jueves, 26 de septiembre de 2013

¿Puede la teoría de cuerdas predecir algo?

¿Qué es lo que pasa con la teoría de cuerdas? ¿por qué dice la gente que no tiene sentido? ¿Podemos predecir algo con ella? Como teórico con muchos amigos experimentalistas, estas cuestiones me asaltan todas al mismo tiempo, así que responderlas será mi reto.

Básicamente, la teoría de cuerdas dice que los elementos de materia más pequeños son de hecho unas pequeñas cuerdas, en contraste por ejemplo, con el Modelo Estandar, donde cada partícula se considera como un punto. Esto tiene muchas consecuencias interesantes, pero solo apuntaré los puntos esenciales necesarios para el camino.

Para esto es suficiente con creer que tan pronto como un quiere cuantizar esta cuerda, y con cuantizar me refiero a escribir una teoría mecánico-cuántica de la cuerda, uno rápidamente llega al resultado de que esta teoría de la que hablamos realmente tiene que convivir en 10 dimensiones, o 11 para la teoria M. Creo que la mejor manera de ver esto es decir "Necesitamos 10 dimensiones para que funciones las matemáticas" Para la gente con una base física,: una manera de verlo es que necesitamos 10 dimensiones para que algunas anomalías desaparezcan. De cualquier manera, ahora estamos con una teoría de 10 dimensiones ¿Cómo debemos enfocar estas dimensiones extra?

Matemáticamente es simple: Mientras que nosotros normalmente trabajas con coordenadas (x,y,z), ahora trabajamos con (x1, x2, x3, … , x10 ) como coordenadas. Físicamente es mucho más dificil, ya que el mundo tal y como lo observamos solo tiene 4 dimensiones, tres espaciales y el tiempo que también contamos como dimensión, sumando cuatro. La pregunta que surge es ¿A dónde han ido esas otras seis dimensiones? La teoría debería al menos tener en cuenta por qué no podemos ver esas seis dimensiones extra en nuestra vida diaria, o incluso en experimentos de alta energía como el LHC del CERN hasta ahora.

La respuesta es que pensamos que estas dimensiones extra están compactadas ¿Qué significa esto? Consideremos un círculo, por ejemplo. Si caminases a lo largo del círculo lo suficiente, terminarías en el mismo punto en que se empezó. Tal dirección de enrollado es lo que llamamos una dimensión compactada. La razón por la que no podemos ver estas dimensiones extra en nuestra vida diaria y experimentos es simplemente porque son demasiado pequeñas para que las notemos.

Ahora, para nuestra teoría de cuerdas, necesitamos compactar seis dimensiones. La cosa se pone interesante cuando intentamos compactar más de una dimensión. Por ejemplo, arrollemos dos dimensiones. No es complicado imaginar que la superficie de una esfera es el ejemplo de un objeto de dos dimensiones compacto, normalmente denominados objetos "colectores", pero la otra opción que tenemos es compactar objetos y la cantidad de opciones que podemos llevar a cabo incrementa radicalmente cuando intentamos compactar seis dimensiones (En realidad, lo anterior ha sido simplificado bastante, los teóricos de cuerda por ejemplo prefieren compactar las dimensiones extra en lo que se conoce como colectores Calabi-Yau)

Ahora, lo divertido es que para cada manera diferente de compactar dimensiones extra, las leyes de la Física, como en las constantes de acoplamiento, las interacciones e incluso el contenido de las partículas en nuestras cuatro dimensiones conocidas será diferente. Cada una de tales posibilidades es lo que llamanos un "vacío" de la teoría de cuerdas. El reto es por tanto, compactar dimensiones extra de tal manera que la teoría con la que terminemos debería parecerse al Modelo Estandar tal y como la conocemos ahora, quizás algunas partículas extra que no hemos descubierto aún. Se han descubierto bastantes de estas configuraciones que se parecen a nuestro Modelo Estandar.

Como nota, una de las constantes físicas que varía de un vacío a otro, es la constante cosmológica, y actualmente se está trabajando para hacer que esto funcione.

Ahora, el problema reside en la cantidad de vacio, o diferentes formas de compactar la teoría de cuerda a las cuatro dimensiones, que tiene la teoría de cuerdas. Este número exacto depende de a quién preguntes, pero normalmente se cita alrededor de 10500. ¡Esto es enorme! Es mayor que la cantidad de partículas en el universo. Y cada uno de estos vacíos corresponde a un tipo diferente de universo, ¡la mayoría ni siquiera se parecen al Modelo Estandar para nada! Pero entonces ¿qué significa el hecho de encontrar tan solo uno fuero de esos 10500 vacíos que se correspondiese completamente con el mundo y las leyes de la naturaleza que conocemos? Si pudiésemos elegir uno que nos gustara, ¿cómo puede la teoría predecir algo?

Honestamente, en este momento, nadie lo sabe. Alguna gente tiene algunas ideas: Quizás existen algunos principios dinámicos que apuntan exactamente al vacío correcto de la teoría de cuerdas en el que vivimos, y el universo no tiene elección. Quizás hay algún principio antropológico en marcha: Si el universo ha elegido vivir en otro vacío de la teoría de cuerdas, las leyes de la naturaleza sería muy diferente y no permitiría por ejemplo, que se formaran las estrellas y por tanto no estaríamos aquí para hacer esta pregunta.

En lugar de ponernos filosóficos, vayamos a la cuestión: ¿Por qué crear la teoría de cuerdas entonces? Dicha teoría tiene un gran poder, su maquinaria matemática. De hecho, la teoría de cuerdas nos enseñó mucho sobre las teorías de de campos cuánticos, como el Modelo Estandar, en general. También, arroja luz sobre la mecánica cuántica (y entropía) de los agujeros negros. Pero quizás la cosa más increible que reveló la teoría de cuerdas sería la correspondencia AdS/CFT.

Muy vagamente, la correspondecia AdS/CFT afirma que hay una relación, dualidad, entre una teoría de gravedad cuántica en algún espacio, y una teoría de campos, sin gravedad, que está viviendo en los límites de este mismo espacio. Por tanto, no solo se logra relacionar una teoría D-dimensional a una teoría (D 1)-dimensional, sino que relaciona también una teoría con gravedad a una teoría sin gravedad. Esta idea, nacida en la teoría de cuerdas, ha sido usada para calcular cosas en muchas otras ramas de la física, desde la QCD en las colisiones de iones pesados a los materiales superconductores. Así pues incluso si al final las partículas elementales no son pequeñas cuerdas, la teoría de cuerdas ya ha obtenido sus victorias, puramente por su maquinaria matemática, lo que nos han enseñado acerca de la Física y como podemos usar esto en otras ramas de la física.

Via Quantum Diaries

1 comentario:

  1. Gracias por el aporte, me imagino que cuando pones 10500 en realidad te refieres a 10 elevado a 500 no?

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