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Inicio de la Teoría de cuerdas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (7)

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Geometría -> teoría de campos -> teoría clásica -> teoría cuántica

La Relatividad General tuvo una evolución normal y lógica, postula el principio de equivalencia y luego formuló este principio físico en matemáticas de una teoría de campos de Faraday y el Tensor Métrico de Riemann. Después llegaron las soluciones clásicas como los Agujeros Negros y el Big Bang.

Contrariamente, la teoría de supercuerdas ha estado evolucionando hacia atrás desde su descubrimiento accidental en 1.968. Esta es la razón de que nos parezca extraña y poco familiar, estamos aún buscando un principio físico subyacente, la contrapartida del principio de equivalencia de Einstein.

La teoría nació casi por casualidad en 1.968 cuando dos jóvenes físicos teóricos, Gabriel Veneziano y Mahiko Suzuki, estaban hojeando independientemente libros de matemáticas, figurense ustedes que, estaban buscando funciones matemáticas que describieran las interacciones de partículas fuertemente interactivas.

Mientras estudiaban en el CERN, el Centro Europeo de Física Teórica en Ginebra, Suiza, tropezaron independientemente con la función beta de Euler, una función matemática desarrollada en el S. XIX por el matemático Leonhard Euler. Se quedaron sorprendidos al descubrir que la función beta de Euler ajustaba casi todas las propiedades requeridas para describir interacciones fuertes de partículas elementales.

Vista aérea del CERN

               Vista aérea del CERN

Según he leido, durante un almuerzo en el Lawrence Berkeley Laboratory en California, con una espectacular vista del Sol brillando sobre el puerto de San Francisco, Suzuki le explicó a Michio Kaku, mientras almorzaban la excitación de descubrir, prácticamente por casualidad, un resultado parcialmente importante. No se suponía que la física se pudiera hacer de ese modo casual.

Tras el descubrimiento, Suzuki, muy excitado, mostró el hallazgo a un físico veterano del CERN. Tras oir a Suzuki, el físico veterano no sé impresionó. De hecho, le dijo a Suzuki que otro físico joven (Veneziano) había descubierto la misma función unas semanas antes. Disuadió a Suzuki de publicar su resultado. Hoy, esta función beta se conoce con el nombre de modelo Veneziano, que ha inspirado miles de artículos de investigación iniciando una importante escuela de física y actualmente pretende unificar todas las leyes de la física.

En 1.970, el Modelo de Veneziano – Suzuki ( que contenía un misterio ), fue parcialmente explicado cuando Yoichiro Nambu, de la Universidad de Chicago, y Tetsuo Goto, de la Nihon University, descubrieron que UNA CUERDA VIBRANTE yace detrás de sus maravillosas propiedades.

Así que, como la teoría de cuerdas fue descubierta hacia atrás y por casualidad, los físicos aún no conocen el principio físico que subyace en la teoría de cuerdas vibrantes y sus maravillosas propiedades.

El último paso en la evolución de la teoría de cuerdas (y el primer paso en la evolución de la relatividad general ) aún está pendiente de que alguien, sea capaz de darlo.

Calabi-Yau.png

¿Esto puede ser una cuerda? Para poder explicarlo, antes habría que esperar que se inventaran las matemáticas necesarias para ello, toda vez que, según parece, ésta teoría está algo adelantada a su tiempo, y, ni se deja verificar mediante la experimentación ni procedimiento alguno que en física, pueda considerarse válido para que, “esa cuerda” se pueda considerar teoría. Así que la dejaremos en la categoría de hipótesis avanzada y de mucho porvenir.

 

Así, Witten dice:

Los seres humanos en el planeta tierra nunca dispusieron del marco conceptual que les llevara a concebir la teoría de supercuerdas de manera intencionada, surgió por razones del azar, por un feliz accidente. Por sus propios méritos, los físicos del siglo XX no deberían haber tenido el privilegio de estudiar esta teoría muy avanzada a su tiempo y a su conocimiento. No tenían (ni tenemos ahora mismo) los conocimientos y los prerrequisitos necesarios para desarrollar dicha teoría, no tenemos los conceptos correctos y necesarios.

Actualmente, como ha quedado dicho en estos trabajos que venimos presentando, Edwar Witten, es el físico teórico que, al frente de un equipo de físicos de Princeton, lleva la bandera de la teoría de supercuerdas con aportaciones muy importantes en el desarrollo de la misma.

