Entonces, ¿el agujero negro (AdS/QCD) es real?

Teoría de Cuerdas

Clifford Johnson dió recientemente una charla sobre la descripción del plasma de quark-gluón inspirada en AdS/CFT, en términos de agujeros negros 4+1 dimensionales y alguien le hizo la pregunta obvia:

¿Pero eso es real?

Clifford dió una meditada respuesta y yo estoy de acuerdo con sólo dos terceras partes de ella. Moshe Rozali se unió a Clifford en los comentarios y está claro que mi grado de acuerdo con Moshe estaría más cercano al 100 %.

En la aproximación AdS/QCD, uno observa un trozo de plasma de quark-gluón o un material similar y se da cuenta que los quarks y los gluones no son útiles para describir lo que sucede. En vez de esto, se quiere tratar el material macroscópicamente en cierto modo. Se quiere capturar directamente los grados de libertad “emergentes” y sus relaciones.

Pero, ¿cuáles son las propiedades de tal material? ¡Resulta que la respuesta más exacta requiere un agujero negro en un espacio-tiempo curvo con una dimensión extra! Esto no es simplemente una coincidencia casual. Es una consecuencia de la equivalencia matemática más importante encontrada en física en los últimos quince años.

Un gran número de gluones y quarks pueden también describirse de forma equivalente en términos de una teoría hiper-dimensional de la gravedad. El objeto más típico y “localizado” en cualquier teoría de la gravedad es un agujero negro. Es la “fase final” de la materia porque maximiza la entropía sobre todos los objetos localizados o ligados de la misma masa y carga. Así que no es muy sorprendente que describa también un plasma de quark-gluón.

Esta tecnología ha permitido calcular el cociente viscosidad-densidad de entropía y muchas otras cantidades más exactamente que mediante otras técnicas más antiguas, menos creativas, y menos imaginativas. Simplemente funciona. Es bello e irritante técnicamente al mismo tiempo. Muestra que la gravedad está unificada con otras fuerzas tales como las nucleares si hay muchos quarks o gluones y la gravedad opera en un espacio curvo hiperdimensional. La red ideológica que conecta irreversiblemente la gravedad con otras fuerzas es más densa de lo que la gente creía.

De acuerdo. Para describir una parte del plasma quark-gluón, necesitamos un agujero negro en un espacio-tiempo curvo hiperdimensional. Empecemos con las preguntas y las respuestas:

¿El agujero negro es real?

Claramente, estoy de acuerdo con Clifford en que la noción de “real” está mal definida. Moshe enfatiza que la gente normalmente interpreta la palabra “real” como “intuitivo”, algo “que les es familiares”. Esto es desafortunado porque tal definición del adjetivo depende de su psicología. Con esta definición, el significado de la palabra “real” deja de tener un carácter objetivo.

Supongo que casi ninguna persona común puede imaginar un agujero negro AdS hiperdimensional interactuando del mismo modo que un plasma quark-gluón, así que si las habilidades mentales de una persona común están implícitamente incluidas en la palabra “real”, entonces, por supuesto, ¡casi nada de la física teórica avanzada es real!

Si me permites hablar sobre cuestiones de algún modo más objetivas, y usar la definición de “real” como la entiende un físico que sabe del tema, entonces probablemente escogería la respuesta, “Sí, el agujero negro es real”. Todas sus propiedades físicas vienen dadas por una teoría de la gravedad cuántica en cinco dimensiones. Es un agujero negro real.

El único problema es que no podemos tomar una nave espacial y volar alrededor de este agujero negro porque nosotros estamos hechos de materia que no existe en un espacio de cinco dimensiones; Después de todo, tenemos una dimensionalidad más baja. Nuestros electrones existen “realmente” en la frontera del espacio AdS. Así que el agujero negro nunca será un “agujero negro real en nuestra vecindad”. Será un “agujero negro en algún espacio al que no podemos acceder”.

Sin embargo, esto es, en cierto sentido, nuestro problema, no del agujero negro. El agujero negro es real aunque nosotros no podemos ir alrededor de dicho agujero negro. ;-)

¿Hay agujeros negros en algún laboratorio?

Por supuesto, estoy completamente de acuerdo con Clifford en que si el laboratorio es definido como una región de un espacio tridimensional, el agujero negro no está dentro del laboratorio porque es de una dimensión mayor, de acuerdo con la interpretación geométrica convencional de la palabra “dentro”.

