La teoría de cuerdas es la teoría del todo. Teoría de cuerdas en lenguaje sencillo

La física teórica es oscura para muchos, pero al mismo tiempo es de suma importancia en el estudio del mundo que nos rodea. La tarea de cualquier físico teórico es construir un modelo matemático, una teoría capaz de explicar ciertos procesos en la naturaleza.

Necesidad

Como saben, las leyes físicas del macrocosmos, es decir, el mundo en el que existimos, difieren significativamente de las leyes de la naturaleza en el microcosmos, dentro del cual viven los átomos, las moléculas y las partículas elementales. Un ejemplo sería un principio difícil de entender llamado dualismo de ondas carpusculares, según el cual los microobjetos (electrones, protones y otros) pueden ser tanto partículas como ondas.

Como nosotros, los físicos teóricos quieren describir el mundo de una manera concisa y comprensible, que es la vocación principal de la teoría de cuerdas. Con su ayuda, es posible explicar algunos procesos físicos, tanto a nivel de macrocosmos como a nivel de microcosmos, lo que lo hace universal, uniendo otras teorías previamente no relacionadas (relatividad general y mecánica cuántica).

esencia

Según la teoría de cuerdas, el mundo entero no está construido a partir de partículas, como se cree hoy, sino de objetos infinitamente delgados de 10 a 35 m de largo, que tienen la capacidad de oscilar, lo que nos permite hacer una analogía con las cuerdas. Con la ayuda de un complejo mecanismo matemático, estas vibraciones pueden asociarse a la energía, y por tanto a la masa, es decir, cualquier partícula surge como resultado de uno u otro tipo de vibración de una cuerda cuántica.

Problemas y características

Como cualquier teoría no confirmada, la teoría de cuerdas tiene una serie de problemas que indican que debe mejorarse. Estos problemas incluyen, por ejemplo, los siguientes: como resultado de los cálculos, matemáticamente hubo un nuevo tipo de partículas que no pueden existir en la naturaleza: los taquiones, cuyo cuadrado de masa es menor que cero, y la velocidad de movimiento excede la velocidad de luz.

Otro problema importante, o más bien característica, es la existencia de la teoría de cuerdas solo en un espacio de 10 dimensiones. ¿Por qué percibimos otras dimensiones? “Los científicos han llegado a la conclusión de que, a escalas muy pequeñas, estos espacios colapsan y se cierran por sí solos, por lo que no podemos determinarlos.

Desarrollo

Hay dos tipos de partículas: fermiones, partículas de materia, y bosones, portadores de interacción. Por ejemplo, un fotón es un bosón que transporta interacción electromagnética, un gravitón es gravitacional o el mismo bosón de Higgs que propaga la interacción con el campo de Higgs. Entonces, si la teoría de cuerdas solo tuvo en cuenta los bosones, entonces la teoría de supercuerdas también tuvo en cuenta los fermiones, lo que hizo posible deshacerse de los taquiones.

La versión final del principio de supercuerdas desarrollado por Edward Witten se denomina "teoría m", según la cual se debe introducir una 11ª dimensión para unificar todas las diferentes versiones de la teoría de supercuerdas.

En esto, quizás, podamos terminar. Físicos teóricos de todo el mundo están trabajando diligentemente para resolver problemas y mejorar el modelo matemático existente. Tal vez pronto seremos finalmente capaces de entender la estructura del mundo que nos rodea, pero mirando hacia atrás en el volumen y la complejidad de lo anterior, es obvio que la descripción resultante del mundo no será comprensible sin una cierta base de conocimiento en el campo de la física y las matemáticas.

teoría de supercuerdas

Brevemente sobre la teoría de supercuerdas

¡Esta teoría parece tan descabellada que, muy posiblemente, sea correcta!

Varias versiones Las teorías de cuerdas se ven hoy como los principales contendientes por el título de una teoría universal integral que explica la naturaleza de todas las cosas. Y esto es una especie de Santo Grial de los físicos teóricos involucrados en la teoría de las partículas elementales y la cosmología. Teoría universal (también conocida como teoría del todo) contiene solo unas pocas ecuaciones que combinan la totalidad del conocimiento humano sobre la naturaleza de las interacciones y propiedades de los elementos fundamentales de la materia a partir de la cual se construye el Universo. Hoy en día, la teoría de cuerdas se ha combinado con el concepto supersimetría, resultando en el nacimiento teoría de supercuerdas, y hoy esto es lo máximo que se ha logrado en términos de unificar la teoría de las cuatro interacciones principales (fuerzas que actúan en la naturaleza). La propia teoría de la supersimetría ya se ha construido sobre la base de a priori concepto moderno, según el cual cualquier interacción remota (de campo) se debe al intercambio de partículas-portadores de interacción del tipo correspondiente entre partículas que interactúan (Modelo Estándar). Para mayor claridad, las partículas que interactúan pueden considerarse los "ladrillos" del universo y las partículas portadoras: el cemento.

En el marco del modelo estándar, los quarks actúan como bloques de construcción y los portadores de interacción son bosones de calibre, que estos quarks intercambian entre sí. La teoría de la supersimetría va aún más lejos y establece que los quarks y los leptones en sí mismos no son fundamentales: todos consisten en estructuras de materia (ladrillos) aún más pesadas y no descubiertas experimentalmente, unidas por un "cemento" aún más fuerte de partículas superenergéticas, portadoras de energía. interacciones que los quarks en hadrones y bosones. Naturalmente, en condiciones de laboratorio, ninguna de las predicciones de la teoría de la supersimetría ha sido verificada hasta el momento, sin embargo, los hipotéticos componentes ocultos del mundo material ya tienen nombres, por ejemplo, seelectron(compañero supersimétrico de un electrón), squark etc. La existencia de estas partículas, sin embargo, está inequívocamente predicha por teorías de este tipo.

La imagen del Universo que ofrecen estas teorías, sin embargo, es bastante fácil de visualizar. En escalas del orden de 10 a 35 m, es decir, 20 órdenes de magnitud menor que el diámetro del mismo protón, que incluye tres quarks ligados, la estructura de la materia difiere de lo que estamos acostumbrados incluso a nivel elemental. partículas A distancias tan pequeñas (y con energías de interacción tan altas que es impensable) la materia se convierte en una serie de ondas estacionarias de campo, temas similares que se excitan en las cuerdas de los instrumentos musicales. Como una cuerda de guitarra, en tal cuerda, además del tono fundamental, muchos matices o Armónicos. Cada armónico tiene su propio estado de energía. De acuerdo a principio de relatividad(Teoría de la Relatividad), la energía y la masa son equivalentes, lo que significa que cuanto mayor sea la frecuencia de la vibración de la onda armónica de una cuerda, mayor será su energía y mayor será la masa de la partícula observada.

Sin embargo, si una onda estacionaria en una cuerda de guitarra se visualiza de manera bastante simple, las ondas estacionarias propuestas por la teoría de las supercuerdas son difíciles de visualizar; el hecho es que las supercuerdas vibran en un espacio que tiene 11 dimensiones. Estamos acostumbrados a un espacio de cuatro dimensiones, que contiene tres dimensiones espaciales y una temporal (izquierda-derecha, arriba-abajo, adelante-atrás, pasado-futuro). En el espacio de las supercuerdas, las cosas son mucho más complicadas (ver recuadro). Los físicos teóricos eluden el resbaladizo problema de las dimensiones espaciales "extra" argumentando que están "ocultas" (o, lenguaje científico en otras palabras, "compactar") y por lo tanto no se observan en energías ordinarias.

Más recientemente, la teoría de cuerdas se ha desarrollado aún más en la forma teoría de las membranas multidimensionales- de hecho, estas son las mismas cuerdas, pero planas. Como bromeó casualmente uno de sus autores, las membranas difieren de las cuerdas de la misma manera que los fideos difieren de los fideos.

Eso, quizás, es todo lo que se puede decir brevemente sobre una de las teorías, no sin razón que reclama hoy el título de la teoría universal de la Gran Unificación de todas las interacciones de fuerza. Por desgracia, esta teoría no está exenta de pecado. En primer lugar, todavía no se ha llevado a una forma matemática rigurosa debido a la insuficiencia del aparato matemático para ponerlo en estricta correspondencia interna. Han pasado 20 años desde que nació esta teoría, y nadie ha sido capaz de armonizar consistentemente algunos de sus aspectos y versiones con otros. Aún más desagradable es el hecho de que ninguno de los teóricos que proponen la teoría de cuerdas (y, especialmente, supercuerdas) ha ofrecido hasta ahora un solo experimento en el que estas teorías puedan probarse en el laboratorio. Por desgracia, me temo que hasta que hagan esto, todo su trabajo seguirá siendo un extraño juego de fantasía y un ejercicio para comprender el conocimiento esotérico fuera de la corriente principal de las ciencias naturales.

Introducción a las supercuerdas

traducción de Sergey Pavlyuchenko

La teoría de cuerdas es una de las teorías más apasionantes y profundas de la física teórica moderna. Desafortunadamente, esto sigue siendo algo bastante difícil de entender, que solo puede entenderse desde el punto de vista de la teoría cuántica de campos. El conocimiento de las matemáticas, como la teoría de grupos, la geometría diferencial, etc., no perjudicará la comprensión. Así, para la mayoría, sigue siendo una "cosa en sí misma".

Esta introducción pretende ser una breve introducción "legible" a los conceptos básicos de la teoría de cuerdas para aquellos que estén interesados. Desafortunadamente, tendremos que pagar con rigor y exhaustividad por la disponibilidad de la exposición. Esperamos que le brinde respuestas a las preguntas más simples sobre la teoría de cuerdas y que sienta la belleza de esta área de la ciencia.

La teoría de cuerdas es un campo de conocimiento en desarrollo dinámico hasta el día de hoy; cada día trae algo nuevo sobre ella. Hasta el momento, no sabemos exactamente si la teoría de cuerdas describe nuestro Universo y en qué medida. Pero ella bien puede describirlo, como se puede ver en esta revisión.

La versión original está en http://www.sukidog.com/jpierre/strings/index.html.

¿Por qué exactamente la teoría de cuerdas?

Aunque el Modelo Estándar describe la mayoría de los fenómenos que podemos observar utilizando los aceleradores modernos, todavía quedan muchas preguntas sin respuesta sobre la Naturaleza. El objetivo de la física teórica moderna es precisamente unificar las descripciones del universo. Históricamente, este camino es bastante exitoso. Por ejemplo, la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein combinó la electricidad y el magnetismo en una fuerza electromagnética. El trabajo ganador del Premio Nobel de 1979 de Glashow, Weinberg y Salam muestra que las fuerzas electromagnética y débil pueden combinarse en la electrodébil. Además, hay muchas razones para creer que todas las fuerzas dentro del Modelo Estándar finalmente se unen. Si comenzamos a comparar las interacciones fuerte y electrodébil, entonces tendremos que ir a regiones de energías cada vez más altas hasta que se igualen en fuerza en la región de GeV. La gravedad se unirá a energías del orden de .

El objetivo de la teoría de cuerdas es precisamente explicar el signo " ? " en el diagrama de arriba.

La escala de energía característica de la gravedad cuántica se denomina masa de Planck y se expresa en términos de la constante de Planck, la velocidad de la luz y la constante gravitacional de la siguiente manera:

Se puede suponer que, en su forma final, la teoría de cuerdas proporcionará respuestas a las siguientes preguntas:

• ¿Cuál es el origen de las 4 fuerzas de la Naturaleza que conocemos?
• ¿Por qué las masas y las cargas de las partículas son exactamente como son?
• ¿Por qué vivimos en un espacio con 4 dimensiones espaciales?
• ¿Cuál es la naturaleza del espacio-tiempo y la gravedad?

  Fundamentos de la teoría de cuerdas

  Estamos acostumbrados a pensar en las partículas elementales (como un electrón) como objetos puntuales de dimensión 0. Algo más general es la noción cuerdas fundamentales como objetos unidimensionales. Son infinitamente delgados y su longitud es del orden de . Pero esto es simplemente insignificante en comparación con las longitudes con las que generalmente tratamos, por lo que podemos suponer que son casi puntuales. Pero como veremos, su naturaleza de cuerda es bastante importante.

  Las cadenas son abierto y cerrado. A medida que se mueven a través del espacio-tiempo, cubren una superficie llamada hoja del mundo.

  

  Estas cuerdas tienen ciertos modos vibratorios que determinan los números cuánticos inherentes a la partícula, como la masa, el espín, etc. La idea básica es que cada modo lleva un conjunto de números cuánticos correspondientes a un determinado tipo de partícula. Esta es la unificación final: todas las partículas se pueden describir a través de un objeto: ¡una cuerda!

  Como ejemplo, considere una cadena cerrada que se ve así:

  Tal cuerda corresponde a la sin masa gravitón con giro 2 - a una partícula que lleva interacción gravitatoria. Por cierto, esta es una de las características de la teoría de cuerdas: naturalmente e inevitablemente incluye la gravedad como una de las interacciones fundamentales.

