La ciencia es un campo inmenso y se lleva a cabo una gran cantidad de investigaciones y descubrimientos a diario, mientras que vale la pena señalar que algunas teorías parecen ser interesantes, pero al mismo tiempo no tienen evidencia real y parecen estar “colgando en el aire”. aire".
¿Qué es la teoría de cuerdas?
La teoría física que representa partículas en forma de vibración se llama teoría de cuerdas. Estas ondas tienen solo un parámetro: longitud, y faltan la altura y el ancho. Al darse cuenta de que esto es teoría de cuerdas, debe considerar las principales hipótesis que describe.
- Se supone que todo a su alrededor está formado por filamentos que vibran y membranas de energía.
- Trata de juntar teoría general relatividad y física cuántica.
- La teoría de cuerdas ofrece la oportunidad de unificar todas las fuerzas fundamentales del universo.
- Predice una relación simétrica entre diferentes tipos Partículas: bosones y fermiones.
- Da la oportunidad de describir y presentar dimensiones del Universo que no se han observado antes.
Teoría de cuerdas: ¿quién la descubrió?
- Por primera vez en 1960, se creó la teoría cuántica de cuerdas para explicar un fenómeno en la física de hadrones. En ese momento, fue desarrollado por G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto y otros.
- Contó qué es la teoría de cuerdas, el científico D. Schwartz, J. Sherk y T. Yene, ya que desarrollaron la hipótesis de las cuerdas bosónicas, y esto sucedió 10 años después.
- En 1980, dos científicos: M. Green y D. Schwartz identificaron la teoría de las supercuerdas, que tenían simetrías únicas.
- Hasta el día de hoy se están realizando estudios de la hipótesis propuesta, pero hasta el momento no ha sido posible probarla.
Teoría de Cuerdas - Filosofía
Hay una dirección filosófica que tiene conexión con la teoría de cuerdas, y la llaman mónada. Implica el uso de símbolos para compactar cualquier cantidad de información. La mónada y la teoría de cuerdas en filosofía utilizan opuestos y dualidades. El símbolo de mónada simple más popular es Yin-Yang. Los expertos sugirieron que la teoría de cuerdas se represente en una mónada tridimensional en lugar de una plana, y entonces las cuerdas serán una realidad, aunque sean largas y escasas.
Si se usa una mónada volumétrica, entonces la línea que separa Yin-Yang será un plano, y usando una mónada multidimensional, se obtiene un volumen en espiral. Si bien no hay trabajo en filosofía relacionado con las mónadas multidimensionales, esta es un área para estudiar en el futuro. Los filósofos creen que la cognición es un proceso interminable y cuando se trata de crear un modelo único del universo, una persona se sorprenderá más de una vez y cambiará sus conceptos básicos.
Inconvenientes de la teoría de cuerdas
Dado que la hipótesis propuesta por varios científicos no está confirmada, es bastante comprensible que haya una serie de problemas que indiquen la necesidad de refinarla.
- La teoría de cuerdas tiene conceptos erróneos, por ejemplo, durante los cálculos se descubrió un nuevo tipo de partículas, los taquiones, pero no pueden existir en la naturaleza, ya que el cuadrado de su masa menos que cero, y la velocidad del movimiento es mayor que la velocidad de la luz.
- La teoría de cuerdas solo puede existir en un espacio de diez dimensiones, pero entonces la pregunta es relevante: ¿por qué una persona no percibe otras dimensiones?
Teoría de cuerdas - prueba
Las dos convenciones físicas principales sobre las que se construye la evidencia científica son en realidad opuestas entre sí, porque representan la estructura del universo a nivel micro de diferentes maneras. Para probarlos, se propuso la teoría de las cuerdas cósmicas. En muchos aspectos, parece confiable, y no solo en palabras, sino también en cálculos matemáticos, pero hoy en día una persona no tiene la oportunidad de probarlo en la práctica. Si existen hilos, que están a nivel microscópico, y aún no habilidades técnicas para reconocerlos.
Teoría de cuerdas y Dios
El famoso físico teórico M. Kaku propuso una teoría en la que él, usando la hipótesis de las cuerdas, prueba la existencia del Señor. Llegó a la conclusión de que todo en el mundo funciona de acuerdo con ciertas leyes y reglas establecidas por una sola Mente. Según Kaku, la teoría de cuerdas y las dimensiones ocultas del universo ayudarán a crear una ecuación que combine todas las fuerzas de la naturaleza y te permita comprender la mente de Dios. Centra su hipótesis en las partículas de taquiones que se mueven más rápido que la luz. Incluso Einstein dijo que si encuentras esas partes, será posible hacer retroceder el tiempo.
Después de realizar una serie de experimentos, Kaku concluyó que la vida humana se rige por leyes estables y no responde a accidentes cósmicos. Existe una teoría de cuerdas en la vida, y está relacionada con una fuerza desconocida que controla la vida y la completa. En su opinión, esto es lo que es. Kaku está seguro de que el universo está haciendo vibrar cuerdas que provienen de la mente del Supremo.