Bien, podrías imaginar también que hay un “bulto” en el laboratorio donde la dimensión aumenta pero consideraría tal mezcla de geometrías inconsistente. La geometría en la frontera donde existe la teoría de campos conformal (CFT en inglés), es heredada del volumen que limita. Más concretamente, su estructura conformal (sus ángulos) son heredados. Pero el reescalado global es independiente (y necesita ser reescalado por un factor infinito).

Para resumir, cuando hablas de la geometría, debes considerar independientemente las geometrías del espacio-tiempo de cinco dimensiones y el espacio-tiempo tetramensional y deberías no combinarlas. Éstas ofrecen los lugares para dos descripciones del mismo fenómeno físico pero debes trabajar consistentemente con una de las dos en cada momento.

Ah, vale. ¿Pero crees que este espacio hiperdimensional en el que estás haciendo los cálculos, junto con el agujero negro que pones en él para modelar el fenómeno adecuadamente, “existe” en algún lugar? ¿Son “reales”?

Bueno, el espacio-tiempo hiperdimensional es real o irreal en el mismo sentido que el propio agujero negro. No es intuitivo para la persona común y no estamos acostumbrados a él, pero existe. El fenómeno físico en este espacio-tiempo hiperdimensional coincide con los fenómenos que llamaríamos “comportamiento del plasma de quark-gluón”.

La descripción del plasma de quark-gluón en 3+1 dimensiones se encontró antes que la descripción en términos del agujero negro, pero es una simple coincidencia y ambas descripciones son igualmente fundamentales. Para pedazos grandes de plasma de quark-gluón, la descripción del agujero negro está más directamente asociada con cantidades observables – incluso aunque este hecho pueda sorprender a los principiantes.

Las simetrías gauge son irreales.

Clifford también dice correctamente que las simetrías gauge son “irreales” en el sentido de que éstas son sólo propiedades de una descripción particular – y puede haber (y de hecho usualmente las hay) otras descripciones que sólo incluyen otros tipos de simetrías de norma o ninguna.

Observa que los lagrangianos convencionales para (bajas energías) la gravedad AdS incluyen los difeomorfismos como una simetría gauge, pero no simetrías Yang-Mills, de tipo SU(N). Hay muchas equivalencias de teorías con muy diferentes principios teóricos gauge. Además, cualquiera de las simetrías gauge puede ser fija en gauge.

Esto es una razón por la que todas las simetrías gauge merecen ser llamadas “una parte del formalismo matemático” que de otro modo es no físico. No se corresponden nunca con fenómenos observables. Todos los objetos físicos tienen que ser invariantes bajo simetrías gauge – los hadrones deben ser singlets de color (color neutro, rojo+verde+azul, o también pares color-anticolor) en cromodinámica cuántica (QCD en inglés); los campos tienen que satisfacer la ley de Gauss del electromagnetismo (div D = densidad); y así sucesivamente.

La teoría completa de representación de los grupos de simetría que coinciden con las simetrías gauge no es “física” porque sólo las representaciones triviales, unidimensionales, que no se transforman bajo el grupo están físicamente permitidas.

Por supuesto, esto no significa que no pueda haber huellas de las simetrías gauge en física. Las hay. La existencia de polarizaciones transversales (físicas) de los fotones, gluones y otras bosones “gauge” (y, con difeomorfismos como otras simetrías gauge, también los gravitones), pueden verse como consecuencias muy directas de las simetrías gauge.

Las polarizaciones físicas de esos bosones son reales y observables – pero estas polarizaciones están muy directamente asociadas a los campos completos gauge, incluyendo sus grados de libertad no físicos. Esto suena natural, pero es cierto que todavía podemos describir completamente el comportamiento de las polarizaciones físicas sin ningún grado de libertad no físico o simetrías gauge.

También, los subgrupos “globales” de los grupos de simetría gauge – por ejemplo el grupo U(1) de las transformaciones electromagnéticas que actúan en todo el espacio – y algunas transformaciones que afectan a los campos en el infinito no se requieren usualmente para aniquilar los estados físicos (puedes tener campos cargados o campos no-singlet). Así, existen normalmente “simetrías globales” que surgen como “remanentes” de simetrías locales (el momento angular y la energía-momento pueden también ser representados como “remanentes” de simetrías locales denominadas difeomorfismos).

