{"id":960,"date":"2009-10-18T07:32:27","date_gmt":"2009-10-18T05:32:27","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=960"},"modified":"2009-10-18T12:08:09","modified_gmt":"2009-10-18T10:08:09","slug":"%c2%bf-por-que-cuerdas","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/10\/18\/%c2%bf-por-que-cuerdas\/","title":{"rendered":"\u00bf Por qu\u00e9 Cuerdas ?"},"content":{"rendered":"

\u00bfPor qu\u00e9 cuerdas?<\/strong><\/p>\n

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“La teor\u00eda de cuerdas es f\u00edsica del siglo XXI,\u00a0 que cay\u00f3 accidentalmente en el siglo XX.”<\/p>\n

Edward\u00a0 Witten<\/p>\n<\/blockquote>\n

Edward Witten, del Instituto para Estudios Avanzados de Princeton,\u00a0 New Jersey, domina el mundo de la f\u00edsica te\u00f3rica. \u00a0Podr\u00edamos decir que Witten, es el que tira del pelot\u00f3n, el m\u00e1s brillante f\u00edsico de altas energ\u00edas que marca las tendencias actuales en la comunidad cient\u00edfica de la f\u00edsica te\u00f3rica y el que ha sido capaz de plantear la versi\u00f3n m\u00e1s moderna de la teor\u00eda de supercuerdas<\/a>, conocida como teor\u00eda M<\/a>.<\/p>\n

Algunos se han atrevido a compararlo con Einstein<\/a>. Ha ganado la medalla Field de 1.990, una especie de Premio Nobel de las matem\u00e1ticas. Dice su mujer (tambi\u00e9n f\u00edsico de profesi\u00f3n), que Witten permanece sentado con la mirada perdida en el horizonte a trav\u00e9s de una ventana, manipulando y reordenando grandes conjuntos de complejas ecuaciones en su mente. Su esposa se\u00f1ala: “Nunca hace c\u00e1lculos excepto en su mente. Yo llenar\u00eda p\u00e1ginas con c\u00e1lculos antes de llegar a comprender lo que est\u00e1 haciendo, pero Edward s\u00f3lo se sienta para calcular un signo menos o un factor dos<\/em>“.\u00a0\u00a0Witten dice: “La mayor\u00eda de las personas que no han estudiado f\u00edsica probablemente piensan que lo que hacen los f\u00edsicos es cuesti\u00f3n de c\u00e1lculos incre\u00edblemente complicados, pero eso no es realmente lo esencial. Lo esencial es que la f\u00edsica trata de conceptos, busca comprender los conceptos, los principios mediante los cuales opera el mundo, el universo<\/em>“.<\/p>\n

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As\u00ed que Witten se ha enfrascado en la nada f\u00e1cil tarea de unir la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica con la gravedad mediante la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> que, seg\u00fan \u00e9l, nos puede incluso descubrir el instante mismo de la creaci\u00f3n. El aspecto clave de esta teor\u00eda, el factor que le da su potencia tanto como su unicidad, es su geometr\u00eda inusual. Las cuerdas (como ya dije antes) pueden vibrar autoconsistentemente s\u00f3lo en 10 y 26 dimensiones.<\/p>\n

La esencia de la teor\u00eda de cuerdas consiste en que puede explicar la naturaleza de la materia y del espacio-tiempo; es decir, la naturaleza del universo entero. Esta teor\u00eda responde a una serie de cuestiones enigm\u00e1ticas acerca de las part\u00edculas, tales como por qu\u00e9 existen tantas en la naturaleza.\u00a0\u00a0 Cuanto m\u00e1s profundamente sondeamos en la naturaleza de las part\u00edculas subat\u00f3micas, m\u00e1s part\u00edculas aparecen. Existen varios centenares de ellas y sus propiedades llenan vol\u00famenes y vol\u00famenes. Incluso con el Modelo Est\u00e1ndar tenemos un desconcertante n\u00famero de “part\u00edculas elementales”. La teor\u00eda de cuerdas responde a esta pregunta porque la cuerda, alrededor de 100 trillones de veces m\u00e1s peque\u00f1a que un prot\u00f3n<\/a>, esta vibrando; cada modo de vibraci\u00f3n representa una resonancia o part\u00edcula distinta. La cuerda es tan incre\u00edblemente peque\u00f1a que, a cierta distancia, una resonancia de una cuerda y una part\u00edcula son indistinguibles. S\u00f3lo cuando ampliamos de alguna forma la part\u00edcula podemos ver que no es en absoluto un punto, sino un modo de una cuerda vibrante.<\/p>\n