Los físicos están acostumbrados a trabajar con partículas: la teoría se ha elaborado, los experimentos convergen. reactores nucleares y las bombas atómicas se calculan usando partículas. Con una advertencia: la gravedad no se tiene en cuenta en todos los cálculos.
La gravedad es la atracción de los cuerpos. Cuando hablamos de gravedad, representamos la atracción de la tierra. El teléfono cae de las manos al asfalto bajo la influencia de la gravedad. En el espacio, la Luna es atraída por la Tierra, la Tierra por el Sol. Todo en el mundo se atrae entre sí, pero para sentirlo, necesitas objetos muy pesados. Sentimos la atracción de la Tierra, que es 7,5 × 10 22 veces más pesada que una persona, y no notamos la atracción de un rascacielos, que es 4 × 10 6 veces más pesado.
7.5×10 22 = 75,000,000,000,000,000,000,000
4×10 6 = 4,000,000
La gravedad es descrita por la teoría general de la relatividad de Einstein. En teoría, los objetos masivos doblan el espacio. Para entender, ve al parque infantil y pon una piedra pesada en el trampolín. Aparecerá un embudo en la goma del trampolín. Si pones una pelota pequeña en un trampolín, rodará por el embudo hasta la piedra. Algo así, los planetas forman un embudo en el espacio, y nosotros, como pelotas, caemos sobre ellos.
Planetas tan masivos que deforman el espacio
Para describir todo a nivel de partículas elementales, no se necesita la gravedad. En comparación con otras fuerzas, la gravedad es tan pequeña que simplemente se eliminó de los cálculos cuánticos. La fuerza de gravedad de la tierra es menor que la fuerza que sostienen las partículas del núcleo atómico, 10 38 veces. Esto es cierto para casi todo el universo.
10 38 = 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
El único lugar donde la gravedad es tan fuerte como otras fuerzas es dentro de un agujero negro. Este es un embudo gigante en el que la gravedad colapsa el espacio mismo y atrae todo lo que está cerca. Incluso la luz entra en un agujero negro y nunca regresa.
Para trabajar con la gravedad como con otras partículas, los físicos idearon un cuanto de gravedad: el gravitón. Hicimos algunos cálculos, pero no coincidieron. Los cálculos mostraron que la energía del gravitón crece hasta el infinito. Y esto no debería ser.
Los físicos primero inventan, luego buscan. El bosón de Higgs se inventó 50 años antes del descubrimiento.
Los problemas con las divergencias en los cálculos desaparecieron cuando el gravitón se consideró no como una partícula, sino como una cuerda. Las cuerdas tienen una longitud y energía finitas, por lo que la energía de un gravitón solo puede crecer hasta cierto límite. Así los científicos tienen una herramienta de trabajo con la que estudian los agujeros negros.
Los avances en el estudio de los agujeros negros ayudan a comprender cómo surgió el universo. Según la teoría del Big Bang, el mundo creció desde un punto microscópico. En los primeros momentos de la vida, el universo era muy denso: todas las estrellas y planetas modernos se reunieron en un pequeño volumen. La gravedad era tan fuerte como otras fuerzas, por lo que conocer los efectos de la gravedad es importante para comprender el universo primitivo.
Los avances en la descripción de la gravedad cuántica son un paso hacia la creación de una teoría que describa todo en el mundo. Tal teoría explicará cómo nació el universo, qué está sucediendo en él ahora y cómo será su final.
La teoría de la relatividad presenta el Universo como “plano”, pero la mecánica cuántica dice que a nivel micro hay un movimiento infinito que dobla el espacio. La teoría de cuerdas combina estas ideas y presenta las micropartículas como consecuencia de la unión de las cuerdas unidimensionales más delgadas, que parecerán micropartículas puntuales, por lo tanto, no se pueden observar experimentalmente.
Esta hipótesis nos permite imaginar las partículas elementales que componen el átomo a partir de fibras ultramicroscópicas llamadas cuerdas.
Todas las propiedades de las partículas elementales se explican por la vibración resonante de las fibras que las forman. Estas fibras pueden hacer un número infinito de vibraciones. Esta teoría implica la unificación de las ideas de la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad. Pero debido a la presencia de muchos problemas para confirmar los pensamientos subyacentes, la mayoría de los científicos modernos creen que las ideas propuestas no son más que las blasfemias más comunes, o en otras palabras, teoría de cuerdas para tontos, es decir, para personas completamente ignorante de la ciencia y la estructura del medio ambiente.