Si Clifford quería decir que tenemos que distinguir cuidadosamente estados físicos (y grados de libertad) de los auxiliares (porque sólo los primeros son observables, mientras que los últimos forman parte de un equipo de herramientas que puede ser reemplazado por otro, entonces estoy de acuerdo con su enunciado:

Deberíamos no mezclar nuestras herramientas computacionales con lo que estamos tratando de describir (la naturaleza).

Sin embargo, si estuviera hablando sólo de los estados físicos (invariantes gauge y satisfaciendo otras condiciones) y los grados de libertad, no estaría de acuerdo con el anterior enunciado. Cuando nos centramos en el espacio físico de Hilbert de la teoría AdS, y el espacio físico de Hilbert de la teoría CFT, son isomórficos.

Siendo isomorfos, y con hamiltonianos unitariamente equivalentes, por así decirlo, llevan a predicciones idénticas, por lo que no podemos decir nunca que uno de ellos es más cierto físicamente que el otro. No tenemos derecho a decir que uno de ellos es la “naturaleza” mientras que el otro es simplemente una “herramienta”. En este sentido, ¡estamos obligados a mezclar “herramientas” y “naturaleza” porque son la misma cosa!

Decir que una descripción es “más real” que la otra sería una falacia. Por supuesto, no estoy evitando que distingas “una descripción” por un lado y la “realidad” por el otro – pero me temo que tal distinción es puramente filosófica puesto que siempre que hablas sobre la “realidad”, tienes que hablar sobre una descripción de ella, de todos modos. ;-)

En otro lado, Clifford escribió lo siguiente:

Está muy bien que las matemáticas inventadas por la teoría de cuerdas se apliquen a otras áreas. Es genial. Pero eso no asegura nada acerca de la hipótesis que las cuerdas son los constituyentes fundamentales de la materia.

Bien, estaría de acuerdo si dijera que de acuerdo a los métodos convencionales, “mecanicistas”, de derivar resultados en ciencia, la “utilidad” de las estructuras matemáticas de la teoría de cuerdas en otros campos no establece que dicha teoría sea la teoría fundamental correcta. No existen obviamente argumentos robustos completos que nos permitiesen probar dicha implicación.

Pero si Clifford también quería decir que no es razonable pensar que la aumenta probabilidad de que la teoría de cuerdas sea la teoria correcta de las interacciones fundamentales porque las matemáticas de la teoría de cuerdas han explicado satisfactoriamente algunos otros tipos de fenómenos, entonces, estoy completamente en desacuerdo.

Debido a que el anterior enunciado es complejo, dejadme decir lo que creo: la naturaleza inevitablemente recicla varias estructuras matemáticas en muchos lugares, y si una estructura matemática aparece en un diferentes contextos, significa inevitablemente que es más probable que esta estructura sea importante universalmente. La inferencia lógica adecuada significa que estimar la relevancia de la teoría de cuerdas para una teoría de las interacciones fundamentales es simplemente tener en cuenta el éxito de sus ideas en otros contextos.

Así, la aparición de agujeros negros – y sus cuerdas, incluidas las cuerdas abiertas con quarks en sus extremos – dentro del plasma de quark-gluón significa seguro que las cuerdas teóricas son más importantes en la naturaleza, incluso a nivel fundamental. El plasma quark-gluón es sólo un ejemplo que muestra que la conexión correcta entre objetos microscópicos como los gluones y objetos macroscópicos como el plasma de quark-gluón o agujeros negros viene dada por las detalladas reglas de la teoría de cuerdas.

Debido a que esta hipótesis es viable en el contexto de la gravedad cuántica (y otras interacciones elementales) y a que ha sido establecida en física nuclear, la validez en el caso de la gravedad cuántica es incluso más probable, especialmente si a día de hoy no se conoce ninguna otra teoría de la gravedad cuántica.

Ten por seguro que lo que escribo es una opinión compartida por la mayoría de los más eminentes físicos teóricos. En su artículo popular de 2005 llamado “Desenredando la teoría de cuerdas” (en el buen sentido), Edward Witten escribió:

Y finalmente, la teoría de cuerdas ha demostrado ser notablemente rica, más aún de lo que los propios entusiastas creen. Ha llevado a intuiciones profundas en temas como el confinamiento de los quarks o la mecánica cuántica de los agujeros negros o en numerosos problemas de geometría pura. Todo esto sugiere que la teoría de cuerdas está en el camino correcto; de otro modo, ¿por qué generaría tantas ideas inesperadas? Y donde los críticos han tenido buenas ideas, han tendido a ser absorbidas como una parte de la teoría de cuerdas, tanto en el caso de la entropía de agujeros negros, el principio holográfico de la gravedad cuántica, la geometría no conmutativa, o la teoría de twistores.