De todas las maneras, aunque los resultados y avances son prometedores, el camino por andar es largo y la teoría de supercuerdas en su conjunto, es un edificio con muchas puertas cerradas de las que no tenemos las llaves para acceder a su interior y mirar lo que allí nos aguarda.

El problema está en que nadie es lo suficientemente inteligente para resolver la teoría de campos de cuerdas o cualquier otro enfoque no perturbativo de esta teoría. Se requieren técnicas que están actualmente más allá de nuestras capacidades.

Para encontrar la solución, deben ser empleados técnicas no perturbativas, que son terriblemente difíciles. Puesto que el 99 por ciento de lo que conocemos sobre física de altas energías se basa en la teoría de perturbaciones, esto significa que estamos totalmente perdidos a la hora de encontrar la verdadera solución de la teoría:

¿ Por qué diez dimensiones ? ¿Por qué once? y, otras ¿Por qué 26?

                          ¿Cómo podríamos visualizar más dimensiones?

Uno de los secretos más profundos de la teoría de cuerdas, que aún no es bien comprendido, es por qué está definida solo en diez , once y veintiséis dimensiones. De todas las maneras, como nos dice Michiu Kaku, ese Físico que mira hacia el futuro, habría que tener presente las funciones modulares del Ramanujan para ver sí, dentro de ellas, están las respuestas de esas preguntas que, por ahora, nadie ha sabido contestar.

Gran parte de este trabajo es original del libro Hiperespacio de Michio Kaku, y, desde luego, como él nos anuncia, la Física tiene muchas de las respuestas que buscamos, sin embargo, también como nos dice la misma Física, algunas veces esas respuestas están situadas en la parte más simple de lo que estamos estudiando y, sin embargo, nos empeñamos en ahondar, de manera innecesaria hacia lo más profundo e incomprensible para buscar lo que tenemos delante de nuestras propias narices.

Si el límite de todas las teorías están marcados por las unidades de Planck, ya sabemos hasta dónde podemos llegar y, desde luego, la verificación de la Teoría de cuerdas, si como dicen los expertos necesita de la energía de Planck (1019 GeV) para ser verificada, entonces, nos queda mucho que esperar porque, ¿cuándo podrán tener los humanos esa energía a su disposición?

Con eso pasa lo mismo que ocurre con la velocidad de la luz, si pensamos visitar otras estrellas con naves espaciales…vamos dados, toda vez que, ya nos dice la Relatividad Especial que la luz, es el muro infranqueable, nada en nuestro Universo la puede superar y, a medida que la nave se acerque a esa velocidad, su masa irá en aumento y llegará a un límite insostenible, infinito (El argumento energético tiene como base la más famosa ecuación de la Física E = mc2 – E es la energía, m la masa y c la velocidad de la luz). La masa m es una cantidad que aumenta con la velocidad v de la forma a m = mo (1 – v2/c2)- ½, siendo mo la masa en reposo del objeto (nave, etc.). Esto deja claro que incluso aproximarse a la velocidad de la luz, c, requiere cantidades inmensas de energía, al mismo tiempo que los objetos, a medida que se acerquen a dicho límite, esa energía la absorben en forma de masa. Ahí tenemos a los muones que, lanzados a velocidades cercanas a la de la luz en el CERN, han llegado a tener una masa diez veces superior a la suya.

Túnel del antiguo LEP del CERN donde se encuentra en este momento el LHC, el mayor colisionador de hadrones del mundo.

Si eso es así, ¿qué podemos hacer para solventar esos graves problemas? Por una parte tenemos que avanzar en las teorías, y, es verdad que para no quedarnos parados necesitamos ¡ya! una teoría cuántica de la Gravedad que nos explique cuestiones que ahora no tienen respuestas, y, por otro lado (aunque todavía tarde un poco), nuestro Sol tiene una vida limitada, y, pensando que podamos llegar hasta ese final, en que se convierta en gigante roja y enana blanca, sabemos que, para entonces, nosotros no podemos seguir aquí, los océanos de la Tierra serán calcinados y nosotros, los seres humanos, debemos buscar otro aposento, otro habitat, otro mundo. Sin embargo, superar la velocidad de la luz se nos hace algo cuesta arriba. ¿Qué podremos hacer?