Propiedades de las fibras ultramicroscópicas
Para comprender su esencia, puede imaginar las cuerdas de los instrumentos musicales: pueden vibrar, doblarse, doblarse. Lo mismo sucede con estos hilos que, al emitir ciertas vibraciones, interactúan entre sí, se pliegan en bucles y forman partículas más grandes (electrones, quarks), cuya masa depende de la frecuencia de vibración de las fibras y su tensión: estos indicadores determinar la energía de las cuerdas. Cuanto mayor es la energía radiada, mayor es la masa de la partícula elemental.
Teoría de la inflación y cuerdas
Según la hipótesis inflacionaria, el Universo se creó debido a la expansión del microespacio, del tamaño de una cuerda (longitud de Planck). A medida que esta región creció, los llamados filamentos ultramicroscópicos también se estiraron, ahora su longitud es proporcional al tamaño del Universo. Interactúan entre sí de la misma manera y producen las mismas vibraciones y vibraciones. Parece el efecto de lentes gravitacionales que producen, distorsionando los rayos de luz de galaxias lejanas. PERO cabeceo generar radiación gravitacional.
Fracaso matemático y otros problemas
Uno de los problemas es la inconsistencia matemática de la teoría: los físicos que la estudian no tienen suficientes fórmulas para darle una forma completa. Y la segunda es que esta teoría cree que hay 10 dimensiones, pero sentimos solo 4: alto, ancho, largo y tiempo. Los científicos sugieren que los 6 restantes se encuentran en un estado retorcido, cuya presencia no se siente en tiempo real. Además, el problema no es la posibilidad de confirmación experimental de esta teoría, pero tampoco nadie puede refutarla.
La teoría de cuerdas es un hilo delgado que conecta la teoría de la relatividad (o Teoría General de la Relatividad - GR) y la física cuántica. Ambas ramas aparecieron recientemente en la escala de la ciencia, por lo que todavía no hay demasiada literatura científica sobre estas ramas. Y, si la teoría de la relatividad todavía tiene algún tipo de base probada en el tiempo, entonces la rama cuántica de la física en este sentido es todavía muy joven. Echemos un vistazo a estas dos industrias primero.
Seguro que muchos de vosotros habéis oído hablar de la teoría de la relatividad, incluso un poco familiarizados con algunos de sus postulados, pero la pregunta es: ¿por qué no se puede conectar con la física cuántica, que funciona a nivel micro?
Comparte cosas comunes y teoría especial relatividad (abreviado como GRT y SRT, más adelante se usará como abreviaturas). En resumen, GR postula sobre el espacio exterior y su curvatura, y SRT sobre la relatividad del espacio-tiempo desde el lado del hombre. Cuando hablamos de teoría de cuerdas, estamos hablando específicamente de relatividad general. La Teoría General de la Relatividad dice que en el espacio, bajo la influencia de objetos masivos, el espacio se curva a su alrededor (y junto con él, el tiempo, porque el espacio y el tiempo son conceptos completamente inseparables). Para entender cómo sucede esto, ayudará un ejemplo de la vida de los científicos. Recientemente se registró un caso similar, por lo que todo lo relatado puede considerarse “basado en eventos reales". Una científica mira a través de un telescopio y ve dos estrellas, una delante y otra detrás de ella. ¿Cómo podríamos entender esto? Es muy sencillo, porque aquella estrella, cuyo centro no vemos, pero sólo se ven los bordes, es la mayor de estas dos, y la otra estrella, que se ve en toda su forma, es la más pequeña. Sin embargo, gracias a la relatividad general, también puede ser que la estrella de delante sea más grande que la de detrás. ¿Pero es posible?
Resulta que sí. Si la estrella frontal resulta ser un objeto supermasivo que doblará fuertemente el espacio a su alrededor, entonces la imagen de la estrella detrás simplemente rodeará a la estrella supermasivo en curvatura y veremos la imagen que se mencionó al principio. . Se puede ver con más detalle lo dicho en la Fig. uno.
La física cuántica es mucho más difícil de persona ordinaria que a. Si generalizamos todas sus disposiciones, obtenemos lo siguiente: los microobjetos existen solo cuando los miramos. Además, la física cuántica también dice que si una micropartícula se divide en dos partes, estas dos partes seguirán girando a lo largo de su eje en la misma dirección. Y además, cualquier impacto sobre la primera partícula sin duda se transmitirá a la segunda, y de manera instantánea y completa sin importar la distancia de estas partículas. 
Entonces, ¿cuál es la dificultad de combinar los conceptos de estas dos teorías? El hecho es que GR considera objetos en el macrocosmos, y cuando hablamos de la distorsión/curvatura del espacio, nos referimos a un espacio perfectamente uniforme, que es completamente inconsistente con las disposiciones del micromundo. De acuerdo con la teoría de la física cuántica, el microcosmos es completamente desigual, tiene una rugosidad ubicua. Esto es en términos sencillos. Y matemáticos y físicos han convertido sus teorías en fórmulas. Y así, cuando intentaron combinar las fórmulas de la física cuántica y la relatividad general, la respuesta resultó ser infinito. Infinito en física equivale a decir que la ecuación es incorrecta. La igualdad resultante se volvió a comprobar muchas veces, pero la respuesta seguía siendo infinita.