  Las cadenas interactúan dividiéndose y fusionándose. Por ejemplo, la aniquilación de dos cadenas cerradas en una cadena cerrada se ve así:

  
  

  Tenga en cuenta que la superficie de la hoja mundial es una superficie lisa. De aquí se sigue otra "buena" propiedad de la teoría de cuerdas: no contiene una serie de divergencias inherentes a la teoría cuántica de campos con partículas puntuales. Diagrama de Feynman para el mismo proceso

  

  contiene una singularidad topológica en el punto de interacción.

  Si "pegamos" dos interacciones de cadenas más simples, obtenemos un proceso en el que dos cadenas cerradas interactúan a través de la unión en una cadena cerrada intermedia, que luego se divide nuevamente en dos:
  

  Esta contribución principal al proceso de interacción se llama aproximación de árbol. Para calcular las amplitudes mecánicas cuánticas de los procesos utilizando teoría de la perturbación, agregue contribuciones de procesos cuánticos de órdenes superiores. La teoría de la perturbación da buenos resultados a medida que las contribuciones se hacen cada vez más pequeñas a medida que usamos órdenes cada vez más altos. Incluso si calcula solo los primeros diagramas, puede obtener resultados bastante precisos. En la teoría de cuerdas, los órdenes más altos corresponden a más agujeros (o "asas") en las hojas del mundo.
  
  

  Lo bueno de este enfoque es que cada orden de la teoría de perturbaciones corresponde a un solo diagrama (por ejemplo, en la teoría de campos con partículas puntuales, el número de diagramas crece exponencialmente en órdenes superiores). La mala noticia es que los cálculos exactos de diagramas con más de dos agujeros son muy difíciles debido a la complejidad del aparato matemático que se utiliza cuando se trabaja con este tipo de superficies. La teoría de la perturbación es muy útil para estudiar procesos con acoplamiento débil, y la mayoría de los descubrimientos en el campo de la física de partículas elementales y la teoría de cuerdas están relacionados con ella. Sin embargo, todo esto aún está lejos de terminar. Las respuestas a las preguntas más profundas de la teoría pueden obtenerse sólo después de que se haya completado la descripción exacta de esta teoría.

  D-branas

  Las cadenas pueden tener condiciones de contorno completamente arbitrarias. Por ejemplo, una cadena cerrada tiene condiciones de contorno periódicas (la cadena "se mete en sí misma"). Las cadenas abiertas pueden tener dos tipos de condiciones de contorno: las condiciones Neumann Y condiciones Dirichlet. En el primer caso, el extremo de la cuerda es libre de moverse, sin embargo, sin quitar impulso. En el segundo caso, el extremo de la cuerda puede moverse a lo largo de una variedad. Esta variedad se llama D-brana o Dp-brana(cuando se usa la segunda notación, "p" es un número entero que caracteriza el número de dimensiones espaciales de la variedad). Un ejemplo son dos cuerdas con uno o ambos extremos unidos a una D-brane o D2-brane bidimensional:

  

  Las D-branas pueden tener un número de dimensiones espaciales desde -1 hasta el número de dimensiones espaciales de nuestro espacio-tiempo. Por ejemplo, en la teoría de las supercuerdas hay 10 dimensiones: 9 espaciales y una temporal. Así, en supercuerdas, lo máximo que puede existir es una D9-brana. Tenga en cuenta que en este caso los extremos de las cuerdas están fijos en una variedad que cubre todo el espacio, por lo que pueden moverse por todas partes, ¡así que se impone la condición de Neumann! En el caso de p=-1, todas las coordenadas espaciales y temporales son fijas, y tal configuración se llama instantáneo o D-instantón. Si p = 0, entonces todas las coordenadas espaciales son fijas y el final de la cuerda solo puede existir en un solo punto en el espacio, por lo que las branas D0 a menudo se denominan partículas D. De manera similar, las branas D1 se denominan cuerdas D. Por cierto, la palabra "brana" en sí misma proviene de la palabra "membrana", que se llama branas bidimensionales o 2-branas.

  En realidad, las D-branas son dinámicas, pueden fluctuar y moverse. Por ejemplo, interactúan gravitacionalmente. En el siguiente diagrama, puedes ver cómo una cuerda cerrada (en nuestro caso, un gravitón) interactúa con una brana D2. De particular interés es el hecho de que, tras la interacción, una cuerda cerrada se abre con ambos extremos en la D-brana.
  
  
  Entonces, ¡la teoría de cuerdas es más que solo teoría de cuerdas!

  Medidas adicionales

  Las supercuerdas existen en un espacio-tiempo de 10 dimensiones, mientras que nosotros vivimos en 4 dimensiones. Y si las supercuerdas describen nuestro Universo, necesitamos conectar de alguna manera estos dos espacios. Para ello, colapsaremos 6 medidas a un tamaño muy pequeño. Si, en este caso, el tamaño de la dimensión compacta resulta ser del orden del tamaño de las cadenas (), entonces, debido a la pequeñez de esta dimensión, simplemente no podemos verla directamente de ninguna manera. En última instancia, obtendremos nuestro espacio de (3 + 1) dimensiones, en el que cada punto de nuestro Universo de 4 dimensiones corresponde a un pequeño espacio de 6 dimensiones. Esto se muestra muy esquemáticamente en la siguiente imagen:

  

  En realidad es bastante vieja idea, que se remonta al trabajo de Kaluza y Klein en la década de 1920. El mecanismo descrito anteriormente se denomina Teoría de Kaluza-Klein o compactación. El trabajo de Kaluza en sí mismo muestra que si tomamos la relatividad en el espacio-tiempo de 5 dimensiones, luego envolvemos una dimensión en un círculo, ¡obtenemos un espacio-tiempo de 4 dimensiones con relatividad más electromagnetismo! Y esto sucede debido al hecho de que el electromagnetismo es Teoría de calibre U (1). U(1) es el grupo de rotaciones alrededor de un punto en el plano. El mecanismo de Kaluza-Klein da una interpretación geométrica simple de este círculo: esta es la misma quinta dimensión plegada. Aunque las medidas plegadas son pequeñas para la detección directa, pueden tener un significado físico profundo. [Se filtró completamente accidentalmente a la prensa, el trabajo de Kaluza y Klein causó mucho debate sobre la quinta dimensión.]

  ¿Cómo podemos saber si realmente existen dimensiones extra y cómo podemos "sentirlas", teniendo aceleradores con energías suficientemente altas? Se sabe por la mecánica cuántica que si el espacio es periódico, entonces el momento está cuantizado: , mientras que si el espacio es ilimitado, entonces el rango de valores del momento es continuo. Si se reduce el radio de compactación (el tamaño de las dimensiones adicionales), aumentará el rango de valores de momento permitidos. Así es como se obtiene la torre de los estados de impulso: la torre de Kaluza Klein.

  

  Y si el radio del círculo se toma muy grande ("descompactamos" la medida), entonces el rango de posibles valores de impulso será bastante estrecho, pero será "casi continuo". Tal espectro será similar al espectro de masas del mundo sin compactaciones. Por ejemplo, los estados que no tienen masa en un número mayor de dimensiones en un número menor de dimensiones se verán exactamente como la torre de estados descrita anteriormente. Entonces se debe observar un "conjunto" de partículas con masas equidistantes entre sí. Es cierto que para "ver" las partículas más masivas se necesitan aceleradores mucho mejores que los que tenemos actualmente.

  Las cuerdas tienen otra propiedad notable: pueden "enrollarse" alrededor de una dimensión compactada, lo que conduce a la apariencia modificaciones giratorias en el espectro de masas. Una cadena cerrada puede envolver una dimensión compactada un número entero de veces. De manera similar al caso Kaluza-Klein, contribuyen al impulso como . La diferencia esencial radica precisamente en otra conexión con el radio de compactación. En este caso, para pequeñas dimensiones extra, ¡los modos de inversión se vuelven muy fáciles!
  
  

  Ahora tenemos que pasar a nuestro espacio de 4 dimensiones. Para esto necesitamos una teoría de supercuerdas de 10 dimensiones en una variedad compacta de 6 dimensiones. Naturalmente, en este caso, la imagen descrita anteriormente se vuelve más compleja. La forma más fácil es asumir que todas estas 6 dimensiones son 6 círculos, por lo que son un toro de 6 dimensiones. Además, tal esquema hace posible preservar la supersimetría. Se cree que también existe algo de supersimetría en nuestro espacio de 4 dimensiones a escalas de energía del orden de 1 TeV (es en estas energías que la supersimetría se ha buscado recientemente en los aceleradores modernos). Para preservar la supersimetría mínima, N = 1 en 4 dimensiones, se debe compactar en una variedad especial de 6 llamada Colector de Calabi-Yau.

  Las propiedades de las variedades de Calabi-Yo pueden tener aplicaciones importantes en la física de baja energía: para las partículas que observamos, sus masas y números cuánticos, y para el número de generaciones de partículas. El problema aquí es que, en general, hay una gran variedad de variedades de Calabi-Yo, y no sabemos cuál usar. En este sentido, teniendo de hecho una teoría de cuerdas de 10 dimensiones, obtenemos que una teoría de 4 dimensiones no se convierte de ninguna manera en la única posible, al menos en nuestro (todavía incompleto) nivel de comprensión. La "gente de cuerdas" (científicos que trabajan en el campo de las teorías de cuerdas) esperan que con una teoría de cuerdas no perturbativa completa (una teoría que NO se basa en las perturbaciones descritas un poco más arriba), podamos explicar cómo el universo pasó de la física de 10 dimensiones , que puede haber tenido lugar durante el período de alta energía inmediatamente después del Big Bang, a la física de 4 dimensiones, de la que nos ocupamos ahora. [En otras palabras, encontraremos una única variedad de Calabi-Yo.] Andrew Strominger demostró que las variedades de Calabi-Yo pueden relacionarse continuamente entre sí mediante transiciones conifold y así es posible moverse entre diferentes variedades de Calabi-Yo cambiando los parámetros de la teoría. Pero esto sugiere la posibilidad de que diferentes teorías 4D que surjan de diferentes variedades de Calabi-Yo sean diferentes fases de la misma teoría.

  Dualidad

  Las cinco teorías de supercuerdas descritas anteriormente resultan ser muy diferentes desde el punto de vista de la teoría perturbativa débilmente acoplada (la teoría de la perturbación desarrollada anteriormente). Pero, de hecho, como resultó en los últimos años, todos están conectados por varias dualidades de cuerdas. Llamemos a la teoría doble si describen la misma fisica.

  El primer tipo de dualidad que discutiremos aquí es T-dualidad. Este tipo de dualidad conecta una teoría compactada sobre un círculo de radio, con una teoría compactada sobre un círculo de radio. Por lo tanto, si en una teoría el espacio se pliega en un círculo de pequeño radio, en otra se pliega en un círculo de gran radio, ¡pero ambos describirán la misma física! Las teorías de supercuerdas de tipo IIA y tipo IIB están conectadas a través de la dualidad T, las teorías heteróticas SO(32) y E8 x E8 también están conectadas a través de ella.

  Otra dualidad que consideraremos - S-dualidad. En pocas palabras, esta dualidad relaciona el límite de acoplamiento fuerte de una teoría con el límite de acoplamiento débil de otra teoría. (Tenga en cuenta que las descripciones débilmente acopladas de las dos teorías pueden ser muy diferentes). Por ejemplo, la teoría de cuerdas heterótica SO(32) y la teoría de tipo I son S-dual en 10 dimensiones. Esto significa que en el límite de acoplamiento fuerte SO(32), la teoría Heterótica se transforma en la teoría Tipo I en el límite de acoplamiento débil y viceversa. Se puede encontrar evidencia de una dualidad entre los límites fuerte y débil comparando los espectros de los estados de luz en cada uno de los patrones y encontrando que concuerdan entre sí. Por ejemplo, la teoría de cuerdas de Tipo I tiene una cuerda D que es pesada cuando está débilmente unida y ligera cuando es fuerte. Esta cuerda D lleva los mismos campos de luz que la hoja de mundo de la cuerda heterótica SO(32), por lo que cuando la teoría de Tipo I está muy fuertemente acoplada, la cuerda D se vuelve muy ligera, y simplemente veremos que la descripción se vuelve tan bien como a través de una cuerda heterótica débilmente acoplada. Otra S-dualidad en 10 dimensiones es la auto-dualidad de las cadenas IIB: el límite de cadena IIB fuertemente acoplado es simplemente otra teoría IIB, pero débilmente acoplada. La teoría IIB también tiene una cuerda en Re (aunque más supersimétrica que las cuerdas en Re de Tipo I, por lo que la física es diferente aquí) que se vuelve ligera cuando está fuertemente acoplada, pero esta cuerda en Re también es la otra cuerda fundamental de la teoría. y Tipo IIB.

  

  Las dualidades entre las diversas teorías de cuerdas son evidencia de que todas son simplemente diferentes límites de la misma teoría. Cada uno de los límites tiene su aplicabilidad, y diferentes límites diferentes descripciones intersecarse. Que es esto teoría M se muestra en la imagen? ¡Sigue leyendo!

  teoría M

  A bajas energías, la teoría M se describe mediante una teoría llamada supergravedad de 11 dimensiones. Esta teoría tiene una membrana y cinco branas como solitones, pero no cuerdas. ¿Cómo podemos obtener las cuerdas que ya amamos aquí? Es posible compactar una teoría M de 11 dimensiones en un círculo de radio pequeño para obtener una teoría de 10 dimensiones. Entonces, si nuestra membrana tuviera la topología de un toro, al doblar uno de estos círculos, ¡obtendremos una cuerda cerrada! En el límite donde el radio es muy pequeño, obtenemos una supercuerda Tipo IIA.