Seg\u00fan la teor\u00eda de cuerdas, la materia no es nada m\u00e1s que las armon\u00edas creadas por cuerdas vibrantes. Del mismo modo que se puede componer un n\u00famero infinito de armon\u00edas para el viol\u00edn, puede construirse un n\u00famero infinito de formas de materia a partir de cuerdas vibrantes. Esto explica la riqueza de las part\u00edculas en la naturaleza. An\u00e1logamente, las leyes de la f\u00edsica pueden ser comparadas a las leyes de la armon\u00eda permitida en la cuerda. El propio universo, compuesto de innumerables cuerdas vibrantes, ser\u00eda entonces comparable a una sinfon\u00eda.<\/p>\n

La teor\u00eda de cuerdas explica la naturaleza de las part\u00edculas y del espacio-tiempo. Cuando una cuerda se mueve en el espacio-tiempo, ejecuta un conjunto de complicados movimientos. La cuerda puede, a su vez, romperse en cuerdas m\u00e1s peque\u00f1as o colisionar con otras cuerdas para formar cuerdas m\u00e1s largas. El punto clave es que todas estas correcciones cu\u00e1nticas o diagramas cerrados son finitos y calculables. Esta es la primera teor\u00eda cu\u00e1ntica de la gravedad en la historia de la f\u00edsica que tiene correcciones cu\u00e1nticas finitas (recordemos que todas las teor\u00edas previas conocidas – incluyendo la teor\u00eda original de Einstein<\/a>, la de Kaluza-Klein<\/a> y la teor\u00eda de supergravedad – fallaban en este criterio clave).<\/p>\n

Lazos<\/strong><\/p>\n

En la teor\u00eda de cuerdas, la fuerza gravitatoria se representa mediante el intercambio de cuerdas cerradas, que barren tubos en el espacio-tiempo. Incluso si usamos una serie infinita de diagramas con un gran n\u00famero de agujeros, nunca aparecen infinitos en la teor\u00eda, d\u00e1ndonos una teor\u00eda de gravedad cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Cuando se calcularon por primera vez las ligaduras que impone la cuerda sobre el espacio-tiempo, los f\u00edsicos quedaron sorprendidos al descubrir que las ecuaciones de Einstein<\/a> emerg\u00edan de la cuerda. Esto era notable; sin suponer ninguna de las ecuaciones de Einstein<\/a>, los f\u00edsicos asombrados descubr\u00edan que ellas emerg\u00edan de la teor\u00eda de cuerdas como por encanto.\u00a0\u00a0 Las ecuaciones de Einstein<\/a> ya no resultaban ser fundamentales; pod\u00edan derivarse de la teor\u00eda de cuerdas de la que formaban parte. Einstein<\/a> pensaba que la geometr\u00eda por s\u00ed sola explicar\u00eda un d\u00eda todas las propiedades de la materia; para \u00e9l la materia era s\u00f3lo un nudo o vibraci\u00f3n del espacio-tiempo, ni m\u00e1s ni menos. Los f\u00edsicos cu\u00e1nticos, por el contrario, pensaban de manera distinta a la de Einstein<\/a>, es decir, que el tensor m\u00e9trico<\/a> de Riemann-Einstein<\/a> pod\u00eda convertirse en un gravit\u00f3n<\/a>, el paquete discreto de energ\u00eda que transporta la fuerza gravitatoria y, en este preciso punto, aparece la cuerda, que seg\u00fan todos los indicios puede ser el “eslab\u00f3n perdido” entre la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y la relatividad<\/a> general, el que permita la unificaci\u00f3n entre ambas teor\u00edas de manera natural y complete el circulo de una teor\u00eda de “todo” que explique el universo, la materia y el espacio-tiempo con todas sus constantes universales y las fuerzas de la naturaleza que lo rigen todo.<\/p>\n

La teor\u00eda de cuerdas, por consiguiente, es suficientemente rica para explicar todas las leyes fundamentales de la naturaleza. Partiendo de una simple teor\u00eda de una cuerda vibrante, uno puede extraer la teor\u00eda de Einstein<\/a>, la teor\u00eda de Kaluza-Klein<\/a>, la supergravedad, el Modelo Est\u00e1ndar e incluso una teor\u00eda GUT (Gran Teor\u00eda Unificada). Parece un milagro que partiendo de unos argumentos puramente geom\u00e9tricos acerca de una cuerda, se pueda desarrollar totalmente por derivaci\u00f3n la f\u00edsica de los \u00faltimos dos mil a\u00f1os.\u00a0\u00a0 Todas las teor\u00edas discutidas hasta ahora est\u00e1n incluidas autom\u00e1ticamente en la teor\u00eda de cuerdas.<\/p>\n