Bien, estoy completamente  de acuerdo con eso. Aunque no tengamos una prueba “completa” de que la teoría de cuerdas es la teoría correcta de todas las interacciones fundamentales y de la materia, la evidencia circunstancial es clara.

La lógica es la siguiente: si un ser humano inventa una idea aleatoria y propone que es relevante para el correcto entendimiento de un problema en gravedad cuántica, será casi seguro 1) inconsistente con algún hecho observable directa o indirectamente, o bien, con algún principio de la naturaleza, 2) o limitada al lugar original donde el autor sugirió que podía ser relevante.

Después de todo, esto no es sólo una situación hipotética: se propusieron cientos de ideas para una “teoría del todo”. Casi todas ellas se encontraron inconsistentes con algunas características básicas y vitales del mundo real, y de éstas, casi todas, se quedaron en especulaciones cuya única ambición era resolver algún problema particular pequeño. Su importancia nunca resultó ser más amplia que la propuesta sugerida originalmente.

Ése es el comportamiento típico de las ideas erróneas.

Con la teoría de cuerdas ha sido diferente. Permanece consistente con todas las características del mundo, dentro de la exactitud con la que podemos comprobarla hoy en día (lo que incluye casi todo excepto los detallados parámetros del modelo estándar que pueden ser extraídos sólo del exacto, y hasta ahora desconocido, vacío) – y aunque el conjunto de esas características requeridas que son reproducidas por la teoría de cuerdas no es completo, es ya muy amplio. Y la teoría de cuerdas ha mostrado ser más importante para una descripción correcta de una clase de situaciones físicas más amplia y numerosa. Como muestra la estadística, eso no suele ocurrir por accidente.

En ausencia de predicciones únicas o exactas y/o de experimentos directos, los científicos deben estar todavía conmocionados por lo que encuentran, por algunos resultados de su trabajo. Me parece obvio que la contínua consistencia con las observaciones  – al nivel que podemos chequear (lo que incluye por supuesto, autoconsistencia) – y la importancia universal de las ideas son los criterios clave. Y cuando esos criterios son tenidos en cuenta, todo físico teórico de altas energías serio debería tener esos resultados en cuenta.

Tres párrafos atrás, cuando hablé sobre el destino de las teorías erróneas, no reconocí otro grupo más de excepciones: teorías alternativas que no resultaron ser inconsistentes con la realidad. Por ejemplo, la gente encontraría algunas cosas interesantes sobre la termodinámica de los agujeros negros (y el “crítico de la teoría de cuerdas” Gerard’t Hooft sería co-autor del principio holográfico), la supersimetría, la supergravedad, o los twistores (debidos al “crítico” Roger Penrose), entre otros temas, que todavía se cree que son válidas – al menos como aproximaciones que describen algunos aspectos de la física de hoy.

Pero esas teorías han sido absorbidas por la teoría de cuerdas. Han resultado ser simplemente aspectos particulares de la misma teoría – la teoría de cuerdas. Es lo mejor que le ha sucedido a cualquiera teoría “competidora” en los últimos 30 años. Cualquier otro destino ha sido mucho peor que éste.

Sólo con argumentos estadísticos (u otros argumentos), es muy razonable esperar que lo mismo sucederá con cualquier otra idea comeptidora exitosa en el futuro cercano. Si tienes una buena idea que resulte ser operacional o profunda, es muy probable que sea una parte de la teoría de cuerdas. Pienso que estar en desacuerdo con esta expectativa significa negar lo que hemos aprendido en docenas de desarrollos físicos importantes durante las recientes décadas.

Pueden no gustarte las estadísticas históricas y el “trabajo” deliberado en un programa que (¡ójala!) englobe la teoría de cuerdas completamente. De acuerdo. Los científicos pueden empezar con cualquier suposición que quieran. Pero el éxito no está garantizado y es obvio que si la mayoría de la comunidad estuviera haciendo esta apuesta anti-cuerdas, la comunidad estaría actuando irracionalmente simplemente porque es improbable que la suposición sea cierta.