  

  Pero, ¿cómo sabemos que la teoría M en un círculo producirá una supercuerda de tipo IIA y no IIB o supercuerdas heteróticas? La respuesta a esta pregunta se puede obtener tras un minucioso análisis de los campos sin masa que obtenemos como resultado de la compactación de la supergravedad de 11 dimensiones sobre un círculo. Otra prueba simple podría ser encontrar que la D-brana de la teoría M es exclusiva de la teoría IIA. Recuerde que la teoría IIA contiene las branas D0, D2, D4, D6, D8 y una cinco branas NS. La siguiente tabla resume todo lo anterior:
  

  Aquí se omiten las branas D6 y D8. La brana D6 se puede interpretar como un "monopolo de Kaluza-Klein", que es una solución especial para la supergravedad de 11 dimensiones cuando se compacta en un círculo. La brana D8 no tiene una interpretación clara en términos de la teoría M, y esta sigue siendo una pregunta abierta.

  Otra forma de obtener una teoría consistente de 10 dimensiones de u es la compactación de la teoría M de u en un pequeño intervalo. Esto significa que asumimos que una de las dimensiones (la 11) tiene una longitud finita. En este caso, los extremos del segmento definen los límites de 9 dimensiones espaciales. En estos límites es posible construir una membrana abierta. Dado que la intersección de la membrana con el límite es una cuerda, se puede ver que el "volumen mundial" (worldvolume) de (9 + 1) dimensiones puede contener cuerdas que "sobresalen" de la membrana. Después de todo esto, para evitar anomalías, es necesario que cada uno de los límites lleve un grupo de ancho E8. Por lo tanto, si hacemos que el espacio entre los límites sea muy pequeño, obtenemos una teoría de 10 dimensiones con cuerdas y un grupo calibre E8 x E8. ¡Y esta es la cadena heterótica E8 x E8!

  

  Así, considerando diferentes condiciones y diferentes dualidades entre las teorías de cuerdas, llegaremos a la conclusión de que la base de todo esto es una teoría: teoría M. Al mismo tiempo, cinco teorías de supercuerdas y la supergravedad de 11 dimensiones son sus límites clásicos. Inicialmente, intentamos obtener las teorías cuánticas correspondientes "expandiendo" los límites clásicos utilizando la teoría perturbativa (teoría de la perturbación). Sin embargo, la teoría perturbativa tiene sus límites de aplicabilidad, por lo que al estudiar los aspectos no perturbativos de estas teorías, usando dualidades, supersimetría, etc. llegamos a la conclusión de que todos están unidos por una sola teoría cuántica. Esta singularidad es muy atractiva, por lo que se está trabajando en la construcción de una teoría M cuántica completa. pleno funcionamiento.
  
  

  Agujeros negros

  La descripción clásica de la gravedad, la Teoría General de la Relatividad (GR), contiene soluciones llamadas "agujeros negros" (BH). Hay bastantes tipos de agujeros negros, pero todos muestran propiedades generales similares. El horizonte de eventos es una superficie en el espacio-tiempo que, en términos simples, separa la región dentro de un agujero negro de la región fuera de él. La atracción gravitatoria de los agujeros negros es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, que ha penetrado por debajo del horizonte, puede escapar. Por lo tanto, los agujeros negros clásicos solo pueden describirse utilizando parámetros como la masa, la carga y el momento angular.

  (explicación del diagrama de Penrose a)

  Los agujeros negros son buenos laboratorios para estudiar teorías de cuerdas, ya que los efectos de la gravedad cuántica son importantes incluso para agujeros negros bastante grandes. ¡Los agujeros negros no son realmente "negros" porque irradian! Utilizando argumentos semiclásicos, Stephen Hawking demostró que los agujeros negros irradian radiación térmica desde su horizonte. Dado que la teoría de cuerdas es, entre otras cosas, también una teoría de la gravedad cuántica, es capaz de describir de forma consistente los agujeros negros. Y luego están los agujeros negros que satisfacen la ecuación de movimiento de las cuerdas. Estas ecuaciones son similares a las de GR, pero tienen algunos campos adicionales que vienen de las cadenas. En las teorías de supercuerdas, existen soluciones especiales del tipo BH, que también son supersimétricas en sí mismas.

  Uno de los resultados más espectaculares de la teoría de cuerdas fue la obtención de una fórmula para entropía de bekenstein-hawking Un agujero negro derivado de considerar los estados de cuerda microscópicos que forman un agujero negro. Bekenstein señaló que los agujeros negros obedecen a la "ley del área", dM = K dA, donde "A" es el área del horizonte y "K" es una constante de proporcionalidad. Dado que la masa total de un agujero negro es su energía en reposo, la situación es muy similar a la termodinámica: dE = T dS, que demostró Bekenstein. Hawking mostró más tarde en una aproximación semiclásica que la temperatura de un agujero negro es T = 4k, donde "k" es una constante llamada "gravedad superficial". Por lo tanto, la entropía del agujero negro se puede reescribir como . Además, Strominger y Vafa demostraron recientemente que esta fórmula para la entropía se puede obtener microscópicamente (hasta un factor de 1/4) utilizando la degeneración de los estados cuánticos de cuerdas y D-branas correspondientes a ciertas BH supersimétricas en la teoría de cuerdas ii. Por cierto, las D-branas dan una descripción a distancias pequeñas como en el caso de una conexión débil. Por ejemplo, los BH considerados por Strominger y Vafa se describen mediante 5-branas, 1-branas y cuerdas abiertas que "viven" en una 1-brana, todas plegadas en un toro de 5 dimensiones, dando efectivamente un objeto de 1 dimensión. el agujero negro.

  

  En este caso, la radiación de Hawking se puede describir en el marco de la misma estructura, pero si las cuerdas abiertas pueden "viajar" en ambas direcciones. Las cuerdas abiertas interactúan entre sí y la radiación se emite en forma de cuerdas cerradas.

  

  Cálculos precisos muestran que para los mismos tipos de agujeros negros, la teoría de cuerdas da las mismas predicciones que la supergravedad semiclásica, incluida una corrección no trivial dependiente de la frecuencia llamada "parámetro de gris" ( factor de cuerpo gris).

  ¿Gravedad cuántica descubierta en la Tierra?
  

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  Explicación:¿Existen porciones separadas de la gravedad? La teoría conocida como mecánica cuántica describe las leyes que gobiernan el universo a pequeñas distancias, mientras que la teoría general de la relatividad de Einstein explica la naturaleza de la gravedad y el universo a grandes escalas. Hasta ahora, no se ha creado ninguna teoría que pueda combinarlos. La investigación realizada recientemente en Francia puede haber demostrado que la gravedad es un campo cuántico. Se afirma que campo gravitacional de la tierra mostró su naturaleza cuántica. En un experimento realizado por Valery Nezvizhevsky y sus colegas en , se demostró que los neutrones superfríos que se mueven en un campo gravitacional se detectan solo a alturas discretas. Los científicos de todo el mundo están esperando la confirmación independiente de estos resultados. La figura muestra, en colores falsos, la superficie que se puede formar durante la evolución de una cuerda unidimensional. Al describir las partículas elementales como pequeñas cuerdas, muchos físicos están trabajando para lograr una verdadera teoría cuántica de la gravedad.

  (Nota del editor: Los experimentos de físicos franceses y rusos descritos en esta nota, publicada en naturaleza, 415 , 297 (2002) no tiene nada que ver con gravedad cuántica. su explicacion(ambos proporcionados por los autores de los experimentos, así como publicados en New Scientist y Physicsweb.org) completamente diferente.

  Los experimentadores buscan nuevas fuerzas predichas por las teorías de supercuerdas

  Investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder lograron realizar el experimento más sensible hasta la fecha, evaluando la interacción gravitatoria entre masas separadas por solo el doble del grosor de un cabello humano, pero no observaron ninguna de las nuevas fuerzas predichas.

  Los resultados obtenidos permiten excluir algunas versiones de la teoría de supercuerdas, en las que el parámetro correspondiente de la acción de nuevas fuerzas a partir de medidas "plegadas" está en el rango de 0,1 a 0,01 mm.

  En la teoría de cuerdas o supercuerdas, la teoría de cuerdas, considerada el enfoque más prometedor para la tan esperada gran unificación: una descripción única de todas las fuerzas y la materia conocidas, se supone que todo en el universo está formado por pequeños bucles de cuerdas vibrantes. Según varias versiones de la teoría de las supercuerdas, debe haber al menos seis o siete dimensiones espaciales adicionales además de las tres que tenemos disponibles, y los teóricos creen que estas dimensiones adicionales se pliegan en pequeños espacios. Esta "compactación" da lugar a los llamados campos de módulos, que describen el tamaño y la forma de las dimensiones plegadas en cada punto del espacio-tiempo.

  Las regiones de módulos tienen efectos comparables en fuerza a la gravedad ordinaria y, según predicciones recientes, ya pueden detectarse a distancias del orden de 0,1 mm. El límite de sensibilidad alcanzado en experimentos anteriores permitió probar la fuerza de atracción entre dos masas separadas por solo 0,2 mm, por lo que la pregunta quedó abierta. Sin embargo, permanece abierto hasta el día de hoy.

  "Si estas fuerzas realmente existen, ahora sabemos que deberían manifestarse a distancias más pequeñas que las que probamos", explica el jefe del laboratorio, el profesor John Price de la Universidad de Colorado (John Price). "Sin embargo, estos resultados en en sí mismos no refutan la teoría ii.Solo hay que tener en cuenta que habrá que buscar el efecto a distancias más cortas y utilizar ajustes con una mayor sensibilidad.” Además, los investigadores aseguran que tales experimentos en sí mismos no pretenden confirmar o refutar la teoría de las supercuerdas. "Las ideas que estamos probando son solo algunos de los posibles escenarios inspirados en cuerdas, no predicciones precisas de la teoría en sí”, dijo John Price a Space.com. "Todavía no hay forma de que la teoría de cuerdas haga predicciones precisas de este tipo". y yo diría que nadie sabe si la teoría de cuerdas alguna vez será capaz de hacer eso". Sin embargo, los experimentos a distancias más cortas aún pueden "agregar más parches al tejido de la física", y por lo tanto es muy importante continuar con este tipo de investigación, porque "algo nuevo y 'muy fundamental' puede descubrirse".

  La configuración experimental de los investigadores de la Universidad de Colorado, llamada resonador de alta frecuencia (high-frequency resonator), constaba de dos placas delgadas de tungsteno (20 mm de largo y 0,3 mm de espesor). Uno de estos discos se hizo oscilar a una frecuencia de 1000 Hz. Los movimientos de la segunda placa, provocados por el impacto de la primera, fueron medidos por electrónica muy sensible. Estamos hablando de fuerzas medidas en femtonewtons (10-15 N), o alrededor de una millonésima parte del peso de un grano de arena. La fuerza de gravedad que actúa a distancias tan pequeñas resultó ser bastante tradicional, descrita por la conocida ley de Newton.

  El profesor Price propone continuar con los experimentos para tratar de medir fuerzas a distancias aún más cortas. Para dar el siguiente paso, los experimentadores de Colorado quitaron la pantalla de zafiro chapada en oro entre las tiras de tungsteno que bloqueaban fuerzas electromagnéticas, y reemplácelo con una lámina de berilio-cobre más delgada, lo que permite que las masas se acerquen más. También planean enfriar la configuración experimental para reducir la interferencia de las fluctuaciones térmicas.

  Independientemente del destino de la teoría de supercuerdas, las ideas de dimensiones extra, introducidas hace casi cien años (en ese momento muchos físicos se rieron de ellas), se están volviendo extremadamente populares debido a la crisis de los modelos físicos estándar que son incapaces de explicar nuevas observaciones. . Entre los hechos más atroces está la expansión acelerada del Universo, que tiene muchas confirmaciones. Una nueva fuerza misteriosa, hasta ahora llamada energía oscura, está separando nuestro cosmos, actuando como una especie de antigravedad. Nadie sabe qué fenómeno físico subyace a esto. Lo que los cosmólogos saben es que mientras la gravedad mantiene unidas a las galaxias a nivel "local", fuerzas misteriosas las separan. acerca de escala más grande.

  La energía oscura puede explicarse por las interacciones entre las dimensiones, las que vemos y las que aún están ocultas para nosotros, según creen algunos teóricos. En la reunión anual de la AAAS (Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia) celebrada en Denver a principios de este mes, los cosmólogos y físicos más respetados expresaron un cauto optimismo al respecto.

  "Hay una vaga esperanza de que el nuevo enfoque resuelva todo el conjunto de problemas a la vez", dice el físico Sean Carroll, profesor asistente en la Universidad de Chicago.