En 1.984, John Schwarz del Instituto Tecnol\u00f3gico de California y su colaborador Michael Green del Queen Mary’s Collage de Londres, demostraron que la teor\u00eda de cuerdas pod\u00eda ser autoconsistente, lo que desencaden\u00f3 una carrera de los f\u00edsicos m\u00e1s j\u00f3venes para resolver esta teor\u00eda.<\/p>\n

El concepto de \u00f3rbitas, por ejemplo, se da repetidamente en la naturaleza en diferentes variaciones; desde la obra de Cop\u00e9rnico, las \u00f3rbitas han proporcionado un tema esencial que se repite constantemente a lo largo de la naturaleza en diferentes variaciones, desde las galaxias m\u00e1s grandes hasta los \u00e1tomos y los m\u00e1s diminutas part\u00edculas subat\u00f3micas, tanto las unas como las otras describen \u00f3rbitas en su deambular por el espacio. De manera an\u00e1loga, los campos de Faraday se han mostrado como uno de los temas favoritos de la naturaleza. Los campos pueden describir el magnetismo de la naturaleza de las galaxias y la gravitaci\u00f3n, o pueden describir la teor\u00eda electromagn\u00e9tica de Maxwell, la teor\u00eda m\u00e9trica de Riemann-Einstein<\/a>, los campos de Yang-Mills<\/a> encontrados en el Modelo Est\u00e1ndar, y as\u00ed todas las formas conocidas de materia y energ\u00eda han sido expresadas en t\u00e9rminos de teor\u00eda de campos. Las estructuras, entonces, como los temas y variaciones en una sinfon\u00eda, son repetidas constantemente.<\/p>\n

\u00bfPero las cuerdas? Las cuerdas no parecen ser una estructura preferida por la naturaleza en el dise\u00f1o de los cielos. No vemos cuerdas en el espacio exterior. De hecho no las vemos por ninguna parte.<\/p>\n

Un momento de reflexi\u00f3n, sin embargo, revelar\u00e1 que la naturaleza ha reservado un papel especial a las cuerdas, como un ladrillo b\u00e1sico para otras formas. Por ejemplo, la caracter\u00edstica esencial de la vida en el planeta Tierra es la mol\u00e9cula de ADN similar a una cuerda, que contiene la informaci\u00f3n compleja y el c\u00f3digo de la propia vida. Para construir la materia de la vida, tanto como la materia subat\u00f3mica, las cuerdas parecen ser la respuesta perfecta. En ambos casos, queremos encerrar una gran cantidad de informaci\u00f3n en una estructura reproducible y relativamente simple. La caracter\u00edstica distintiva de una cuerda es que es una de la forma m\u00e1s compacta de almacenar grandes cantidades de datos de un modo en que la informaci\u00f3n pueda ser replicada.<\/p>\n

Para los seres vivos la naturaleza utiliza la doble cadena de la mol\u00e9cula de ADN, que se separa y forma copias duplicadas de cada una de ellas.\u00a0Nuestros cuerpos tambi\u00e9n contienen millones de millones de cadenas de prote\u00ednas, formadas de ladrillos de amino\u00e1cidos. Nuestro cuerpo, en cierto sentido, puede ser considerado como una enorme colecci\u00f3n de cuerdas: mol\u00e9culas de prote\u00ednas que revisten nuestros huesos. Sin embargo, nadie puede dar una explicaci\u00f3n de nuestro entendimiento, de la inteligencia que se crea y que llevamos con nosotros desde el mismo momento del nacimiento, est\u00e1 ah\u00ed presente, a la espera de que se la despierte, es la inteligencia dormida y evolucionada por el conocimiento de las cosas. La conciencia de SER a la que llamamos alma, y que de alguna manera es inmortal, ya que lo que sabemos lo cedemos y lo dejamos aqu\u00ed para los que nos siguen en la tarea emprendida por la humanidad desde que, en el preciso momento en que surgi\u00f3 aquella primera c\u00e9lula original que fue capaz de dividirse para replicarse a s\u00ed misma, se dio el primer paso para el nacimiento de la vida en nuestro planeta. Pero esa es otra cuesti\u00f3n que ser\u00e1 tratada en otro pr\u00f3ximo trabajo, ahora volvamos al tema de la teor\u00eda de cuerdas de la f\u00edsica.<\/p>\n