Precisamente por esas incognitas que están en nuestro horizonte futuro, debemos continuar tratando de buscar las soluciones a esos, al parecer, insolubles problemas que, según creo, sí que podremos solucionar si tenemos tiempo por delante y somos, nosotros mismos, los que nos encargamos de que, nuestro tiempo se acabe.

Las Teorías pueden ser magnificas en su momento y durante un tiempo (Einstein, Planck, etc.), pero sabemos que, nada perdura por mla eternidad y  lo que hoy es, mañana resulta ser de manera distinta, más avanzada y profunda que viene a rectificar (en parte) la desviación de aquella primera teoría. Cada vez se afina más en el conocimiento de la Naturaleza y, en ella, amigos míos, están todas las respuestas que, con tanta ansiedad buscamos.

Hablamos de la Gravedad sin conocerla en profundidad, no sabemos en realidad que es la Mecánica cuántica, si se tercia, no tenemos ningún problema en hablar de las fluctuaciones de vacío o de universos paralelos, incluso, hay físicos que nos hablan de que todo el universo está permeado por una sustancia en la que nada el Bosón de Higgs. ¿Quién sabe? incluso pueden llevar razón. Sin embargo, mejor sería que hablaran con propiedad, que dijeran cuando hablan: “creo que…” y, de esa manera, sin dar nada por sentado, se puede imaginar, se puede expresar los pensamientos y contar a los otros lo que cada cual pueda estar viendo. Así nacen las buenas teorías, en la imaginación de mentes bien entrenadas que, como las de Einstein, tienen la posibilidad de ver algo más allá que los demás.

Sí, finalmente, será nuestra imaginación la que nos saque de los muchos atolladeros que en el futuro nos esperan. Somos una especie que, gracias a su inmensa imaginación, puede repentizar soluciones a problemas inesperados, y, tal cosa, no es fácil de adquirir, se tiene o no se tiene y nosotros, la tenemos.

Por cierto, ¿no es curioso que, cuando los Físicos especializados se ponen a desarrollar las matemáticas de la Teoría de cuerdas, como por arte de magia, sin que nadie las llame, allí aparecen las ecuaciones de campo de la Relatividad General de Einstein? ¿Qué significa eso? ¿Acaso la teoría de Einstein subyace en la Teoría de cuerdas?

Bueno, podría ser un buen indicio de que la Teoría de Cuerdas está en el buen camino.

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 10 de abril del 2011 a las 6:48

    En Ciencia, una Ley es un principio descriptivo de la Naturaleza que se cumple en todas las circunstancias cubiertas por la formulación de la ley. No hay excepciones en las leyes de la Naturaleza, y cualquier suceso que no cumpla la ley requerirá descartar la ley existente o deberá ser descrito como un “milagro”.
    Es curioso como etiquetamos las leyes. Las leyes epónimas son aquellas que son llamadas en honor de sus descubridores (por ejemplo, ley de Boyle); algunas leyes, sin embargo, son conocidas por la materia de la que tratan (por ejemplo, ley de conservación de la masa), mientras que otras leyes utilizan tanto el nombre del descubridor como la materia de la que tratan (por ejemplo, ley de la gravitación de Newton).
    Una descripción de la Naturaleza que utiliza más de una Ley, pero aún no ha sido llevada al estado incontrovertible de ley, es a veces llamada una teoría. Las teorías son también tanto epónimas como descriptivas de la materia a la que se refieren (por ejemplo, teoría de Einstein de la relatividad y teoría de Darwin de la evolución).
    Una hipótesis es una teoría o ley que mantiene la idea de que puede no ser universalmente cierta. Sin embargo, algunas hipótesis sobre las cuales no existe ya ninguna han permanecido con el nombre de hipótesis por ninguna razón clara (por ejemplo, hipótesis de Avogadro). Claramente hay un grado de superposición entre esos tres conceptos.
    En cuanto a ese objeto que llamamos cuerda y que viene a reemplazar la idea de partícula elemental puntual (usada en la teoría cuántica e campos) por una línea o lazo (una cuerda cerrada) y que viene a decirnos que los estados de una partícula pueden ser producidos por ondas estacionarias a lo largo de esta cuerda vibrante, nos lleva a pensar que, la combinación de la teoría de cuerdas combinada con la suprsimetría nos lleva a una teoría de supercuerdas que, desde luego sobre el papel y en teoría, sería perfecta para responder a todo lo que no sabemos. Sin embargo, tan magnifica “teoría”, se ha quedado estancada, toda vez que, las matemáticas topológicas necesarias para su desarrollo, no están en la cabeza de nadie y, se necesita que venga un nuevo Ramanujan, otro Tiemann, o, ¿por qué no? un Perelman para que nos saque del estancamiento actual.
    Claro que, si es una teoría adelantada a su tiempo, se pueden comprender sus dificultades, tanto en su desarrollo final como en su imposibilidad de verificación, toda vez que, no es de nuestro mundo, sino del mundo que vendrá.