La teoría de cuerdas ha revolucionado el mundo cotidiano de la ciencia. Es una regla que todas las micropartículas no son esféricas, sino que tienen la forma de cuerdas alargadas que impregnan todo nuestro universo. Las vibraciones de estas cuerdas establecen cantidades como la masa, la velocidad de las partículas, etc. Cada una de esas cadenas está teóricamente en una variedad de Calabi-Yau. Estas variedades representan un espacio muy curvo. Según la teoría de las variedades, no están conectadas en el espacio por nada y se ubican separadamente en pequeñas bolas. La teoría de cuerdas literalmente borra los límites claros del proceso de conectar dos micropartículas. Cuando las micropartículas están representadas por bolas, podemos trazar claramente el límite en el espacio-tiempo cuando se conectan. Sin embargo, si dos cuerdas están conectadas, entonces el lugar de su "pegado" se puede ver desde diferentes ángulos. Y desde diferentes ángulos obtenemos completamente resultados diferentes los límites de su conexión, es decir, ¡simplemente no existe un concepto exacto de tal límite!
En la primera etapa del estudio, la teoría de cuerdas, dijo incluso en palabras simples parece misterioso, extraño e incluso simplemente ficticio, pero no palabras infundadas hablan por ello, sino estudios que, mediante muchas ecuaciones y parámetros, confirman la probabilidad de la existencia de cadenas de partículas.
Y por último, otro vídeo explicativo de la teoría de cuerdas. lenguaje simple de la revista en línea QWRT.
¿Alguna vez has pensado que el universo es como un violonchelo? Así es, no llegó. Porque el universo no es como un violonchelo. Pero eso no significa que no tenga hilos. Por supuesto, las cuerdas del universo difícilmente se parecen a las que imaginamos. En la teoría de cuerdas, son filamentos de energía vibrantes increíblemente pequeños. Estos hilos son más bien como diminutas "bandas elásticas" que pueden retorcerse, estirarse y encogerse en todos los sentidos. Todo esto, sin embargo, no significa que la sinfonía del Universo no se pueda “tocar” en ellos, ya que, según los teóricos de cuerdas, todo lo que existe consiste en estos “hilos”.
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Controversia de la física
En la segunda mitad del siglo XIX, a los físicos les parecía que ya no se podía descubrir nada serio en su ciencia. La física clásica creía que no quedaban problemas serios en él, y que toda la estructura del mundo parecía una máquina predecible y perfectamente afinada. El problema, como de costumbre, ocurrió por tonterías: una de las pequeñas "nubes" que aún permanecían en el cielo claro y comprensible de la ciencia. Es decir, al calcular la energía de radiación de un cuerpo completamente negro (un cuerpo hipotético que a cualquier temperatura absorbe por completo la radiación que incide sobre él, independientemente de la longitud de onda). Los cálculos mostraron que la energía de radiación total de cualquier cuerpo absolutamente negro debería ser infinitamente grande. Para evitar un absurdo tan obvio, el científico alemán Max Planck sugirió en 1900 que la luz visible, los rayos X y otras ondas electromagnéticas solo podían ser emitidas por ciertas porciones discretas de energía, a las que llamó cuantos. Con su ayuda, fue posible resolver Problema particular cuerpo absolutamente negro. Sin embargo, las consecuencias de la hipótesis cuántica para el determinismo aún no se dieron cuenta en ese momento. Hasta que, en 1926, otro científico alemán, Werner Heisenberg, formuló el famoso principio de incertidumbre.
Su esencia se reduce al hecho de que, contrariamente a todas las afirmaciones prevalecientes antes, la naturaleza limita nuestra capacidad de predecir el futuro sobre la base de leyes físicas. Esto, por supuesto, es sobre el futuro y el presente de las partículas subatómicas. Resultó que se comportan de manera completamente diferente a cualquier otra cosa en el macrocosmos que nos rodea. A nivel subatómico, el tejido del espacio se vuelve irregular y caótico. El mundo de las partículas diminutas es tan turbulento e incomprensible que es contrario al sentido común. El espacio y el tiempo están tan retorcidos y entrelazados que no hay conceptos ordinarios de izquierda y derecha, arriba y abajo, e incluso antes y después. No hay forma de saber con seguridad en qué punto del espacio este momento esta o aquella partícula, y cuál es el momento de su cantidad de movimiento. Sólo existe una cierta probabilidad de encontrar una partícula en muchas regiones del espacio-tiempo. Las partículas a nivel subatómico parecen estar "manchadas" en el espacio. No solo eso, el "estado" de las partículas en sí no está definido: en algunos casos se comportan como ondas, en otros exhiben las propiedades de las partículas. Esto es lo que los físicos llaman la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica.