En la d\u00e9cada de los noventa se cre\u00f3 una versi\u00f3n de mucho \u00e9xito de la teor\u00eda de cuerdas. Sus autores, los f\u00edsicos de Princeton David Gross, Emil Martinec, Jeffrey Harvey y Ryan Rohn, a quienes se dio en llamar el cuarteto de cuerdas de Princeton<\/em>.<\/p>\n

El de m\u00e1s edad de los cuatro, David Gross, hombre de temperamento imperativo, es temible en los seminarios cuando al final de la charla, en el tiempo de preguntas, con su inconfundible vozarr\u00f3n dispara certeros e inquisidoras preguntas al ponente. Lo que resulta sorprendente es el hecho de que sus preguntas dan normalmente en el clavo.<\/p>\n

Gross y sus colegas propusieron lo que se denomina la cuerda heter\u00f3tica. Hoy d\u00eda, de todas las variedades de teor\u00edas tipo Kaluza-Klein<\/a> que se propusieron en el pasado, es precisamente la cuerda heter\u00f3tica la que tiene mayor potencial para unificar todas las leyes de la naturaleza en una teor\u00eda.\u00a0 Gross cree que la teor\u00eda de cuerdas resuelve el problema de construir la propia materia a partir de la geometr\u00eda de la que emergen las part\u00edculas de materia y tambi\u00e9n la gravedad en presencia de las otras fuerzas de la naturaleza.<\/p>\n

Es curioso constatar que si abandonamos la teor\u00eda de la gravedad de Einstein<\/a> como una vibraci\u00f3n de la cuerda, entonces la teor\u00eda se vuelve inconsistente e in\u00fatil. Esta, de hecho, es la raz\u00f3n por la que Witten se sinti\u00f3 atra\u00eddo inicialmente hacia la teor\u00eda de cuerdas. En 1982 ley\u00f3 un art\u00edculo de revisi\u00f3n de John Schwarz y qued\u00f3 sorprendido al darse cuenta de que la gravedad emerge de la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> a partir solamente de los requisitos de auto consistencia. Recuerda que fue “la mayor excitaci\u00f3n intelectual de mi vida<\/em>“.<\/p>\n

Gross se siente satisfecho pensando que Einstein<\/a>, si viviera, disfrutar\u00eda con la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> que s\u00f3lo es v\u00e1lida si incluye su propia teor\u00eda de la relatividad<\/a> general, y amar\u00eda el hecho de que la belleza y la simplicidad de esa teor\u00eda proceden en \u00faltima instancia de un principio geom\u00e9trico, cuya naturaleza exacta es a\u00fan desconocida.<\/p>\n

Witten llega incluso a decir que “todas las ideas realmente grandes en la f\u00edsica, son retornos de la teor\u00eda de supercuerdas<\/a><\/em>“. Con esto, \u00e9l quiere decir que todos los grandes avances en f\u00edsica te\u00f3rica est\u00e1n incluidos en la teor\u00eda de supercuerdas<\/a>. Incluso afirma el hecho de que la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> fue “un accidente del desarrollo intelectual en el planeta Tierra, ocurrido antes de su tiempo<\/em>“. Y contin\u00faa diciendo: “En alguna parte en el espacio exterior, otras civilizaciones en el universo pudieron haber descubierto primero la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> y derivado de ella la teor\u00eda de la relatividad<\/a> general que lleva dentro<\/em>“.<\/p>\n

La cuerda heter\u00f3tica de Gross y sus colegas, consiste en una cuerda cerrada que tiene dos tipos de vibraciones, en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario, que son tratadas de forma diferente. Las vibraciones en el sentido de las agujas del reloj viven en un espacio de diez dimensiones. Las vibraciones de sentido contrario viven en un espacio de veintis\u00e9is dimensiones, de las que diecis\u00e9is han sido compactificadas. Lo mismo ocurr\u00eda en la teor\u00eda de la quinta dimensi\u00f3n de Kaluza-Klein<\/a>, donde la quinta dimensi\u00f3n estaba compactificada curv\u00e1ndose en un c\u00edrculo en el l\u00edmite de Planck.<\/p>\n