  Todos estos problemas se agrupan inevitablemente en torno a la gravedad, cuya fuerza fue calculada por Newton hace más de tres siglos. La gravedad fue la primera de las fuerzas fundamentales que se describió matemáticamente, pero sigue siendo la menos comprendida. La mecánica cuántica, desarrollada en los años 20 del siglo pasado, describe bien el comportamiento de los objetos a nivel atómico, pero no es muy amiga de la gravedad. El caso es que aunque la gravedad actúa a grandes distancias, sigue siendo muy débil en comparación con las otras tres fuerzas fundamentales (interacciones electromagnética, fuerte y débil que dominan el microcosmos). Se espera que la comprensión de la gravedad a nivel cuántico vincule la mecánica cuántica con una descripción completa de otras fuerzas.

  En particular, los científicos no pudieron determinar durante mucho tiempo si la ley de Newton (la proporcionalidad inversa de la fuerza al cuadrado de la distancia) es válida a distancias muy pequeñas, en el llamado mundo cuántico. Newton desarrolló su teoría para las distancias astronómicas, como las interacciones del Sol con los planetas, pero ahora resulta que también es válida en el microcosmos.

  "Lo que está sucediendo ahora mismo en física de partículas, física gravitacional y cosmología recuerda mucho a la época en que la mecánica cuántica comenzó a unificarse", dice Maria Spiropulu, investigadora de la Universidad de Chicago, organizadora del taller AAAS sobre física extradimensional (física de dimensiones extra).

  Por primera vez fue posible medir la velocidad de la gravedad

  

  El físico ruso Sergei Kopeikin, quien trabaja en la Universidad de Missouri en Columbia, y el estadounidense Edward Fomalont del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia, dijeron que por primera vez pudieron medir la velocidad de la gravedad con una precisión aceptable. Su experimento confirma la opinión de la mayoría de los físicos: la velocidad de la gravedad es igual a la velocidad de la luz. Esta idea subyace en las teorías modernas, incluida la Teoría General de la Relatividad de Einstein, pero hasta ahora nadie ha podido medir esta cantidad directamente en un experimento. El estudio fue publicado el martes en la reunión 201 de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Seattle. Los resultados se enviaron previamente para su publicación en una revista científica, pero fueron criticados por algunos expertos. El propio Kopeikin considera infundadas las críticas.

  La teoría de la gravedad de Newton asume que la fuerza de la gravedad se transmite instantáneamente, pero Einstein sugirió que la gravedad viaja a la velocidad de la luz. Este postulado se convirtió en uno de los fundamentos de su Teoría de la Relatividad en 1915.

  La igualdad de la velocidad de la gravedad y la velocidad de la luz significa que si el Sol desapareciera repentinamente del centro sistema solar, la Tierra permanecería en su órbita durante unos 8,3 minutos más, el tiempo que tarda la luz en viajar desde el Sol hasta la Tierra. Después de esos pocos minutos, la Tierra, sintiéndose libre de la gravedad del Sol, abandonaría su órbita y volaría hacia el espacio en línea recta.

  ¿Cómo se puede medir la "velocidad de la gravedad"? Una forma de resolver este problema es tratar de detectar ondas gravitacionales, pequeñas "ondas" en el continuo espacio-tiempo, que divergen de cualquier masa acelerada. En muchos ya se han construido diversas instalaciones para la captación de ondas gravitacionales, pero ninguno de ellos hasta ahora ha podido registrar tal efecto debido a su excepcional debilidad.

  Kopeikin fue por el otro lado. Reescribió las ecuaciones de la Relatividad General de tal manera que expresara el campo gravitacional de un cuerpo en movimiento en términos de su masa, velocidad y velocidad de la gravedad. Se decidió utilizar a Júpiter como un cuerpo masivo. Un caso bastante raro se presentó en septiembre de 2002, cuando Júpiter pasó frente a un quásar (este tipo de eventos ocurren aproximadamente una vez cada 10 años), que emite intensas ondas de radio. Kopeikin y Fomalont combinaron los resultados de las observaciones de una docena de radiotelescopios en diferentes partes el mundo, desde Hawái hasta Alemania (usando los radiotelescopios de 25 metros del Observatorio Nacional de Radioastronomía y el instrumento alemán de 100 metros en Effelsberg) para medir el cambio aparente más pequeño en la posición de un cuásar causado por la curvatura de las ondas de radio de esta fuente en el campo gravitatorio de Júpiter. Al investigar la naturaleza del impacto del campo gravitatorio de Júpiter sobre las ondas de radio que pasan, conociendo su masa y velocidad, es posible calcular la velocidad de la gravedad.

  El trabajo conjunto de los radiotelescopios terrestres ha permitido alcanzar una precisión 100 veces mayor que la que se puede lograr con el Telescopio Espacial Hubble. Los desplazamientos medidos en el experimento fueron muy pequeños: los cambios en la posición del cuásar (se midió la distancia angular entre él y el cuásar de referencia) estaban dentro de las 50 millonésimas de segundo de arco. El equivalente de tales medidas podría ser el tamaño de un dólar de plata en la Luna o el grosor de un cabello humano desde una distancia de 250 millas, dicen los astrónomos (las fuentes occidentales, aparentemente, no pensaron en prestar atención al significado del ruso). apellido de uno de los autores de los estudios, de lo contrario no estarían comparando tamaños con un dólar, sino con nuestra unidad monetaria...).

  El resultado obtenido: la gravedad se transmite a partir de 0,95 de la velocidad de la luz, el posible error del experimento es de más o menos 0,25. "Ahora sabemos que la velocidad de la gravedad es probablemente igual a la velocidad de la luz. Y podemos descartar con seguridad cualquier resultado que sea el doble de ese valor", dijo Fomalont.

  Steven Carlip, profesor de física en la Universidad de California, dice que el experimento es una "buena demostración" del principio de Einstein. Él dice que el experimento fue precedido por mediciones de la desviación de la luz por el sol, pero fueron mucho menos precisas. Además, las nuevas mediciones de la velocidad gravitatoria en un futuro muy próximo tendrán que aclarar también este valor. Muchos interferómetros de ondas gravitacionales se han puesto en funcionamiento en los últimos meses, uno de ellos debería finalmente detectar ondas gravitacionales directamente y así medir su velocidad, una importante constante fundamental de nuestro Universo.

  Sin embargo, cabe señalar que el experimento en sí no es una confirmación inequívoca de la teoría de la gravedad de Einstein. Con el mismo éxito, puede considerarse una confirmación de las teorías alternativas existentes. Por ejemplo, la teoría relativista de la gravedad del académico Logunov (RTG), que se dio a conocer al público en general hace unos diez años, no difiere de la relatividad general a este respecto. También hay ondas gravitacionales en RTG, aunque, como se sabe, no hay agujeros negros. Y otra "refutación" de la teoría de la gravedad de Newton no tiene ningún valor especial. No obstante, el resultado es importante en términos de "cerrar" algunas variantes de las teorías modernas y sustentar otras -se asocia con teorías cosmológicas de universos múltiples y la llamada teoría de cuerdas o supercuerdas-, pero es demasiado pronto para sacar conclusiones definitivas. dicen los investigadores. En la llamada teoría M unificada más nueva, que es el desarrollo de la teoría de supercuerdas, además de las "cuerdas" ("cuerdas" - cuerdas), han aparecido nuevos objetos multidimensionales - branas (brana). Las teorías de supercuerdas incluyen inherentemente la gravedad porque sus cálculos invariablemente predicen la existencia del gravitón, una partícula hipotética ingrávida con espín 2. Se supone que hay dimensiones espaciales adicionales, solo que "enrolladas". Y la gravedad podría actuar como un "atajo" a través de estas dimensiones adicionales, aparentemente viajando más rápido que la velocidad de la luz, pero sin violar las ecuaciones de la relatividad general.

  Dos físicos relativistas presentan sus puntos de vista sobre el universo,
  su evolución y el papel de la teoría cuántica

  EN Científico americano estas conferencias se publicaron con abreviaturas, los lugares correspondientes en el texto están marcados con puntos

  Introducción

  En 1994, Stephen Hawking y Roger Penrose dieron una serie de conferencias públicas sobre relatividad general en el Instituto Isaac Newton de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Cambridge. Nuestra revista les presenta extractos de estas conferencias publicadas este año por Universidad de Princeton Prensa titulada "La naturaleza del espacio y el tiempo", que permitirá comparar las opiniones de estos dos científicos. Aunque ambos pertenecen a la misma escuela de física (Penrose ayudó en la tesis doctoral de Hawking en Cambridge), sus puntos de vista sobre el papel de la mecánica cuántica en la evolución del universo son muy diferentes entre sí. En particular, Hawking y Penrose tienen ideas diferentes sobre lo que sucede con la información almacenada en un agujero negro y por qué el comienzo del universo es diferente de su final.

  Uno de los principales descubrimientos de Hawking, realizado en 1973, fue la predicción de que, debido a los efectos cuánticos, los agujeros negros podrían emitir partículas. Como resultado de tal proceso, el agujero negro se evapora y, en última instancia, es posible que no quede nada de su masa original. Pero durante su formación, los agujeros negros absorben gran cantidad de partículas que caen sobre él con diferentes tipos, propiedades y configuraciones. Aunque la teoría cuántica requiere que dicha información se almacene, los detalles de lo que le sucede a continuación siguen siendo un tema de acalorado debate. Tanto Hawking como Penrose creen que, durante la radiación, un agujero negro pierde la información que contenía en sí mismo. Pero Hawking insiste en que esta pérdida es insustituible, mientras que Penrose argumenta que se equilibra con mediciones espontáneas de estados cuánticos que retroalimentan información al agujero negro.

  Ambos científicos coinciden en que se necesita una futura teoría de la gravedad cuántica para describir la naturaleza. Pero sus puntos de vista difieren en algunos aspectos de esta teoría. Penrose cree que incluso si las interacciones fundamentales de las partículas elementales son simétricas con respecto a la inversión del tiempo, entonces la gravedad cuántica debe romper esa simetría. Entonces, la asimetría temporal debería explicar por qué el universo era tan homogéneo al principio (como lo demuestra la radiación de fondo de microondas producida por el big bang), mientras que al final el universo debe ser heterogéneo.

  Penrose intenta incluir tal asimetría en su hipótesis de la curvatura de Weyl. El espacio-tiempo, según Albert Einstein, está curvado por la presencia de materia. Pero el espacio-tiempo también puede tener alguna deformación inherente, conocida como la curvatura de Weyl. Las ondas gravitacionales y los agujeros negros, por ejemplo, permiten que el espacio-tiempo se curve incluso en áreas que están vacías. En el universo primitivo, la curvatura de Weyl probablemente era cero, pero en el universo que se desvanece, como argumenta Penrose, un gran número de los agujeros negros conducirán a un aumento en la curvatura de Weyl. Esta será la diferencia entre el principio y el fin del universo.

  Hawking está de acuerdo en que el Big Bang y el colapso final ("Big crunch") serán diferentes, pero no considera que la asimetría temporal sea una ley de la naturaleza. La razón principal de esta diferencia, piensa, es la forma en que se programa el desarrollo del universo. Postula una especie de democracia, afirmando que no puede haber un solo punto espacial en el universo; y por lo tanto, el universo no puede tener un límite. Es esta propuesta sin límites la que, según Hawking, explica la homogeneidad de la radiación de fondo de microondas.

  Las opiniones de ambos físicos sobre la interpretación de la mecánica cuántica también son radicalmente diferentes. Hawking cree que el único propósito de la teoría de la IA es hacer predicciones que sean consistentes con los datos experimentales. Penrose, por otro lado, cree que una simple comparación de predicciones con experimentos no es suficiente para explicar la realidad. Señala que una teoría cuántica que requiere una superposición de funciones de onda es un concepto que puede llevar a absurdos. Estos científicos llevan así la conocida discusión entre Einstein y Bohr sobre las extrañas consecuencias de la teoría cuántica a un nuevo nivel.

  Stephen Hawking sobre los agujeros negros cuánticos:

  La teoría cuántica de los agujeros negros... parece conducir a un nuevo nivel de imprevisibilidad en la física más allá de la incertidumbre mecánica cuántica habitual. Esto se debe a que los agujeros negros parecen tener entropía interna y pierden información de nuestra región del universo. Debo decir que estas afirmaciones son muy controvertidas: muchos científicos que trabajan en el campo de la gravedad cuántica, incluidos casi todos los que llegaron a él desde la física de partículas, rechazan instintivamente la idea de que la información sobre el estado de un sistema cuántico se puede perder. Sin embargo, esta visión no ha tenido mucho éxito en explicar cómo la información puede salir de un agujero negro. En última instancia, creo que se verán obligados a aceptar mi sugerencia de que la información se pierde irremediablemente, al igual que se vieron obligados a aceptar que los agujeros negros irradian, lo que va en contra de todas sus ideas preconcebidas...