Así que sí, pienso que es cierto que la razón principal por la que estoy mucho más seguro de que la teoría de cuerdas tiene que ser la teoría correcta de las interacciones fundamentales es el argumento que Clifford Johnson quiere declarar tabú. Pienso que se equivoca: no es plausible para una teoría errónea conservar su consistencia con todos los nuevos datos cualitativos durante un tiempo tan largo, expandir su rango de impacto, producir muchas más grandes ideas que aquellas que fueron introducidas (lo que muestra que estamos descubriendo algo, más que inventarlo o construirlo), y absorber contínuamente otras ideas de la misma forma que la teoría de cuerdas lo ha hecho.

Ésta es la razón real global por la que la teoría de cuerdas es casi seguro correcta como una “teoría del todo”. No prestar atención a esas “señales de luz” significaría “caminar aleatoriamente” a través de los oscuros callejones de la ignorancia. La ciencia simplemente no podría continuar si no pudiésemos aprender una lección aquí.

BREVE GLOSARIO

Simetría gauge: es un tipo de simetría que aparece en las teorías de campos. Más concretamente, ciertas cantidades, dependiendo de la teoría, pueden contener determinados tipos de términos extra, los cuales desaparecen al ser introducidos en las ecuaciones de la teoría, obteniéndose así cantidades observables independientes de los términos añadidos. Estas simetrías pueden ser locales o globales. Las primeras dependen de la posición en el espacio, y las segundas no. Su valor es el mismo en todos los puntos del espacio.

Lagrangiano: es una función matemática importante en mecánica clásica, y en teorías de campos. En mecánica clásica, es la base de la llamada formulación lagrangiana de la mecánica clásica. A partir de esta función se pueden hallar las ecuaciones del movimiento de una partícula. Un principio variacional nos da las operaciones que tenemos que aplicar al lagrangiano para obtener dichas ecuaciones. Este concepto se extiende análogamente a las teorías de campos.

Difeomorfismo: de forma simplificada, una transformación de coordenada local entre variedades diferenciables.

Divergencia: es un vector cuyas componentes son las derivadas parciales (si tenemos una función que depende de más de una variable, podemos derivar con respecto a una de ellas solamente) respecto a las coordenadas del espacio. Así, la componente x es la derivada con respecto a la coordenada x, y así sucesivamente. Multiplicar escalarmente (producto de dos vectores componente a componente, a saber, la componente x por la componente x y así sucesivamente. El resultado es una cantidad escalar, un número) este vector por otro vector (campo) es lo que se denomina divergencia de un campo, y nos da una idea de la cantidad neta de campo que hay en ese punto, dicho cualitativamente.

Grupo de simetría: grupo matemático que contiene todas las transformaciones que dejan invariante una cantidad física.

Hadrón: partícula subatómica que interacciona fuertemente.

Bosón: partícula con espín entero.

Espacios isomorfos: son aquellos espacios que tienen la misma estructura.

Hamiltonianos unitariamente equivalentes: son aquellos que tienen evoluciones temporales equivalentes.


Autor: Lubos Motl
Fecha Original: 12 de mayo de 2010
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Comments (10)

  1. hola

    Las teorías verdaderas tienden a mostrar una complejidad escalable, quiero decir, que además de la versión para expertos, hay una versión al 20 -50% para legos.
    Nunca encontré una versión tal de la teoría de cuerdas, a parte de un montón de metáforas que nunca entran de verdad en la teoría.
    Las verdaderas teorías hacen predicciones y se validan experimentalmente. Y aunque la teoría de cuerdas ha hecho alguna, aún le queda mucho por recorrer.
    Pero sobre todo, las verdaderas teorías son legalmente falsables, en el sentido que hacen una predicción, que si no se cumple las descarta.
    La teoría de cuerdas tiene trillones de predicciones, según el modelo que adoptemos. Y no me parece legal hacer trillones de predicciones y luego jactarse de que se ha cumplido una.
    En resumen me parece que esta teoría sigue siendo una hipótesis de trabajo para expertos, y que no está madura como para justificar la cantidad de artículos de divulgación que se escriben sobre ella, dirigidos al gran público.

  2. RDC

    Me gustan estos artículos….

    Saludos.