    Responder
  2. 2
    Ramon Marquès
    el 10 de abril del 2011 a las 20:31

    Amigo Emilio:
    Yo espero que el LHC llegue a demostrar que el bosón de Higgs da masa a las partículas a través de un efecto frenado. Y por cierto que estos del CERN no van muy deprisa.
    Un abrazo. Ramon Marquès

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 10 de abril del 2011 a las 22:22

    Hola, amigo Ramón.
    Yo también lo espero, si aparece finalmente el Bosón de Higgs, el Modelo Estándar de la Física de Partículas se verá muy reforzado y se ampliaran los conocimientos en el campo de la Mecánica Cuántica que tan complejo es.
    En cuanto al retraso, yo también pensé que en los primeros meses después del inicio de la Actividad del Acelerador tendríamos buenas noticias. Sin embargo, las cosas no son tan fáciles y, hay un montón de datos por estudiar y, también, hay que pensar que los recortes de presupuesto ha dado lugar a recortes de personal y de actividades que, de alguna manera, incide en la dinámica de los trabajos.
    Esperemos que, de todas formas, el proyecto siga adelante u finalmente se obtenga la recompensa.
    Un abrazo querido amigo.

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    • 3.1
      kike
      el 26 de abril del 2011 a las 13:56

      ¿Habrá aparecido finalmente el bosón de Higgs?

      http://francisthemulenews.wordpress.com/2011/04/21/el-rumor-de-la-semana-atlas-podria-haber-observado-el-boson-de-higgs-a-4-sigma/

      (enlace aparecido en un comentario del blog CienciaKanija).

      Responder
      • 3.1.1
        emilio silvera
        el 27 de abril del 2011 a las 7:08

        Amigo Kike,no me extrañaría lo másmínimo que eldichoso Bosón hubiera dado alguna señal. Recuerdo que, antes de iniciarse las pruebas, todos los equipos que intervienen de una u otra manera en la búsqueda,estaban convencidos de que,en unos pocos meses el Bosón de Higgs habría hecho acto depresencia.
        La dificultad estriba en la ingentecantidad de datos que hay que estudiar de entre una pila enorme de CDs que loscontienen. Son muchos los equiposque analizan los resultados que surgen delascolisiones de los haces de protones y que han quedado gravadas a la espera de su investigación.
        Esperemos que ATLAS tenga el mérito de haberlo encontrado y, proximamente nos cuenten con más detalles las características del Higgs que,de momento, las que circulan son algoaleatorias y poco fiables.
        Un poco depaciencia que…el Bosón de Higgs hará acto de presencia pero,además, con las energías que se trabaja,algo nuevo y desconocidohasta ahora, aparecerá también y,sinceramente creo que,cuando salga ala luz todo lo que el LHC nos tiene que dar, muchas cosas dela Ciencia habrán cambiado, y,entre ellas,elModelo Estandar que pasará a ser sustituido por una teoría más avanzada y completa, con menos parámetrosaleatorios y,¿quién sabe? si podría incluir a esa fuerza díscola que ahoraseresiste.
        Un saludoamigo.

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  4. 4
    Daniel
    el 25 de abril del 2011 a las 18:49

    Hola Emilio, soy Daniel de La Aventura de la Ciencia. Me gustaría saber si ésta es la entrada con la que participas en el XVIII Carnaval de la Física (o también entran las otras de abril).
    Un cordial saludo.

    Responder
    • 4.1
      emilio silvera
      el 26 de abril del 2011 a las 7:41

      Amigo Daniel,todas mis entradas de Física están destinadas al Carnaval de Física del mes,y,si alguna no lopone de manera expresa es debido a que, sin saber cómo han desaparecido las listas de clasificación delas entradas. Esperemos que el Administrador losolucione.
      Puedesponer todas las entradas de Física en el Carnaval que se celebra en Aventura dela Ciencia.
      Un saludo amigomío.

      Responder

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