  El hecho de que la gravedad sea atractiva significa que hay una tendencia en el universo de que la materia se agrupe en un solo lugar, una tendencia a que se formen objetos como estrellas y galaxias. La contracción adicional de estos objetos puede ser retenida durante algún tiempo por la presión térmica, en el caso de las estrellas, o por la rotación y los movimientos internos, en el caso de las galaxias. Sin embargo, eventualmente el calor o el momento angular se disiparán y el objeto comenzará a contraerse nuevamente. Si la masa es menor que aproximadamente una masa solar y media, la contracción puede ser detenida por la presión del gas degenerado de electrones o neutrones. El objeto se estabiliza para convertirse en una enana blanca o una estrella de neutrones, respectivamente. Sin embargo, si la masa es mayor que este límite, entonces no hay nada que detenga la contracción constante. Tan pronto como la contracción de un objeto se acerca a un cierto tamaño crítico, el campo gravitacional en su superficie será tan fuerte que los conos de luz se inclinarán hacia adentro... Podemos ver que incluso los rayos de luz salientes se desvían unos hacia otros. por lo que se acercan en lugar de divergir. Esto significa que hay alguna superficie cerrada....

  Por lo tanto, debe haber una región del espacio-tiempo de la que es imposible escapar a una distancia infinita. Esta área se llama agujero negro. Su límite se llama horizonte de sucesos, es una superficie formada por rayos de luz que no pueden escapar al infinito....

  Una gran cantidad de información se pierde cuando el cuerpo espacial colapsa para formar un agujero negro. Un objeto que colapsa se describe mediante una gran cantidad de parámetros. Su estado está determinado por los tipos de materia y los momentos multipolares de la distribución de sus masas. A pesar de ello, el agujero negro emergente es completamente independiente del tipo de materia y pierde rápidamente todos los momentos multipolares salvo los dos primeros: monopolo, que es la masa, y dipolo, que es el momento angular.

  Esta pérdida de información realmente no importaba en la teoría clásica. Podemos decir que toda la información sobre el objeto que colapsa está dentro del agujero negro. Para un observador fuera del agujero negro, sería muy difícil determinar cómo se ve un objeto que colapsa. Sin embargo, en la teoría clásica todavía era posible en principio. El observador nunca perdería de vista el objeto que se derrumba. En cambio, le parecería que el objeto se ralentiza en su contracción y se vuelve más y más oscuro a medida que se acerca al horizonte de sucesos. Este observador todavía podía ver de qué estaba hecho el objeto que colapsaba y cómo se distribuía la masa en él.

  Sin embargo, desde el punto de vista de la teoría cuántica, todo cambia por completo. Durante el colapso, el objeto emitiría solo una cantidad limitada de fotones antes de cruzar el horizonte de eventos. Estos fotones no serían en absoluto suficientes para darnos toda la información sobre el objeto que colapsa. Esto significa que en la teoría cuántica no hay forma de que un observador externo pueda determinar el estado de tal objeto. Uno podría pensar que no importa demasiado, porque la información aún estaría dentro del agujero negro, incluso si no se pudiera medir desde el exterior. Pero este es precisamente el caso donde se manifiesta el segundo efecto de la teoría cuántica de los agujeros negros....

  La teoría cuántica hace que los agujeros negros irradien y pierdan masa. Y aparentemente eventualmente desaparecen por completo, junto con la información dentro de ellos. Quiero argumentar que esta información se pierde y no se devuelve de ninguna forma. Como mostraré más adelante, con esta pérdida de información, entra en la física un mayor nivel de incertidumbre que la incertidumbre habitual asociada con la teoría cuántica. Desafortunadamente, a diferencia de la relación de incertidumbre de Heisenberg, este nuevo nivel de incertidumbre será bastante difícil de confirmar experimentalmente en el caso de los agujeros negros.

  Roger Penrose sobre la teoría cuántica y el espacio-tiempo:

  La teoría cuántica, la relatividad especial, la relatividad general y la teoría cuántica de campos son las mejores teorías físicas del siglo XX. Estas teorías no son independientes entre sí: la relatividad general se construyó sobre la relatividad especial, y la teoría cuántica de campos tiene como base la relatividad especial y la teoría cuántica.

  Se ha dicho comúnmente que la teoría cuántica de campos es la más precisa de todas las teorías físicas que han existido, con una precisión de hasta 11 decimales. Sin embargo, me gustaría señalar que la relatividad general ahora se ha probado dentro de los 14 lugares decimales (y esta precisión aparentemente solo está limitada por la precisión de los relojes que funcionan en la Tierra). Me refiero al púlsar binario Hulse-Taylor PSR 1913+16, un par de estrellas de neutrones que giran entre sí, una de las cuales es un púlsar. La relatividad general predice que tal órbita se contrae lentamente (y su período disminuye) porque se pierde energía debido a la emisión de ondas gravitacionales. De hecho, este proceso ha sido registrado experimentalmente, y la descripción completa de su movimiento observado durante 20 años... está de acuerdo con la teoría general de la relatividad (que incluye la teoría de Newton) con la notable precisión mencionada anteriormente. Los investigadores de este sistema estelar han recibido legítimamente Premios Nobel para tu trabajo. Los teóricos cuánticos siempre han argumentado, refiriéndose a la precisión de su teoría, que la relatividad general debería seguir su ejemplo, pero ahora creo que la teoría cuántica de campos debería seguir su ejemplo.

  Aunque estas cuatro teorías han logrado un gran éxito, no están exentas de problemas.... La teoría de la relatividad general predice la existencia de singularidades espacio-temporales. Hay un "problema de medición" en la teoría cuántica, que describiré más adelante. Puede resultar que la solución a los problemas de estas teorías resida en el reconocimiento del hecho de que son teorías incompletas. Por ejemplo, muchas personas anticipan que la teoría cuántica de campos podría de alguna manera "difuminar" las singularidades de la relatividad general...

  Y ahora me gustaría decir algunas palabras sobre la pérdida de información en los agujeros negros, que creo que es relevante para la última declaración. Estoy de acuerdo con casi todo lo que Stephen ha dicho sobre esto. Pero mientras Steven considera la pérdida de información en los agujeros negros como una nueva incertidumbre en la física, un nivel más alto que la incertidumbre de la mecánica cuántica, yo lo veo simplemente como una incertidumbre "adicional"... Es posible que una pequeña cantidad de información sea perdido en el tiempo de evaporación del agujero negro... pero este efecto será mucho menor que la pérdida de información durante el colapso (para lo cual acepto cualquier imagen razonable de la desaparición final del agujero negro).

  Como experimento mental, considere un sistema cerrado en una caja grande y considere el movimiento de la materia dentro de la caja en el espacio de fases. En las regiones del espacio de fase correspondientes a las ubicaciones de los agujeros negros, las trayectorias que describen la evolución física del sistema convergerán y los volúmenes de fase ocupados por estas trayectorias se reducirán. Esto ocurre como resultado de la pérdida de información en la singularidad del agujero negro. Esta reducción está en conflicto directo con la ley de la mecánica clásica conocida como teorema de Liouville, que establece que los volúmenes de fase transportados por las trayectorias de fase permanecen constantes... Así, el espacio-tiempo de un agujero negro viola la conservación de tales volúmenes. Sin embargo, en mi imagen, esta pérdida de volumen del espacio de fase se equilibra con un proceso de mediciones cuánticas espontáneas que dan como resultado la recuperación de información y un aumento en el volumen del espacio de fase. Tal como lo entiendo, esto sucede porque la incertidumbre asociada con la pérdida de información en los agujeros negros es, por así decirlo, "adicional" a la incertidumbre de la mecánica cuántica: cada uno de ellos es solo una cara de la misma moneda...

  Ahora consideremos el experimento mental con el gato de Schrödinger. Describe la posición poco envidiable de un gato en una caja, en la que un fotón emitido cae sobre un espejo semitransparente, y un sensor registra la parte transmitida de su función de onda. Si el sensor detecta un fotón, entonces el arma se dispara, matando al gato. Si el sensor no detecta un fotón, entonces el gato permanece vivo y bien. (¡Sé que Steven desaprueba el maltrato a los gatos, incluso en experimentos mentales!) La función de onda de tal sistema es una superposición de estas dos posibilidades... Pero, ¿por qué solo somos capaces de percibir las alternativas macroscópicas "gato muerto" y " gato vivo"? en lugar de superposiciones macroscópicas de tales estados? ...

  Supongo que con la implicación de la relatividad general, el uso de superposiciones de geometrías espacio-temporales alternativas enfrenta serias dificultades. Es posible que la superposición de dos geometrías diferentes sea inestable y se descomponga en una de estas dos alternativas. Tales geometrías podrían ser, por ejemplo, el espacio y el tiempo de una vida o gato muerto. Para referirme a este colapso de la superposición en uno de los estados alternativos, utilizo el término reducción objetiva, que me gusta porque tiene un buen acrónimo (OR). ¿Qué tiene que ver la longitud de Planck de 10-33 centímetros con esto? Esta longitud es un criterio natural para determinar si las geometrías son realmente mundos diferentes. La escala de Planck también determina la escala de tiempo en la que tiene lugar la reducción a varias alternativas.

  Hawking sobre cosmología cuántica:

  Termino esta conferencia discutiendo un punto sobre el cual Roger y yo tenemos puntos de vista diferentes: la flecha del tiempo. Hay una distinción muy clara entre las direcciones de avance y retroceso del tiempo en nuestra parte del universo. Basta con desplazarse hacia atrás en cualquier película para ver esta diferencia. En lugar de que las tazas se caigan de la mesa y se rompan en pedazos pequeños, veríamos que estos pedazos se vuelven a juntar y rebotan sobre la mesa. ¿No es la vida real algo así?.

  Las leyes locales de los campos físicos satisfacen el requisito de simetría en el tiempo, o para ser más precisos, invariancia CPT (Carga-Paridad-Tiempo - Carga-Paridad-Tiempo). Por lo tanto, la diferencia observada entre el pasado y el futuro proviene de las condiciones de contorno del universo. Considere un modelo en el que un universo espacialmente cerrado se expande a su tamaño máximo, después de lo cual colapsa nuevamente. Como enfatizó Roger, el universo será muy diferente en los puntos finales de esta historia. Al principio, el universo, como pensamos ahora, será bastante suave y regular. Sin embargo, cuando comience a colapsar nuevamente, esperamos que sea extremadamente errático e irregular. Dado que hay muchas más configuraciones desordenadas que ordenadas, esto significa que las condiciones iniciales deben elegirse con extrema precisión.

  Como resultado, las condiciones de contorno deben ser diferentes en estos instantes de tiempo. La sugerencia de Roger es que el tensor de Weyl solo debería desaparecer en uno de los extremos del tiempo. El tensor de Weyl es aquella parte de la curvatura del espacio-tiempo que no está determinada por la distribución local de la materia a través de las ecuaciones de Einstein. Esta curvatura es extremadamente pequeña en una etapa temprana ordenada y muy grande en un universo que colapsa. Así, esta propuesta nos permitiría distinguir ambos extremos del tiempo entre sí y explicar la existencia de la flecha del tiempo.

  Creo que la propuesta de Roger es la de Weyl en dos sentidos de la palabra. En primer lugar, no es invariante de CPT. Roger ve esta propiedad como una virtud, pero siento que las simetrías no deben abandonarse sin una buena razón. En segundo lugar, si el tensor de Weyl hubiera sido exactamente cero en la etapa inicial del universo, entonces habría permanecido homogéneo e isotrópico a lo largo del tiempo subsiguiente. La Hipótesis de Weyl de Roger no puede explicar ni las fluctuaciones en el fondo de microondas ni las perturbaciones causadas por galaxias y cuerpos como nosotros.

  A pesar de todo esto, creo que Roger señaló una diferencia muy importante entre estos dos límites de tiempo. Pero el hecho de que la pequeñez del tensor de Weyl en uno de los límites no debería ser aceptado por nosotros ad hoc, sino que debería derivarse del principio más fundamental de "sin límites"...

  ¿Cómo pueden ser diferentes dos plazos? ¿Por qué las perturbaciones deberían ser pequeñas en uno de ellos, pero no en el otro? La razón de esto es que las ecuaciones de campo tienen dos posibles soluciones complejas... Obviamente, una solución corresponde a un límite de tiempo y la otra al otro... En un extremo del tiempo, el universo era muy suave y el El tensor de Weyl es pequeño. Sin embargo, ciertamente no podría ser igual a cero, ya que esto conduce a una violación de la relación de incertidumbre. En cambio, deberían tener lugar pequeñas fluctuaciones, que luego pueden convertirse en galaxias y cuerpos, como nosotros. A diferencia del principio, el universo final debería ser muy irregular y caótico, y el tensor de Weyl debería ser muy grande. Esto explicaría por qué hay una flecha del tiempo y por qué las tazas se caen de la mesa y se rompen mucho más fácilmente de lo que se recuperan y saltan de nuevo.

  Penrose sobre cosmología cuántica:

  Por lo que entiendo en el concepto de Steven, concluyo que nuestros desacuerdos sobre este problema(hipótesis de curvatura de Weyl) son extremadamente grandes... Para la singularidad inicial, la curvatura de Weyl es aproximadamente cero... Steven argumentó que deben tener lugar pequeñas fluctuaciones cuánticas en el estado inicial y, por lo tanto, la hipótesis de curvatura de Weyl cero a es clásica e inaceptable. Pero creo que hay cierta libertad en cuanto a la formulación precisa de esta hipótesis. Pequeñas perturbaciones son ciertamente aceptables desde mi punto de vista en modo cuántico. Solo necesitamos limitar significativamente estas fluctuaciones alrededor de cero...