  3. Bueno, decir que la Teoria de Cuerdas no justifica la cantidad de articulos y comentarios que, desde su aparicion ha suscitado…es decir, demasiado y, desde luego, es quitar importancia a una serie de ideas muy consistentes con la “realidad” que poco a poco, vamos desvelando.

    Ya nos dijo E. Witten que la Teoria de Cuerdas es una teoria del proximo siglo y, desde luego, llevaba toda la razon. Es una teoria adelantada a a su tiempo. Y, en el articulo (interesante en extremo) se explica bien la realidad de la Teoria.

    Todo comenzo con aquella idea de Kaluza, mas tarde conocida como Teoria Kaluza-Klein, en la que, se elevo la Teoriuoa de Einstein a cinco dimensiones para univerla a la de Maxwell. En la Teoria de Cuerdas se utiliza un super Tensor metrico de Riemann y, al parecer todo encaja de manera perfecta y, no es solo que la Gravedad y la Mecanica Cuantica no se rechacen en el ambito de la Teoria de cuerdas, sino que, por el contrario, se complementan y forman un todo armonioso.

    Esta claro que la verificacion de la Teoria de Cuerdas, al menos actualmente, resulta imposible y, se necesitaria la energia de Planck (10 exp. 10 GeV) para poder llegar a sus dominios y, tal energia, hoy por hoy, no esta dentro de las posibilidades humanas.

    Una cosa nos deberia indicar que la Teoria de Cuerdas esta en la buena direccion, sino fuese asi, ¿como podriamos explicar que, cuando se desarrollan sus matematicas, sin que nadie las llame y, como por arte de magia, alli emergen las ecuaciones de campo de la Relatividad General de Einstein? Algo querra decir esto, y, desde luego, yo en fisica no creo en las coincidencias, cuando las cosas pasan es por algo que lo hace posible.

    Tambien el articulo nos habla de otro estado de la materia, materia de Quarks-Gluones o de Materia Extraña que en realidad, se podría formar en el interior de las estrellas de Neutrones produciendo la conversión de las mismas en Estrellas de Quarks. Esta transición de fase estaría ocurriendo en el Universo cada vez que una estrella masiva explotara en forma de supernova. Con la consiguiente aparición de una Estrella de Neutrones y, no necesariamente tendria que llegarse al agujero negro.

    En 1971 A.R. Bodmer propuso que la Materia Extraña es más estable que el 56Fe, que es el más estable de todos los núcleos ordinarios. Por lo tanto según esta teoría, la Materia extraña constituiría el estado más fundamental de la materia. En la Naturalezas la presencia de núcleos atómicos ordinarios no se halla en contradicción con la mayor estabilidad que presente la ME. Esto se debe a que la conversión de un núcleo atómico en ME, requiere que se transformen quarks up y dowm en quarks extraños s. La probabilidad de que esto ocurra involucra una transición débil que hace que los núcleos con peso atómico 4 ≥ 6 sean estables por mas de 10 exponente 60 años. Así que, si la teoría de la ME es finalmente cierta, estaríamos en presencia del estado mas estable de la materia hadrónica y ahora su formación se necesitaría un ambiente rico en quarks s o la formación de un Plasma de Quarks Gluones. Esto se puede alcanzar en las colisiones de iones pesados relativistas, segundos después del Big Bang y en el interior de las estrellas de Neutrones.

    Formación y características de las Estrellas de Quarks:

    Para los Astrónomos ha quedado bien establecido que el remanente estelar después de la explosión de una supernova podría resultar ser una Enana Blanca, una EN o un Agujero Negro, dependiendo de la masa de la estrella de origen. Observaciones astronómicas recientes sugieren un remanente aun más exótico: las EQs, la idea de la existencia de estas estrellas apareció en 1969, cinco años después de la predicción de Gell-Mann de la existencia de los quarks.

    En el año 1984, Farhi y Jaffe, basándose en el modelo Bag del MIT, mostraron en sus cálculos que la energía por barion de la ME era menor que la del núcleo atómico mas estable que antes se mencionaba del Fe. Esto daba mayor solidez a la hipótesis de Bodmer-Witten e inmediatamente comenzaron a desarrollar modelos teóricos de EQs. En el año 2002, el Observatorio de rayos X Chandra, de la NASA, ofreció el descubrimiento de dos estrellas candidatas a ser EQs.