Niveles de la estructura del mundo: 1. Nivel macroscópico - sustancia
2. Nivel molecular 3. Nivel atómico - protones, neutrones y electrones
4. Nivel subatómico - electrón 5. Nivel subatómico - quarks 6. Nivel de cuerda
©Bruno P. Ramos
En la Teoría General de la Relatividad, como en un estado con leyes opuestas, las cosas son fundamentalmente diferentes. El espacio parece ser como un trampolín: una tela suave que puede ser doblada y estirada por objetos que tienen masa. Crean deformaciones del espacio-tiempo, lo que experimentamos como gravedad. Huelga decir que la Teoría General de la Relatividad coherente, correcta y predecible está en conflicto irresoluble con el "gamberro chiflado" - la mecánica cuántica, y, como resultado, el macrocosmos no puede "reconciliarse" con el microcosmos. Aquí es donde entra la teoría de cuerdas.
©John Stembridge/Atlas de Lie Groups Project
teoría del todo
La teoría de cuerdas encarna el sueño de todos los físicos de unir dos relatividad general y la mecánica cuántica fundamentalmente contradictorias, un sueño que persiguió al mayor "gitano y vagabundo" Albert Einstein hasta el final de sus días.
Muchos científicos creen que todo, desde la exquisita danza de las galaxias hasta la frenética danza de las partículas subatómicas, puede explicarse en última instancia por un solo principio físico fundamental. Tal vez incluso una sola ley que combine todos los tipos de energía, partículas e interacciones en alguna fórmula elegante.
La relatividad general describe una de las fuerzas más famosas del universo: la gravedad. La mecánica cuántica describe otras tres fuerzas: la fuerza nuclear fuerte, que une protones y neutrones en los átomos, el electromagnetismo y la fuerza débil, que interviene en la desintegración radiactiva. Cualquier evento en el universo, desde la ionización de un átomo hasta el nacimiento de una estrella, es descrito por las interacciones de la materia a través de estas cuatro fuerzas. Usando las matemáticas más complejas, fue posible mostrar que las interacciones electromagnética y débil tienen naturaleza común, combinándolos en un solo electrodébil. Posteriormente, se les agregó la interacción nuclear fuerte, pero la gravedad no los une de ninguna manera. La teoría de cuerdas es uno de los candidatos más serios para conectar las cuatro fuerzas y, por lo tanto, abarcar todos los fenómenos del Universo; no es sin razón que también se la llama "Teoría del Todo".
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Al principio había un mito.
Hasta ahora, no todos los físicos están entusiasmados con la teoría de cuerdas. Y en los albores de su aparición, parecía infinitamente lejos de la realidad. Su mismo nacimiento es una leyenda.
A fines de la década de 1960, un joven físico teórico italiano, Gabriele Veneziano, estaba buscando ecuaciones que pudieran explicar las fuerzas nucleares fuertes, el "pegamento" extremadamente poderoso que mantiene unidos los núcleos de los átomos al unir protones y neutrones. Según la leyenda, una vez tropezó con un libro polvoriento sobre la historia de las matemáticas, en el que encontró una ecuación de 200 años de antigüedad escrita por primera vez por el matemático suizo Leonhard Euler. Cuál fue la sorpresa de Veneziano cuando descubrió que la ecuación de Euler, que durante mucho tiempo se consideró nada más que una curiosidad matemática, describe esta fuerza fuerte.
¿Cómo fue realmente? La ecuación es probablemente el resultado años trabajo de Veneziano, y el caso solo ayudó a dar el primer paso hacia el descubrimiento de la teoría de cuerdas. La ecuación de Euler, que explica milagrosamente la fuerza fuerte, ha encontrado una nueva vida.
Finalmente, llamó la atención de un joven físico teórico estadounidense, Leonard Susskind, quien vio que la fórmula describía principalmente partículas que no tenían estructura interna y podían vibrar. Estas partículas se comportaron de tal manera que no podían ser solo partículas puntuales. Susskind entendió: la fórmula describe un hilo que es como una banda elástica. No solo podía estirarse y encogerse, sino también oscilar, retorcerse. Después de describir su descubrimiento, Susskind introdujo la revolucionaria idea de las cuerdas.
Desafortunadamente, la abrumadora mayoría de sus colegas recibió la teoría con bastante frialdad.
modelo estandar
En ese momento, la ciencia dominante representaba las partículas como puntos, no como cuerdas. Durante años, los físicos han estado investigando el comportamiento de las partículas subatómicas, colisionándolas a altas velocidades y estudiando las consecuencias de estas colisiones. Resultó que el universo es mucho más rico de lo que uno podría imaginar. Fue una verdadera "explosión demográfica" de partículas elementales. Los estudiantes de posgrado de las universidades de física corrían por los pasillos gritando que habían descubierto una nueva partícula: ni siquiera había suficientes letras para designarlos.