  Es posible que el principio de James-Hartley-Hawking de "sin límites" sea un buen candidato para describir la estructura del estado inicial. Sin embargo, me parece que se necesita algo más para explicar el estado final. En particular, una teoría que explique la estructura de las singularidades tendría que incluir la violación de CPT y otras simetrías para ser compatible con la hipótesis de la curvatura de Weyl. Tal ruptura de la simetría temporal podría ser bastante pequeña; y podría estar contenido implícitamente en una nueva teoría que vaya más allá de la mecánica cuántica.

  Hawking en la realidad física:

  Estas conferencias hicieron muy clara la diferencia entre Roger y yo. Él es platónico y yo soy positivista. Le preocupa seriamente que el gato de Schrödinger esté en un estado cuántico en el que está medio vivo y medio muerto. Él prevé esta inconsistencia con la realidad. Pero esas cosas no me molestan. No exijo que la teoría sea consistente con la realidad, porque no sé qué es la realidad. La realidad no es una cualidad que puedas probar con papel tornasol. Todo lo que me importa es que la teoría predice los resultados de las mediciones. La teoría cuántica hace esto muy bien....

  Roger siente que... el colapso de la función de onda introduce la ruptura de la simetría CPT en la física. Él ve tales interrupciones en al menos dos áreas de la física: la cosmología y los agujeros negros. Estoy de acuerdo en que podemos usar la asimetría del tiempo al hacer preguntas sobre las observaciones. Pero rechazo completamente la idea de que hay algunos procesos físicos que conducen a la reducción de la función de onda, o que esto tiene algo que ver con la gravedad cuántica o la conciencia. Todo esto está relacionado con la magia y los magos y, pero no con la ciencia.

  Penrose sobre la realidad física:

  La mecánica cuántica solo existe desde hace 75 años. Esto no es mucho, especialmente cuando se compara, por ejemplo, con la teoría de la gravedad de Newton. Por lo tanto, no me sorprendería que la mecánica cuántica se modificara para objetos muy grandes.

  Al comienzo de este debate, Stephen sugirió que él era positivista y que yo era platónico. Me alegro de que sea positivista, pero en cuanto a mí puedo decir que soy más bien realista. Además, si comparas este debate con el famoso debate Bohr-Einstein, hace unos 70 años, ¡creo que Steven está jugando a Bohr y yo soy Einstein! Para Einstein era necesario que existiera algo similar al mundo real, descrito no necesariamente por una función de onda, mientras que Bohr enfatizó que la función de onda no describe el mundo real, sino solo el conocimiento necesario para predecir los resultados de una función de onda. experimento.

  Ahora se cree que los argumentos de Bohr resultaron tener más peso y que Einstein (según su biografía escrita por Abraham Pais) podría haber estado pescando desde 1925. De hecho, no hizo una gran contribución a la mecánica cuántica, aunque su aguda crítica fue muy útil para esta última. Creo que la razón de esto fue que faltaban algunos componentes importantes en la teoría cuántica. Uno de esos componentes fue la radiación de los agujeros negros descubiertos por Stephen 50 años después. La fuga de información asociada a la radiación de un agujero negro es el fenómeno que posiblemente elevará la teoría cuántica a un nuevo nivel.

  Stephen Hawking cree que la teoría final del universo puede no existir

  Pronunciada por el renombrado físico Stephen Hawking de Inglaterra a varias audiencias en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), una conferencia televisiva describió la búsqueda en curso por parte de los científicos de una teoría completa del universo. Finalmente, el autor de los bestsellers científicos Una breve historia del tiempo y La teoría del todo, profesor de matemáticas en la Universidad de Cambridge, sugirió que "tal vez [tal teoría] no sea posible".

  "Algunas personas se sentirán muy decepcionadas al saber que no existe una teoría definitiva”, dijo Hawking. “Yo también pertenecía a este campo, pero ahora he cambiado de opinión. Siempre enfrentaremos el desafío de nuevos descubrimientos científicos. Sin esto , la civilización se estancará". . La búsqueda puede continuar durante mucho tiempo".

  El programa de televisión, durante el cual hubo algunas dificultades técnicas con la imagen y el sonido, también fue retransmitido por Internet. Fue organizado por el Instituto Cambridge-MIT (CMI), una alianza estratégica de tres años entre la Universidad de Cambridge en Inglaterra y el Instituto Tecnológico de Massachusetts.

  Hawking resumió esencialmente la historia de la física de partículas, centrándose en las figuras y teorías clave en el campo, desde Aristóteles hasta Stephen Weinberg (premio Nobel nacido en 1933).

  Las ecuaciones de Maxwell y Dirac, por ejemplo, "rigen casi toda la física y toda la química y la biología”, razonó Hawking. "Así, conociendo estas ecuaciones, podríamos, en principio, predecir el comportamiento humano, aunque no puedo afirmar que yo mismo lo hubiera hecho en este sentido. caso un gran éxito", concluyó entre risas de los asistentes.

  El cerebro humano contiene demasiadas partículas para resolver todas las ecuaciones necesarias para predecir el comportamiento de alguien. Solo en un futuro previsible aprenderemos a predecir el comportamiento del gusano nematodo.

  Todas las teorías desarrolladas hasta ahora para explicar el universo "son inconsistentes o incompletas", dijo Hawking. Y sugirió, debido a qué circunstancias, en principio, es imposible desarrollar una teoría completa del Universo. Basó su razonamiento en el trabajo de Kurt Gödel, el matemático checo, autor del famoso teorema, según el cual, dentro de cualquier área de las matemáticas, ciertas proposiciones no se pueden probar ni refutar.

  Ecología del conocimiento: Lo más Un gran problema físicos teóricos: cómo combinar todas las interacciones fundamentales (gravitacionales, electromagnéticas, débiles y fuertes) en una sola teoría. La teoría de las supercuerdas afirma ser la Teoría del Todo

  Contando de tres a diez

  El mayor problema para los físicos teóricos es cómo combinar todas las interacciones fundamentales (gravitacionales, electromagnéticas, débiles y fuertes) en una sola teoría. La teoría de las supercuerdas simplemente afirma ser la Teoría del Todo.

  ¡Pero resultó que el número más conveniente de dimensiones necesarias para el funcionamiento de esta teoría es hasta diez (nueve de las cuales son espaciales y una es temporal)! Si hay más o menos dimensiones, las ecuaciones matemáticas dan resultados irracionales que van al infinito, una singularidad.

  La próxima etapa en el desarrollo de la teoría de las supercuerdas, la teoría M, ya cuenta con once dimensiones. Y otra versión de ella, la teoría F, las doce. Y no es una complicación en absoluto. La teoría F describe un espacio de 12 dimensiones con ecuaciones más simples que la teoría M describe un espacio de 11 dimensiones.

  Por supuesto, la física teórica se llama teórica por una razón. Todos sus logros hasta ahora existen solo en papel. Entonces, para explicar por qué solo podemos movernos en el espacio tridimensional, los científicos comenzaron a hablar sobre cómo las desafortunadas otras dimensiones tuvieron que encogerse en esferas compactas a nivel cuántico. Para ser precisos, no en esferas, sino en espacios de Calabi-Yau. Estas son figuras tan tridimensionales, dentro de las cuales hay su propio mundo con su propia dimensión. Una proyección bidimensional de variedades similares se parece a esto:

  Se conocen más de 470 millones de estas figurillas. ¿Cuál de ellos corresponde a nuestra realidad, en este momento es calculado. No es fácil ser un físico teórico.

  Sí, parece un poco exagerado. Pero quizás esto explique por qué el mundo cuántico es tan diferente de lo que percibimos.

  Punto, punto, coma

  Comenzar de nuevo. La dimensión cero es un punto. Ella no tiene talla. No hay adónde moverse, no se necesitan coordenadas para indicar la ubicación en tal dimensión.

  Pongamos un segundo punto al lado del primero y dibujemos una línea a través de ellos. Aquí está la primera dimensión. Un objeto unidimensional tiene un tamaño: largo, pero no ancho ni profundidad. El movimiento dentro del marco del espacio unidimensional es muy limitado, porque el obstáculo que ha surgido en el camino no se puede sortear. Para determinar la ubicación en este segmento, solo necesita una coordenada.

  Pongamos un punto al lado del segmento. Para encajar estos dos objetos, necesitamos ya un espacio bidimensional, que tiene un largo y un ancho, es decir, un área, pero sin profundidad, es decir, un volumen. La ubicación de cualquier punto en este campo está determinada por dos coordenadas.

  La tercera dimensión surge cuando añadimos un tercer eje de coordenadas a este sistema. Es muy fácil para nosotros, los habitantes del universo tridimensional, imaginar esto.

  Intentemos imaginar cómo ven el mundo los habitantes del espacio bidimensional. Por ejemplo, aquí están estas dos personas:

  Cada uno de ellos verá a su amigo así:

  Y con este diseño:

  

  Nuestros héroes se verán así:

  
  

  Es el cambio de punto de vista lo que permite a nuestros héroes juzgarse unos a otros como objetos bidimensionales, en lugar de segmentos unidimensionales.

  Y ahora imaginemos que cierto objeto tridimensional se mueve en la tercera dimensión, que atraviesa este mundo bidimensional. Para un observador externo, este movimiento se expresará en un cambio en las proyecciones bidimensionales del objeto en un plano, como el brócoli en una máquina de resonancia magnética:

  ¡Pero para el habitante de nuestra Planilandia, tal imagen es incomprensible! Ni siquiera puede imaginarla. Para él, cada una de las proyecciones bidimensionales será vista como un segmento unidimensional con una longitud misteriosamente variable, apareciendo en un lugar impredecible y también desapareciendo de manera impredecible. Los intentos de calcular la longitud y el lugar de aparición de tales objetos utilizando las leyes de la física del espacio bidimensional están condenados al fracaso.

  Nosotros, los habitantes del mundo tridimensional, vemos todo en dos dimensiones. Solo el movimiento de un objeto en el espacio nos permite sentir su volumen. También veremos cualquier objeto multidimensional como bidimensional, pero cambiará de manera asombrosa dependiendo de nuestra posición relativa o tiempo con él.

  Desde este punto de vista, es interesante pensar, por ejemplo, en la gravedad. Probablemente todo el mundo ha visto imágenes como esta:

  
  

  Es costumbre representar cómo la gravedad dobla el espacio-tiempo. Curvas... ¿dónde? Exactamente no en ninguna de las dimensiones que nos son familiares. ¿Y el túnel cuántico, es decir, la capacidad de una partícula de desaparecer en un lugar y aparecer en otro completamente diferente, además, detrás de un obstáculo por el que, en nuestras realidades, no podría penetrar sin agujerearlo? ¿Qué pasa con los agujeros negros? Pero, ¿y si todos estos y otros misterios de la ciencia moderna se explican por el hecho de que la geometría del espacio no es en absoluto la misma que estamos acostumbrados a percibir?

  El reloj está corriendo

  El tiempo añade una coordenada más a nuestro Universo. Para que la fiesta se lleve a cabo, debe saber no solo en qué bar se llevará a cabo, sino también tiempo exacto este evento.

  Según nuestra percepción, el tiempo no es tanto una línea recta como un rayo. Es decir, tiene un punto de partida y el movimiento se lleva a cabo solo en una dirección: del pasado al futuro. Y sólo el presente es real. Ni el pasado ni el futuro existen, como no existen los desayunos y las cenas desde el punto de vista de un oficinista a la hora de comer.

  Pero la teoría de la relatividad no está de acuerdo con esto. Desde su punto de vista, el tiempo es una dimensión valiosa. Todos los eventos que han existido, existen y existirán son igualmente reales, tan reales como lo es la playa del mar, no importa donde exactamente los sueños del sonido de las olas nos hayan tomado por sorpresa. Nuestra percepción es algo así como un reflector que ilumina un cierto segmento en la línea de tiempo. La humanidad en su cuarta dimensión se parece a esto:

  
  

  Pero solo vemos una proyección, una porción de esta dimensión en cada momento individual del tiempo. Sí, sí, como el brócoli en una máquina de resonancia magnética.

  Hasta ahora, todas las teorías han trabajado con un gran número de dimensiones espaciales, y el tiempo siempre ha sido el único. Pero, ¿por qué el espacio permite múltiples dimensiones para el espacio, pero solo una vez? Hasta que los científicos puedan responder a esta pregunta, la hipótesis de dos o más espacios de tiempo parecerá muy atractiva para todos los filósofos y escritores de ciencia ficción. Sí, y los físicos, lo que ya está ahí. Por ejemplo, el astrofísico estadounidense Itzhak Bars ve la raíz de todos los problemas con la Teoría del Todo como la segunda dimensión del tiempo, que se ha pasado por alto. Como ejercicio mental, intentemos imaginar un mundo con dos tiempos.

  Cada dimensión existe por separado. Esto se expresa en el hecho de que si cambiamos las coordenadas de un objeto en una dimensión, las coordenadas en otras pueden permanecer sin cambios. Entonces, si te mueves a lo largo de un eje de tiempo que se cruza con otro en un ángulo recto, entonces en el punto de intersección, el tiempo se detendrá. En la práctica, se verá algo como esto:

  
  

  Todo lo que Neo tenía que hacer era colocar su eje de tiempo unidimensional perpendicular al eje de tiempo de las balas. Una verdadera bagatela, de acuerdo. De hecho, todo es mucho más complicado.