La cuerda heter\u00f3tica debe su nombre al hecho de que las vibraciones en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario viven en dos dimensiones diferentes pero se combinan para producir una sola teor\u00eda de supercuerdas<\/a>. Esta es la raz\u00f3n de que se denomine seg\u00fan la palabra griega heterosis<\/em>, que significa “vigor hibrido”.<\/p>\n

El espacio compactificado de diecis\u00e9is dimensiones es el m\u00e1s interesante. Cuando fue analizado por el “cuarteto de cuerda” de Princeton (Gross y su equipo), descubrieron que contiene una simetr\u00eda de enormes dimensiones, denominada E (8) \u00d7 E (8), que es mucho mayor que cualquier simetr\u00eda GUT que se hubiese intentado jam\u00e1s. Esta simetr\u00eda es mucho mayor que el grupo de simetr\u00eda que aparece en el Modelo Est\u00e1ndar, dado por SU(3) \u00d7 SU(2) \u00d7 U(1) que es un subconjunto de la anterior donde est\u00e1 acomodado tambi\u00e9n (dada su amplitud) el Modelo Est\u00e1ndar.<\/p>\n

Las leyes de la f\u00edsica se simplifican en dimensiones m\u00e1s altas.<\/strong><\/p>\n

En este caso, en el espacio 26-dimensional de las vibraciones de sentido contrario a las agujas del reloj de la cuerda heter\u00f3tica que tiene espacio suficiente para explicar todas las simetr\u00edas encontradas en la teor\u00eda de Einstein<\/a> y en la teor\u00eda cu\u00e1ntica. As\u00ed, por primera vez, la geometr\u00eda pura ha dado una simple explicaci\u00f3n de por qu\u00e9 el mundo subat\u00f3mico deber\u00eda exhibir necesariamente ciertas simetr\u00edas que emergen del enrollamiento del espacio de m\u00e1s dimensiones: Las simetr\u00edas del dominio subat\u00f3mico no son sino remanentes de la simetr\u00eda del espacio de m\u00e1s dimensiones.<\/p>\n

Esto significa que la belleza y simetr\u00edas encontradas en la naturaleza pueden ser rastreadas en \u00faltima instancia hasta el espacio multidimensional.\u00a0 Por ejemplo, los copos de nieve crean bellas figuras hexagonales, ninguna de las cuales es exactamente igual a otra, han heredado sus estructuras de las formas en que sus mol\u00e9culas han sido dispuestas geom\u00e9tricamente, determinada b\u00e1sicamente por las cortezas electr\u00f3nicas de estas mol\u00e9culas, que a su vez nos llevan de nuevo a las simetr\u00edas rotacionales de la teor\u00eda cu\u00e1ntica, dadas por O (3).<\/p>\n

Podemos concluir diciendo que las simetr\u00edas que vemos a nuestro alrededor, desde un arco iris a las flores y a los cristales, pueden considerarse en \u00faltima instancia como manifestaciones de fragmentos de la teor\u00eda decadimensional original. Riemann y Einstein<\/a> hab\u00edan confiado en llegar a una comprensi\u00f3n geom\u00e9trica de por qu\u00e9 las fuerzas pueden determinar el movimiento y la naturaleza de la materia.<\/p>\n

Dado el enorme poder de sus simetr\u00edas, no es sorprendente que la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> sea radicalmente diferente de cualquier otro tipo de f\u00edsica.\u00a0 De hecho, fue descubierta casi por casualidad. Muchos f\u00edsicos han comentado que si este accidente fortuito no hubiese ocurrido, entonces la teor\u00eda no se hubiese descubierto hasta bien entrado el siglo XXI. Esto es as\u00ed porque supone una neta desviaci\u00f3n de todas las ideas ensayadas en este siglo. No es una extensi\u00f3n natural de tendencias y teor\u00edas populares en este siglo que ha pasado; permanece aparte.<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

\r\n\t\t\r\n\t\t
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\u00bfPor qu\u00e9 cuerdas? “La teor\u00eda de cuerdas es f\u00edsica del siglo XXI,\u00a0 que cay\u00f3 accidentalmente en el siglo XX.” Edward\u00a0 Witten Edward Witten, del Instituto para Estudios Avanzados de Princeton,\u00a0 New Jersey, domina el mundo de la f\u00edsica te\u00f3rica. \u00a0Podr\u00edamos decir que Witten, es el que tira del pelot\u00f3n, el m\u00e1s brillante f\u00edsico de altas […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_s2mail":"","footnotes":""},"categories":[7],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/960"}],"collection":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=960"}],"version-history":[{"count":0,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/960\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=960"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=960"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=960"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}