Pero, ¡ay!, en hospital de Maternidad» nuevas partículas, los científicos no han podido encontrar la respuesta a la pregunta: ¿por qué hay tantas y de dónde vienen?
Esto llevó a los físicos a hacer una predicción inusual y sorprendente: se dieron cuenta de que las fuerzas que actúan en la naturaleza también se pueden explicar usando partículas. Es decir, hay partículas de materia y hay partículas-portadoras de interacciones. Tal, por ejemplo, es un fotón, una partícula de luz. Cuantas más partículas portadoras, los mismos fotones que intercambian las partículas de materia, más brillante es la luz. Los científicos han predicho que este intercambio particular de partículas portadoras no es más que lo que percibimos como fuerza. Esto fue confirmado por experimentos. Así los físicos lograron acercarse al sueño de Einstein de unir fuerzas.
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Los científicos creen que si avanzamos rápidamente hasta justo después del Big Bang, cuando el universo estaba billones de grados más caliente, las partículas que transportan el electromagnetismo y la fuerza débil se volverían indistinguibles y se combinarían en una sola fuerza llamada electrodébil. Y si retrocedemos aún más en el tiempo, entonces la interacción electrodébil se combinaría con la fuerte en una "superfuerza" total.
A pesar de que todo esto aún está pendiente de ser probado, la mecánica cuántica ha explicado de repente cómo interactúan tres de las cuatro fuerzas a nivel subatómico. Y ella lo explicó hermosa y consistentemente. Este patrón armonioso de interacciones finalmente se denominó modelo estandar. Pero, ¡ay!, incluso en esta teoría perfecta había una Un gran problema- no incluía la fuerza más famosa del nivel macro - la gravedad.
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gravitón
Para la teoría de cuerdas, que no tuvo tiempo de "florecer", llegó el "otoño", contenía demasiados problemas desde su mismo nacimiento. Por ejemplo, los cálculos de la teoría predijeron la existencia de partículas que, como pronto se estableció con precisión, no existían. Este es el llamado taquión, una partícula que se mueve más rápido que la luz en el vacío. Entre otras cosas, resultó que la teoría requiere hasta 10 dimensiones. No sorprende que esto fuera muy vergonzoso para los físicos, porque obviamente es más de lo que vemos.
En 1973, solo unos pocos físicos jóvenes seguían luchando con los misterios de la teoría de cuerdas. Uno de ellos fue el físico teórico estadounidense John Schwartz. Durante cuatro años, Schwartz trató de domar las ecuaciones traviesas, pero fue en vano. Entre otros problemas, una de estas ecuaciones describía obstinadamente una partícula misteriosa que no tenía masa y no se observaba en la naturaleza.
El científico ya había decidido abandonar su desastroso negocio, y luego se dio cuenta: ¿tal vez las ecuaciones de la teoría de cuerdas describen, entre otras cosas, la gravedad? Sin embargo, esto implicó una revisión de las dimensiones de los principales "héroes" de la teoría: las cuerdas. Al suponer que las cuerdas son billones y billones de veces más pequeñas que un átomo, los "cuerdas" convirtieron el defecto de la teoría en su virtud. La partícula misteriosa de la que John Schwartz había tratado de deshacerse con tanta perseverancia ahora actuaba como un gravitón, una partícula que había sido buscada durante mucho tiempo y que permitiría transferir la gravedad al nivel cuántico. Así es como la teoría de cuerdas ha añadido gravedad al rompecabezas, que falta en el Modelo Estándar. Pero, por desgracia, incluso la comunidad científica no reaccionó a este descubrimiento. La teoría de cuerdas permaneció al borde de la supervivencia. Pero esto no detuvo a Schwartz. Solo un científico que estaba dispuesto a arriesgar su carrera por el bien de las cuerdas misteriosas quería unirse a su búsqueda: Michael Green.
El físico teórico estadounidense John Schwartz (arriba) y Michael Green
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¿Qué razón hay para pensar que la gravedad obedece a las leyes de la mecánica cuántica? Por el descubrimiento de estos "terrenos" en 2011 fue premiado premio Nobel en física. Consistía en el hecho de que la expansión del Universo no se desacelera, como se pensaba, sino que, por el contrario, se acelera. Esta aceleración se explica por la acción de una “antigravedad” especial, que de alguna manera es característica del espacio vacío del vacío cósmico. Por otro lado, a nivel cuántico, no puede haber nada absolutamente "vacío": las partículas subatómicas aparecen constantemente y desaparecen inmediatamente en el vacío. Se cree que este "parpadeo" de partículas es responsable de la existencia de energía oscura "antigravedad" que llena el espacio vacío.