  El tiempo exacto en un universo con dos dimensiones de tiempo estará determinado por dos valores. ¿Es difícil imaginar un evento bidimensional? Es decir, ¿uno que se extiende simultáneamente a lo largo de dos ejes de tiempo? Es probable que un mundo así requiera especialistas en mapeo del tiempo, al igual que los cartógrafos mapean la superficie bidimensional del globo.

  ¿Qué más distingue un espacio bidimensional de uno unidimensional? La capacidad de sortear un obstáculo, por ejemplo. Esto está completamente más allá de los límites de nuestra mente. Un habitante de un mundo unidimensional no puede imaginar cómo es doblar una esquina. ¿Y qué es esto, un ángulo en el tiempo? Además, en el espacio bidimensional, puedes viajar hacia adelante, hacia atrás o incluso en diagonal. No tengo ni idea de cómo es ir en diagonal a través del tiempo. No estoy hablando del hecho de que el tiempo es la base de muchas leyes físicas, y es imposible imaginar cómo cambiará la física del Universo con el advenimiento de otra dimensión del tiempo. ¡Pero es tan emocionante pensar en ello!

  Enciclopedia muy grande

  Aún no se han descubierto otras dimensiones y solo existen en modelos matemáticos. Pero puedes intentar imaginarlos así.

  Como descubrimos anteriormente, vemos una proyección tridimensional de la cuarta dimensión (temporal) del Universo. En otras palabras, cada momento de la existencia de nuestro mundo es un punto (similar a la dimensión cero) en el intervalo de tiempo desde el Big Bang hasta el Fin del Mundo.

  Aquellos de ustedes que han leído sobre viajes en el tiempo saben cuán importante es la curvatura del continuo espacio-tiempo. Esta es la quinta dimensión: es en ella donde el espacio-tiempo de cuatro dimensiones se "dobla" para acercar dos puntos en esta línea recta. Sin esto, el viaje entre estos puntos sería demasiado largo, o incluso imposible. En términos generales, la quinta dimensión es similar a la segunda: mueve la línea "unidimensional" del espacio-tiempo al plano "bidimensional" con todas las consecuencias en forma de la capacidad de doblar la esquina.

  Un poco antes, nuestros lectores especialmente filosóficos probablemente pensaron en la posibilidad del libre albedrío en condiciones en las que el futuro ya existe, pero aún no se conoce. La ciencia responde a esta pregunta así: probabilidades. El futuro no es un palo, sino toda una escoba de escenarios posibles. Cuál de ellos se hará realidad: lo descubriremos cuando lleguemos allí.

  Cada una de las probabilidades existe como un segmento "unidimensional" en el "plano" de la quinta dimensión. ¿Cuál es la forma más rápida de saltar de un segmento a otro? Así es, dobla este avión como una hoja de papel. ¿Dónde doblar? Y nuevamente, correctamente, en la sexta dimensión, que le da a toda la estructura compleja "volumen". Y así lo hace como espacio tridimensional, "terminado", un nuevo punto.

  La séptima dimensión es una nueva línea recta, que consta de "puntos" de seis dimensiones. ¿Qué otro punto hay en esta línea? Todo el conjunto infinito de opciones para el desarrollo de eventos en otro universo, formado no como resultado del Big Bang, sino en otras condiciones, y actuando de acuerdo con otras leyes. Es decir, la séptima dimensión son cuentas de mundos paralelos. La octava dimensión reúne estas "líneas rectas" en un "plano". Y la novena se puede comparar con un libro que contiene todas las "hojas" de la octava dimensión. Es la totalidad de todas las historias de todos los universos con todas las leyes de la física y todas condiciones iniciales. Punto de nuevo.

  Aquí llegamos al límite. Para imaginar la décima dimensión, necesitamos una línea recta. ¿Y cuál podría ser otro punto de esta línea recta, si la novena dimensión ya abarca todo lo que se puede imaginar, y hasta lo que no se puede imaginar? Resulta que la novena dimensión no es otro punto de partida, sino el final, para nuestra imaginación, en cualquier caso.

  La teoría de cuerdas afirma que es en la décima dimensión que las cuerdas, las partículas básicas que componen todo, hacen sus vibraciones. Si la décima dimensión contiene todos los universos y todas las posibilidades, entonces las cuerdas existen en todas partes y todo el tiempo. Quiero decir, cada hilo existe en nuestro universo, y todos los demás. En cualquier momento. Inmediatamente. Genial, ¿sí? publicado

  La teoría de supercuerdas, en lenguaje popular, representa el universo como una colección de filamentos de energía vibrantes: cuerdas. Son la base de la naturaleza. La hipótesis también describe otros elementos: branas. Toda la materia de nuestro mundo está formada por vibraciones de cuerdas y branas. Una consecuencia natural de la teoría es la descripción de la gravedad. Por eso los científicos creen que tiene la clave para unificar la gravedad con otras fuerzas.

  El concepto está evolucionando.

  La teoría del campo unificado, la teoría de supercuerdas, es puramente matemática. Como todos los conceptos físicos, se basa en ecuaciones que se pueden interpretar de cierta manera.

  A día de hoy, nadie sabe exactamente cuál será la versión final de esta teoría. Los científicos tienen una idea bastante vaga de sus elementos generales, pero nadie ha llegado todavía a una ecuación definitiva que abarque todas las teorías de supercuerdas, y experimentalmente todavía no ha podido confirmarla (aunque tampoco desmentirla). . Los físicos han creado versiones simplificadas de la ecuación, pero hasta ahora no describen completamente nuestro universo.

  Teoría de supercuerdas para principiantes

  La hipótesis se basa en cinco ideas clave.

  1. La teoría de las supercuerdas predice que todos los objetos de nuestro mundo están formados por filamentos vibrantes y membranas de energía.
  2. Intenta combinar la teoría general de la relatividad (gravedad) con la física cuántica.
  3. La teoría de supercuerdas unificará todas las fuerzas fundamentales del universo.
  4. Esta hipótesis predice una nueva conexión, la supersimetría, entre dos fundamentalmente varios tipos partículas, bosones y fermiones.
  5. El concepto describe una serie de dimensiones adicionales, generalmente no observables, del Universo.

  Cuerdas y branas

  Cuando surgió la teoría en la década de 1970, los hilos de energía en ella se consideraban objetos unidimensionales: cuerdas. La palabra "unidimensional" dice que la cuerda tiene solo 1 dimensión, la longitud, a diferencia de, por ejemplo, un cuadrado, que tiene tanto una longitud como una altura.

  La teoría divide estas supercuerdas en dos tipos: cerradas y abiertas. Una cuerda abierta tiene extremos que no se tocan, mientras que una cuerda cerrada es un lazo sin extremos abiertos. Como resultado, se encontró que estas cadenas, llamadas cadenas del primer tipo, están sujetas a 5 tipos principales de interacciones.

  Las interacciones se basan en la capacidad de una cuerda para conectar y separar sus extremos. Dado que los extremos de las cuerdas abiertas pueden combinarse para formar cuerdas cerradas, es imposible construir una teoría de supercuerdas que no incluya cuerdas en bucle.

  Esto resultó ser importante, ya que las cuerdas cerradas tienen propiedades, según creen los físicos, que podrían describir la gravedad. En otras palabras, los científicos se dieron cuenta de que, en lugar de explicar las partículas de materia, la teoría de las supercuerdas podía describir su comportamiento y gravedad.

  Muchos años después, se descubrió que, además de las cuerdas, se necesitan otros elementos para la teoría. Se pueden considerar como láminas o branas. Las cuerdas se pueden unir a uno o ambos lados de ellos.

  

  gravedad cuántica

  La física moderna tiene dos leyes científicas principales: la relatividad general (RG) y la cuántica. Representan campos completamente diferentes de la ciencia. La física cuántica estudia las partículas naturales más pequeñas, mientras que la relatividad general, por regla general, describe la naturaleza a escala de planetas, galaxias y el universo como un todo. Las hipótesis que intentan unificarlas se denominan teorías de la gravedad cuántica. El más prometedor de ellos hoy en día es la cuerda.

  Los hilos cerrados corresponden al comportamiento de la gravedad. En particular, tienen las propiedades de un gravitón, una partícula que transporta la gravedad entre los objetos.

  Unir fuerzas

  La teoría de cuerdas intenta combinar las cuatro fuerzas (fuerzas electromagnéticas, nucleares fuertes y débiles y gravedad) en una sola. En nuestro mundo, se manifiestan como cuatro fenómenos diferentes, pero los teóricos de cuerdas creen que en el Universo primitivo, cuando eran increíblemente niveles altos energía, todas estas fuerzas están descritas por cuerdas que interactúan entre sí.

  

  supersimetría

  Todas las partículas del universo se pueden dividir en dos tipos: bosones y fermiones. La teoría de cuerdas predice que existe una relación entre los dos llamada supersimetría. En supersimetría, por cada bosón debe haber un fermión, y por cada fermión, un bosón. Desafortunadamente, la existencia de tales partículas no ha sido confirmada experimentalmente.

  La supersimetría es una relación matemática entre elementos de ecuaciones físicas. Fue descubierto en otra área de la física, y su aplicación condujo al cambio de nombre de teoría de cuerdas supersimétrica (o teoría de supercuerdas, en el lenguaje popular) a mediados de la década de 1970.

  Una ventaja de la supersimetría es que simplifica enormemente las ecuaciones al permitir que se eliminen algunas variables. Sin supersimetría, las ecuaciones conducen a contradicciones físicas como valores infinitos e imaginarios.

  Dado que los científicos no han observado las partículas predichas por la supersimetría, sigue siendo una hipótesis. Muchos físicos creen que la razón de esto es la necesidad de una cantidad significativa de energía, que está relacionada con la masa por la famosa ecuación de Einstein E = mc 2 . Estas partículas podrían haber existido en el universo primitivo, pero a medida que se enfrió y la energía se expandió después del Big Bang, estas partículas se movieron a niveles bajos de energía.

  En otras palabras, las cuerdas que vibraban como partículas de alta energía perdieron su energía, lo que las convirtió en elementos de menor vibración.

  Los científicos esperan que las observaciones astronómicas o los experimentos con aceleradores de partículas confirmen la teoría al revelar algunos de los elementos supersimétricos de mayor energía.

  

  Medidas adicionales

  Otra consecuencia matemática de la teoría de cuerdas es que tiene sentido en un mundo con más de tres dimensiones. Actualmente hay dos explicaciones para esto:

  1. Las dimensiones adicionales (seis de ellas) colapsaron o, en la terminología de la teoría de cuerdas, se compactaron a un tamaño increíblemente pequeño que nunca se percibirá.
  2. Estamos atrapados en una brana 3D, y otras dimensiones se extienden más allá y son inaccesibles para nosotros.

  Una importante línea de investigación entre los teóricos es el modelado matemático de cómo estas coordenadas adicionales podrían estar relacionadas con las nuestras. Últimos resultados predicen que los científicos pronto podrán detectar estas dimensiones adicionales (si existen) en los próximos experimentos, ya que pueden ser más grandes de lo esperado.

  Propósito Comprensión

  El objetivo por el que se esfuerzan los científicos cuando exploran las supercuerdas es una "teoría del todo", es decir, una sola hipótesis física que describa toda la realidad física en un nivel fundamental. Si tiene éxito, podría aclarar muchas preguntas sobre la estructura de nuestro universo.

  Explicación de la materia y la masa.

  Una de las tareas principales investigación contemporánea- búsqueda de soluciones para partículas reales.

  La teoría de cuerdas comenzó como un concepto que describía partículas como los hadrones en varios estados de vibración superiores de una cuerda. En la mayoría de las formulaciones modernas, la materia observada en nuestro universo es el resultado de las vibraciones de cuerdas y branas de energía más baja. Las vibraciones con más generan partículas de alta energía que actualmente no existen en nuestro mundo.

  La masa de estos es una manifestación de cómo las cuerdas y las branas se envuelven en dimensiones extra compactadas. Por ejemplo, en un caso simplificado en el que se doblan en forma de dona, llamado toro por los matemáticos y físicos, una cuerda puede envolver esta forma de dos maneras:

  • un bucle corto a través del medio del toro;
  • un bucle largo alrededor de toda la circunferencia exterior del toro.

  Un bucle corto será una partícula ligera y un bucle grande será pesado. Cuando las cuerdas se envuelven alrededor de dimensiones compactadas toroidales, se forman nuevos elementos con diferentes masas.

  

  La teoría de supercuerdas explica de manera breve y clara, simple y elegante la transición de longitud a masa. Las dimensiones plegadas aquí son mucho más complicadas que las del toroide, pero en principio funcionan de la misma manera.

  Incluso es posible, aunque es difícil de imaginar, que la cuerda se enrolle alrededor del toro en dos direcciones al mismo tiempo, dando como resultado una partícula diferente con una masa diferente. Las branas también pueden envolver dimensiones adicionales, creando aún más posibilidades.

  Definición de espacio y tiempo.

  En muchas versiones de la teoría de supercuerdas, las dimensiones colapsan, haciéndolas inobservables en nivel moderno desarrollo tecnológico.

