¿Qué son las supercadenas?

Las supercuerdas, o teoría de las supercuerdas, es un campo emocionante de la física que a veces se llama La teoría del todo . Muchos piensan que es la elusiva explicación unificadora que Einstein buscó y que podría explicar todas las fuerzas conocidas en el universo.

Hasta que aparecieron las supercuerdas, los científicos tenían dos teorías opuestas sobre cómo se comportaban las leyes de la naturaleza: la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica de Einstein.

La relatividad general explica el mundo tal como lo conocemos en una escala bastante masiva. Describe el espacio-tiempo como un tejido deformado por la contabilidad masiva de los sistemas orbitales, las galaxias y la fuerza de la gravedad. Pero estas leyes se rompen en el nivel cuántico donde una partícula subatómica no se puede medir en términos de su posición exacta en el espacio en un momento dado. También es probable que retroceda en el tiempo como lo hace hacia adelante, e incluso puede parecer estar en dos lugares simultáneamente. El mundo de lo infinitesimalmente pequeño es tan extraño que los científicos acuñaron el término "rareza cuántica" para describirlo.

El problema para los físicos era idear una teoría que uniera el mundo que conocemos con el mundo cuántico. Una explicación para explicar las cuatro fuerzas conocidas: la gravedad, las fuerzas nucleares fuertes y débiles y el electromagnetismo. Las supercuerdas podrían ser esa respuesta.

A través de las ecuaciones matemáticas se hizo obvio que la forma en que habíamos pensado previamente en las partículas como "puntos" o "pequeñas bolas" de energía era inexacta. Estos pequeños trozos de materia en realidad se comportaron más como meneos, cuerdas vibrantes. Las cadenas son tan pequeñas que Brian Greene, físico y defensor, explica que si un solo átomo fuera del tamaño de nuestro sistema solar, una cadena solo sería del tamaño de un árbol. Sin embargo, las cuerdas constituyen toda la materia desde el nivel cuántico hacia arriba.

La forma en que vibran las cuerdas determina las propiedades específicas de todas y cada una de las partículas, comparando el universo con una sinfonía cósmica de supercuerdas. Pero para eliminar la teoría de las anomalías matemáticas, se necesitaban seis dimensiones adicionales. Las seis dimensiones adicionales forman pequeñas formas en 6-D en cada punto dentro de nuestro espacio. Dentro de estas formas 6-D están las cuerdas de la teoría de las supercuerdas. Las seis dimensiones adicionales, más las tres, significaron que realmente había 9 dimensiones. Agregue uno más por tiempo , y el total fue de 10 dimensiones. Tan sorprendente como fue esto, no fue el final.

En 1995, las diferentes teorías de las supercuerdas presentaron un enigma hasta que la teoría M las unió. ¿La única trampa? La teoría M matemáticamente requería una undécima dimensión. Esto presentó una nueva imagen de cuerdas por la cual, dada suficiente energía, una cuerda podría estirarse para convertirse en una membrana flotante extremadamente grande, llamada brana para abreviar. Las branas pueden tener diferentes propiedades dimensionales y crecer tan grandes como un universo. De hecho, de acuerdo con la teoría, nuestro universo entero existe en una brana flotante, solo una de varias branas flotantes que soportan su propio universo paralelo. Cada brana representa una porción de un espacio dimensional o volumen más alto.

Aunque el Modelo Estándar de la década de 1970 ya unía tres de las cuatro fuerzas en una teoría unificada, la gravedad no podía conciliarse con las tres fuerzas cuánticas. Pero un gran avance en las supercuerdas abarcó la fuerza evasiva de la gravedad, susurrando el Santo Grial de la física. Si una partícula hipotética sin masa responsable de transmitir la gravedad, el gravitón, existe en el nivel cuántico como una cadena cerrada , esto presentaría un enlace gravitacional directo a la teoría de las supercuerdas.

La teoría predice que las cadenas pueden ser abiertas o cerradas. Las cuerdas abiertas, o cuerdas que se asemejan a pequeños pelos que se menean, tienen al menos un punto final "unido" a la membrana como un tranvía está conectado por un cable superior a una línea eléctrica. Las cuerdas pueden moverse a través de la brana pero no pueden abandonarla, lo que explica por qué no podemos ver físicamente o alcanzar nuestra dimensión. Los átomos que forman nuestros cuerpos están compuestos de cadenas abiertas que tienen puntos finales unidos a nuestra membrana tridimensional. Otra forma de verlo es considerar una pantalla de cine. Las personas en una pantalla parecen ser tridimensionales, pero en realidad no pueden salir de la pantalla a nuestro mundo tridimensional. Están atrapados en su mundo 2D, así como nosotros estamos atrapados en nuestro mundo 3D y no podemos alcanzar las dimensiones vecinas. Los científicos se refieren a esto como grados de libertad .

Pero el gravitón es diferente. Como una cadena o bucle cerrado sin puntos finales adjuntos, se teorizó que podría escapar de nuestra brana tridimensional y filtrarse en otras dimensiones. Esto explicaría por qué la gravedad es muchas veces más débil que las otras fuerzas.

Sin embargo, ¿qué pasaría si lo inverso fuera cierto? ¿Qué pasa si la gravedad en una brana paralela es tan fuerte como las otras fuerzas, pero aquí es más débil porque solo se está filtrando en nuestra dimensión? Matemáticamente, la teoría de las supercuerdas nuevamente funcionó maravillosamente y finalmente presentó una explicación plausible de la debilidad de la gravedad al unirla con las otras tres fuerzas.

Solo quedaba un obstáculo: la teoría unificadora también debería ser capaz de explicar el Big Bang. Cuatro físicos que viajaban juntos en un tren abordaron casualmente este tema. Uno de ellos planteó la pregunta: ¿Qué pasaría si dos branas chocaran? La respuesta matemática plausible resultó ser el Big Bang.

Los detractores de la teoría de las supercuerdas señalan la falta de pruebas y la dificultad de proporcionarlas. ¿Es solo una hermosa construcción matemática? Una filosofia? ¿O una verdadera explicación de nuestro mundo? Ninguna otra teoría se ha acercado a la unificación matemática de las cuatro fuerzas, y mucho menos, además, proporciona una explicación para el Big Bang. Pero probar que existen otras dimensiones (branes flotantes y universos paralelos) ha sido un punto de conflicto importante.

Sin embargo, los creyentes de la teoría elegante están ansiosos por verla probada, y los científicos han descubierto que puede haber pruebas observables de cadenas astronómicamente grandes. Por lo tanto, la teoría de las supercuerdas continúa ganando terreno. Al final, si tiene éxito, desde 11 dimensiones hasta universos paralelos, desde las galaxias arremolinándose hasta la sopa cuántica, las supercuerdas podrían ser realmente La teoría de todo .