En un momento, fue Albert Einstein, quien hasta el final de su vida no aceptó los principios paradójicos de la mecánica cuántica (que él mismo predijo), sugirió la existencia de esta forma de energía. Siguiendo la tradición de la filosofía griega clásica de Aristóteles con su creencia en la eternidad del mundo, Einstein se negó a creer lo que su propia teoría predecía, a saber, que el universo tuvo un comienzo. Para "perpetuar" el universo, Einstein incluso introdujo una cierta constante cosmológica en su teoría, y así describió la energía del espacio vacío. Afortunadamente, unos años más tarde resultó que el Universo no es una forma congelada en absoluto, sino que se está expandiendo. Entonces Einstein abandonó la constante cosmológica, llamándola "el mayor error de cálculo de su vida".
Hoy en día, la ciencia sabe que la energía oscura sí existe, aunque su densidad es mucho menor que la sugerida por Einstein (el problema de la densidad de la energía oscura, por cierto, es uno de los mayores misterios física moderna). Pero no importa cuán pequeño sea el valor de la constante cosmológica, es suficiente para asegurarse de que existen efectos cuánticos en la gravedad.
Muñecas de anidación subatómicas
A pesar de todo, a principios de la década de 1980, la teoría de cuerdas todavía tenía contradicciones irresolubles, conocidas en ciencia como anomalías. Schwartz y Green se dispusieron a eliminarlos. Y sus esfuerzos no fueron en vano: los científicos lograron eliminar algunas de las contradicciones de la teoría. Imagínese el asombro de estos dos, ya acostumbrados a que su teoría sea ignorada, cuando la reacción de la comunidad científica hizo estallar el mundo científico. En menos de un año, el número de teóricos de cuerdas saltó a cientos. Fue entonces cuando a la teoría de cuerdas se le otorgó el título de La Teoría del Todo. La nueva teoría parecía capaz de describir todos los componentes del universo. Y aquí están los ingredientes.
Cada átomo, como sabemos, consta de partículas aún más pequeñas: electrones, que giran alrededor del núcleo, que consta de protones y neutrones. Los protones y los neutrones, a su vez, están formados por partículas aún más pequeñas llamadas quarks. Pero la teoría de cuerdas dice que no termina con los quarks. Los quarks están formados por diminutos filamentos serpenteantes de energía que se asemejan a cuerdas. Cada una de estas cadenas es inimaginablemente pequeña. Tan pequeño que si el átomo fuera agrandado al tamaño sistema solar, la cadena sería del tamaño de un árbol. Así como las diferentes vibraciones de la cuerda de un violonchelo crean lo que escuchamos como diferentes notas musicales, varias maneras(modos) las vibraciones de la cuerda dan a las partículas su propiedades únicas masa, carga, etc. ¿Sabes en qué se diferencian, relativamente hablando, los protones de la punta de tu uña del gravitón que aún no se ha descubierto? Solo el conjunto de cuerdas diminutas que las componen y cómo vibran esas cuerdas.
Por supuesto, todo esto es más que asombroso. Desde el tiempo Antigua Grecia los físicos están acostumbrados al hecho de que todo en este mundo consiste en algo así como bolas, partículas diminutas. Y ahora, al no tener tiempo para acostumbrarse al comportamiento ilógico de estas bolas, que se deriva de la mecánica cuántica, se les invita a abandonar el paradigma por completo y operar con una especie de recortes de espagueti...
Quinta Dimensión
Aunque muchos científicos llaman a la teoría de cuerdas el triunfo de las matemáticas, aún quedan algunos problemas, en particular, la falta de oportunidad para probarla experimentalmente en un futuro próximo. Ningún instrumento en el mundo, existente o capaz de aparecer en perspectiva, es incapaz de “ver” las cuerdas. Por lo tanto, algunos científicos, por cierto, incluso hacen la pregunta: ¿la teoría de cuerdas es una teoría de la física o de la filosofía? Es cierto que no es necesario ver las cuerdas "con tus propios ojos". Lo que se requiere para probar la teoría de cuerdas es algo más, lo que suena como ciencia ficción, la confirmación de la existencia de dimensiones extra del espacio.
¿De qué se trata esto? Todos estamos acostumbrados a las tres dimensiones del espacio y una sola vez. Pero la teoría de cuerdas predice la presencia de otras dimensiones adicionales. Pero empecemos por orden.
De hecho, la idea de la existencia de otras dimensiones surgió hace casi cien años. Llegó a la cabeza del entonces desconocido matemático alemán Theodor Kalutz en 1919. Sugirió la posibilidad de la presencia en nuestro universo de otra dimensión que no vemos. Albert Einstein escuchó sobre esta idea, y al principio le gustó mucho. Más tarde, sin embargo, dudó de su corrección y retrasó la publicación de Kaluza hasta dos años. Finalmente, sin embargo, el artículo se publicó y la dimensión adicional se convirtió en una especie de pasión por el genio de la física.