  Actualmente no está claro si la teoría de cuerdas puede explicar la naturaleza fundamental del espacio y el tiempo más de lo que lo hizo Einstein. En él, las medidas son el trasfondo de la interacción de las cuerdas y no tienen un significado real independiente.

  Se han ofrecido explicaciones, no completamente desarrolladas, con respecto a la representación del espacio-tiempo como un derivado de la suma total de todas las interacciones de cuerdas.

  Este enfoque no cumple con las ideas de algunos físicos, lo que llevó a la crítica de la hipótesis. La teoría competitiva utiliza la cuantificación del espacio y el tiempo como punto de partida. Algunos creen que al final resultará ser solo un enfoque diferente de la misma hipótesis básica.

  Cuantificación de la gravedad

  El principal logro de esta hipótesis, si se confirma, será la teoría cuántica de la gravedad. La descripción actual en relatividad general es inconsistente con la física cuántica. Este último, al imponer restricciones al comportamiento de las partículas pequeñas, genera contradicciones cuando se trata de explorar el Universo a una escala extremadamente pequeña.

  Unificación de fuerzas

  En la actualidad, los físicos conocen cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, la electromagnética, las interacciones nucleares débiles y fuertes. De la teoría de cuerdas se deduce que todos ellos alguna vez fueron manifestaciones de uno.

  Según esta hipótesis, a medida que el universo primitivo se enfrió después del big bang, esta única interacción comenzó a dividirse en otras diferentes que están activas en la actualidad.

  Los experimentos de alta energía algún día nos permitirán descubrir la unificación de estas fuerzas, aunque tales experimentos están mucho más allá del desarrollo actual de la tecnología.

  cinco opciones

  Desde la revolución de las supercuerdas de 1984, el desarrollo ha progresado a un ritmo vertiginoso. Como resultado, en lugar de un concepto, obtuvimos cinco, denominados tipos I, IIA, IIB, HO, HE, cada uno de los cuales describía casi por completo nuestro mundo, pero no por completo.

  Los físicos, revisando las versiones de la teoría de cuerdas con la esperanza de encontrar una fórmula verdadera universal, crearon 5 versiones autosuficientes diferentes. Algunas de sus propiedades reflejaban la realidad física del mundo, otras no correspondían a la realidad.

  

  teoría M

  En una conferencia en 1995, el físico Edward Witten propuso una solución audaz al problema de las cinco hipótesis. Basados ​​en la dualidad recién descubierta, todos se convirtieron en casos especiales de un solo concepto general, llamado teoría M de supercuerdas de Witten. Uno de sus conceptos clave fue branas (abreviatura de membrana), objetos fundamentales con más de 1 dimensión. Aunque el autor no ofreció una versión completa, que aún no está disponible, la teoría M de las supercuerdas consta brevemente de las siguientes características:

  • 11 dimensiones (10 espaciales más 1 temporal);
  • dualidades que conducen a cinco teorías que explican una misma realidad física;
  • Las branas son cuerdas con más de 1 dimensión.

  Consecuencias

  Como resultado, en lugar de una, hubo 10.500 soluciones. Para algunos físicos esto provocó una crisis, mientras que otros aceptaron el principio antrópico, que explica las propiedades del universo por nuestra presencia en él. Queda por ver cuándo los teóricos encontrarán otra forma de orientarse en la teoría de supercuerdas.

  Algunas interpretaciones sugieren que nuestro mundo no es el único. Las versiones más radicales permiten la existencia de una infinidad de universos, algunos de los cuales contienen copias exactas del nuestro.

  La teoría de Einstein predice la existencia de un espacio enrollado, al que se le llama agujero de gusano o puente de Einstein-Rosen. En este caso, dos sitios distantes están conectados por un pasaje corto. La teoría de supercuerdas permite no solo esto, sino también la conexión de puntos distantes de mundos paralelos. Incluso es posible hacer la transición entre universos con diferentes leyes de la física. Sin embargo, es probable que la teoría cuántica de la gravedad haga imposible su existencia.

  

  Muchos físicos creen que el principio holográfico, cuando toda la información contenida en el volumen del espacio corresponde a la información registrada en su superficie, permitirá una comprensión más profunda del concepto de hilos de energía.

  Algunos creen que la teoría de supercuerdas permite múltiples dimensiones de tiempo, lo que podría resultar en un viaje a través de ellas.

  Además, existe una alternativa al modelo del big bang en la hipótesis, según la cual nuestro universo apareció como resultado de la colisión de dos branas y pasa por ciclos repetidos de creación y destrucción.

  El destino final del universo siempre ha preocupado a los físicos, y la versión final de la teoría de cuerdas ayudará a determinar la densidad de la materia y la constante cosmológica. Conociendo estos valores, los cosmólogos podrán determinar si el universo se encogerá hasta explotar, para que todo vuelva a empezar.

  Nadie sabe a qué puede conducir hasta que se desarrolla y prueba. Einstein, al escribir la ecuación E=mc 2 , no asumió que conduciría a la aparición de las armas nucleares. Los creadores de la física cuántica no sabían que se convertiría en la base para crear un láser y un transistor. Y aunque aún no se sabe a qué conducirá un concepto tan puramente teórico, la historia muestra que seguramente resultará algo sobresaliente.

  Puede leer más sobre esta hipótesis en Superstring Theory for Dummies de Andrew Zimmerman.

  Ya se ha hecho una pregunta similar aquí:

  Pero intentaré contarlo en mi estilo corporativo;)

  Tenemos una conversación muy larga, pero espero que te interese, hermano. En general, escucha, ¿cuál es el punto aquí? Idea principal se puede ver ya en el nombre mismo: en lugar de partículas elementales puntuales (como electrones, fotones, etc.), esta teoría ofrece cuerdas, una especie de hilos de energía unidimensionales que vibran microscópicos que son tan pequeños que no equipo moderno no se pueden detectar (específicamente, están en la longitud de Planck, pero este no es el punto). No digas partículas consistir de cuerdas, ellos y come cuerdas, solo por la imperfección de nuestro equipo, las vemos como partículas. Y si nuestro equipo es capaz de alcanzar la longitud de Planck, entonces se supone que debemos encontrar cuerdas allí. Y así como la cuerda de un violín vibra para producir diferentes notas, una cuerda cuántica vibra para producir diferentes propiedades de las partículas (como cargas o masas). Esta, en general, es la idea principal.

  Sin embargo, es importante señalar aquí que la teoría de cuerdas tiene grandes ambiciones y reclama nada menos que el estatus de una "teoría del todo" que combina la gravedad (la teoría de la relatividad) y la mecánica cuántica (es decir, el macrocosmos - el mundo de grandes objetos familiares para nosotros, y el microcosmos - el mundo de las partículas elementales). La gravedad en la teoría de cuerdas aparece elegantemente por sí sola, y he aquí por qué. Inicialmente, la teoría de cuerdas generalmente se percibía solo como una teoría de la fuerza nuclear fuerte (la fuerza por la cual los protones y los neutrones se mantienen juntos en el núcleo de un átomo), no más, ya que algunas variedades de cuerdas vibrantes se parecían a las propiedades de los gluones ( partículas portadoras de la fuerza fuerte). Sin embargo, en él, además de los gluones, había otras variedades de vibraciones de cuerdas, que recordaban a otras partículas portadoras de algún tipo de interacción, que no tenían nada que ver con los gluones. Habiendo estudiado las propiedades de estas partículas, los científicos encontraron que estas oscilaciones coinciden exactamente con las propiedades de una partícula hipotética, un gravitón, una partícula portadora de interacción gravitacional. Así apareció la gravedad en la teoría de cuerdas.

  Pero aquí nuevamente (¡qué vas a hacer!) hay un problema llamado "fluctuaciones cuánticas". Sí, no tengas miedo, este término es terrible solo en apariencia. Así, las fluctuaciones cuánticas están asociadas al constante nacimiento y destrucción de partículas virtuales (aquellas que no se pueden ver directamente debido a su continua aparición y desaparición). El proceso más indicativo en este sentido es la aniquilación: la colisión de una partícula y una antipartícula con la formación de un fotón (partícula de luz), que posteriormente genera otra partícula y antipartícula. Y la gravedad es, en esencia, ¿qué? Es un tejido geométrico suavemente curvado del espacio-tiempo. La palabra clave aquí es suave. Y en el mundo cuántico, debido a estas mismas fluctuaciones, el espacio no es suave y uniforme, hay tal caos que incluso da miedo imaginar. Como probablemente ya entiendas, la geometría suave del espacio de la teoría de la relatividad es completamente incompatible con las fluctuaciones cuánticas. Vergüenza, sin embargo, los físicos han encontrado una solución, afirmando que la interacción de cuerdas suaviza estas fluctuaciones. ¿Cómo, preguntas? Pero imagina dos cuerdas cerradas (porque también las hay abiertas, que son una especie de hilo pequeño con dos extremos abiertos; las cuerdas cerradas, respectivamente, son una especie de bucles). Estas dos cuerdas cerradas están en curso de colisión y en algún momento chocan, convirtiéndose en una cuerda más grande. Esta cuerda todavía se mueve durante algún tiempo, después de lo cual se divide en dos cuerdas más pequeñas. Ahora el siguiente paso. Imaginemos todo este proceso en un plano cinematográfico: veremos que este proceso ha adquirido cierto volumen tridimensional. Este volumen se llama la "superficie del mundo". Ahora imaginemos que tú y yo estamos viendo todo este proceso desde diferentes ángulos: yo miro de frente y tú miras con un ligero ángulo. Veremos que desde tu punto de vista y desde el mío, las cuerdas chocarán en diferentes lugares, ya que para ti estos lazos de cuerda (llamémoslos así) se moverán ligeramente en ángulo, pero para mí rectos. Sin embargo, es el mismo proceso, las mismas dos cuerdas chocando, la diferencia está solo en dos puntos de vista. Esto significa que hay una especie de "manchado" de la interacción de las cuerdas: desde la posición de diferentes observadores, interactúan en diferentes lugares. Sin embargo, a pesar de estos diferentes puntos vista, el proceso es sin embargo uno, y el punto de interacción es uno. Así, diferentes observadores fijarán el mismo lugar de interacción de dos partículas puntuales. ¡Eso es todo! ¿Entiendes lo que está pasando? ¡Suavizamos las fluctuaciones cuánticas y, por lo tanto, combinamos la gravedad y la mecánica cuántica! ¡Mirar!

  Está bien, sigamos adelante. ¿Aún no estás cansado? Bueno, escucha. Ahora hablaré sobre lo que personalmente no me gusta de la teoría de cuerdas. Y esto se llama "matematización". De alguna manera, los teóricos se dejaron llevar demasiado por las matemáticas... pero el punto aquí es simple: aquí, ¿cuántas dimensiones del espacio conoces? Así es, tres: largo, ancho y alto (el tiempo es la cuarta dimensión). Ahora bien, las matemáticas de la teoría de cuerdas no encajan bien con estas cuatro dimensiones. Y cinco también. y diez Pero se lleva bien con once. Y los teóricos decidieron: bueno, ya que las matemáticas requieren, que haya once dimensiones. Ya ves, las matemáticas requieren! ¡Matemáticas, no realidad! (Exclamación al lado: ¡si me equivoco, alguien me convencerá! ¡Quiero cambiar de opinión!) Bueno, ¿dónde, uno se pregunta, se han ido las otras siete dimensiones? A esta pregunta, la teoría nos responde que están “compactadas”, plegadas en formaciones microscópicas a la longitud de Planck (es decir, a una escala que no somos capaces de observar). Estas formaciones se denominan "variedad de Calabi-Yau" (por los nombres de dos físicos prominentes).

  También es interesante que la teoría de cuerdas nos lleve al Multiverso, es decir, a la idea de la existencia de un número infinito de Universos paralelos. El punto aquí es que en la teoría de cuerdas no solo hay cuerdas, sino también branas (de la palabra “membrana”). Las branas pueden ser de diferentes dimensiones, hasta nueve. Se supone que vivimos en una brana 3, pero puede haber otras cerca de esta brana y pueden chocar periódicamente. Y no los vemos porque las cuerdas abiertas están fuertemente unidas a la brana en ambos extremos. Estas cuerdas pueden moverse a lo largo de la brana con sus extremos, pero no pueden salir de ella (desengancharse). Y si hay que creer en la teoría de cuerdas, entonces toda la materia y todos nosotros estamos formados por partículas que parecen cuerdas en la longitud de Planck. Por lo tanto, dado que las cuerdas abiertas no pueden salir de la brana, no podemos interactuar de ninguna manera con otra brana (léase: universo paralelo) o verla de alguna manera. La única partícula a la que realmente no le importa esta limitación y puede hacerlo es el gravitón hipotético, que es una cuerda cerrada. Sin embargo, nadie ha podido aún detectar el gravitón. Tal multiverso se conoce como el "multiverso brana" o "escenario mundo brana".

  Por cierto, debido al hecho de que no solo se encontraron cuerdas, sino también branas en la teoría de cuerdas, los teóricos comenzaron a llamarla "teoría M", pero nadie sabe realmente qué significa esta "M";)

  Eso es todo. Así es la historia. Espero que lo hayas disfrutado hermano. Si algo no está claro, pregunte en los comentarios, lo explicaré.