ograniczenie na liczbę dodatkowych wymiarów. Limitem okazuje się być 6 lub 7 wymiarów oprócz czterech wymiarów długości, szerokości, wysokości i czasu, przy czym obie możliwości dają dokładnie osiem supersymetrii (M-teoria jest propozycją dalszego ujednolicenia obu przypadków). Każda większa liczba wymiarów skutkowałaby zbyt dużą supersymetrią i zbyt prostą strukturą teoretyczną, aby wyjaśnić złożoność świata przyrody.