Como saben, Einstein demostró que la gravedad no es más que una deformación de las medidas del espacio-tiempo. Kaluza sugirió que el electromagnetismo también podría ser ondas. ¿Por qué no lo vemos? Kaluza encontró la respuesta a esta pregunta: las ondas de electromagnetismo pueden existir en una dimensión oculta adicional. ¿Pero donde esta?
La respuesta a esta pregunta la dio el físico sueco Oscar Klein, quien sugirió que la quinta dimensión de Kaluza está plegada miles de millones de veces más que el tamaño de un solo átomo, por lo que no podemos verla. La idea de que esta pequeña dimensión existe a nuestro alrededor está en el corazón de la teoría de cuerdas.
Dentro de cada una de estas formas, una cuerda vibra y se mueve, el componente principal del Universo.
Cada forma es de seis dimensiones, de acuerdo con el número de seis dimensiones adicionales
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diez dimensiones
Pero, de hecho, las ecuaciones de la teoría de cuerdas no requieren ni una, sino seis dimensiones adicionales (en total, con cuatro conocidas por nosotros, hay exactamente 10 de ellas). Todos ellos tienen un muy retorcido y retorcido Forma compleja. Y todo es inimaginablemente pequeño.
¿Cómo pueden estas diminutas dimensiones afectar nuestra Mundo grande? Según la teoría de cuerdas, decisiva: para ella todo está determinado por la forma. Cuando tocas diferentes teclas en el saxofón, obtienes y diferentes sonidos. Esto se debe a que cuando presiona una u otra tecla o una combinación de ellas, cambia la forma del espacio en instrumento musical donde circula el aire. Debido a esto, nacen diferentes sonidos.
La teoría de cuerdas sugiere que las dimensiones extra retorcidas y retorcidas del espacio se muestran de manera similar. Las formas de estas dimensiones adicionales son complejas y variadas, y cada una hace que la cuerda dentro de tales dimensiones vibre de manera diferente precisamente debido a sus formas. Después de todo, si asumimos, por ejemplo, que una cuerda vibra dentro de una jarra y la otra dentro de una bocina de poste curva, estas serán vibraciones completamente diferentes. Sin embargo, si hay que creer en la teoría de cuerdas, en realidad, las formas de dimensiones extra parecen mucho más complicadas que una jarra.
como funciona el mundo
La ciencia hoy conoce un conjunto de números que son las constantes fundamentales del universo. Determinan las propiedades y características de todo lo que nos rodea. Entre tales constantes, por ejemplo, la carga de un electrón, la constante gravitacional, la velocidad de la luz en el vacío... Y si cambiamos estos números aunque sea un pequeño número de veces, las consecuencias serán catastróficas. Supongamos que hemos aumentado la fuerza de la interacción electromagnética. ¿Qué sucedió? De repente podemos encontrar que los iones se han vuelto más repulsivos entre sí, y la fusión termonuclear, que hace que las estrellas brillen e irradien calor, falle repentinamente. Todas las estrellas se apagarán.
Pero, ¿qué pasa con la teoría de cuerdas con sus dimensiones adicionales? El hecho es que, según él, son las dimensiones adicionales las que determinan valor exacto constantes fundamentales. Algunas formas de medición hacen que una cuerda vibre de cierta manera y dan lugar a lo que vemos como un fotón. En otras formas, las cuerdas vibran de manera diferente y producen un electrón. Verdaderamente, Dios se encuentra en las "pequeñas cosas": son estas pequeñas formas las que determinan todas las constantes fundamentales de este mundo.
teoría de supercuerdas
A mediados de la década de 1980, la teoría de cuerdas adquirió un aire majestuoso y esbelto, pero dentro de ese monumento reinaba la confusión. En tan solo unos años, han surgido hasta cinco versiones de la teoría de cuerdas. Y aunque cada una de ellas está construida sobre cuerdas y dimensiones adicionales (las cinco versiones están unidas en la teoría general de las supercuerdas), en los detalles estas versiones divergieron significativamente.
Entonces, en algunas versiones, las cuerdas tenían los extremos abiertos, en otras parecían anillos. Y en algunas versiones, la teoría incluso requería no 10, sino hasta 26 mediciones. La paradoja es que las cinco versiones de hoy pueden llamarse igualmente verdaderas. Pero, ¿cuál describe realmente nuestro universo? Este es otro misterio de la teoría de cuerdas. Es por eso que muchos físicos volvieron a agitar la mano ante la teoría "loca".
Pero el principal problema de las cadenas, como ya se mencionó, es la imposibilidad (al menos por ahora) de probar su presencia experimentalmente.
Sin embargo, algunos científicos todavía dicen que en la próxima generación de aceleradores hay una oportunidad mínima, pero aún así, de probar la hipótesis de dimensiones adicionales. Aunque la mayoría, por supuesto, está segura de que si esto es posible, entonces, por desgracia, no debería suceder muy pronto, al menos en décadas, como máximo, incluso en cien años.