    Para que una EN se transforme en una EQ pura, necesitamos algún mecanismo mediante el cual su densidad aumente cada vez mas. Pensemos, por ejemplo, que la EN forma parte de un sistema binario. Para considerar que dos estrellas están en un sistema binario, debe analizarse su proximidad analizando el tamaño de las mismas con el radio del lóbulo de Roche, que es la región que define el campo de la acción gravitatoria de una estrella sobre otra.

    Si el radio de cada estrella es menor que el lóbulo de Roche, las estrellas están desconectadas. Por el contrario, si una de ellas llena el lóbulo de Roche, el sistema es semiconectado y la materia puede fluir a través del punto de Lagranje interno. Pero, dejémonos de tecnicismos y, formulemos una pregunta crucial: ¿Podría el colapso de una supernova dar origen a la formación de una EQ?

    Esta pregunta nos conduce a otra hipótesis teórica acerca de la formación de una EQ. En el proceso de formación de una estrella EN, hay conservación del momento angular. La proto-estrella de neutrones tiene una fracción pequeña de su radio original, que era el de la supernova, por lo que su momento de inercia se reduce bruscamente. Como resultado, la EN se forma con una altísima velocidad de rotación que disminuye gradualmente.

    Los periodos de rotación se hacen cada vez más largos debido a la perdida de energía rotacional por la emisión de electrones y positrones y de la radiación bipolar electromagnética. Cuando la alta frecuencia de rotación o el campo electromagnético alcanzan un valor critico, la EN se transforma en el pulsar que emite pulsos del orden de los milisegundos. Debido a la enorme fuerza centrifuga en estos objetos, la estructura interna se modifica, pudiendo alcanzar una densidad crítica por encima de la que corresponde a la transición de fase hadrón-quark.

    En estas condiciones, la fase de materia nuclear relativamente incomprensible se convertiría en la fase de ME, mas comprensible, cuyo resultado final seria la aparición de una EQ.

    La identificación de una EQ requiere señales observacionales consistentes. Con esto me refiero a las condiciones físicas de la estrella tales como su masa máxima, radio, periodo mínimo de rotación, enfriamiento por emisión de neutrinos. Todas estas propiedades dependen de una única ecuación de estado para la materia densa de quark. Sin embargo, existe un rango de valores aceptados para las cantidades antes mencionadas, con base en datos observacionales recientes, que marcarían importantes diferencias entre las posibles EQs y los demás objetos compactos.

    Un rasgo característico de las EQs es que la materia no se mantendría unida por la atracción gravitacional, como ocurre en las ENs, sino que seria consecuencia directa de la interacción fuerte entre los quarks. En este caso, la estrella se dice autoligada. Esto implica una diferencia sustancial entre las ecuaciones de estado para las dos clases de estrellas. Las correcciones perturbativas a la ecuación de estado de la materia de quark y los efectos de la superconductividad de “color” complican aun mas este punto (me paso la parte mas farragosa).

    Además, las EQs violarían el llamado límite de Eddington que, observo que las fuerzas debido a la radiación y la gravitación de las estrellas normales dependían del inverso del cuadrado de la distancia. Supuso, entonces, que ambas fuerzas podían estar relacionadas de algún modo, compensándose para que la estrella fuera más estable. Para estrella de altísima masa, la presión de radiación es la dominante frente a la gravitatoria. Sin embargo, debería existir una presión de radiación máxima para la cual la fuerza expansiva debido a la radiación se equilibrara con la gravedad local. Por eso precisamente se dice que una estrella tiene un limite de 120 masas solares (puede haber alguna que tenga mas, ya que, esto es una media estimada) pues en caso de ser mayores su propia radiación las destruiría, ya que, en este sentido las estrellas responden al limite de Eddington y para cualquier estrella que rebase ese limite, no habrá equilibrio hidrostático, causando la perdida de masa de la estrella. El mecanismo de Emision en una estrella de de Quarks produciría luminosidades por encima de dicho limite. Una posible explicación a este hecho seria que la EQ es auto ligada y por lo tanto su superficie alcanzaría temperaturas altísimas con la consecuente emisión térmica. Por otro lado, una alternativa para explicar algunas observaciones de destellos de rayos alfa, seria suponer que las emisiones provenientes de EQs con radios R~6 Km, valores demasiado pequeños si pensáramos que los destellos provienen de ENs.

    Hay observaciones Astrofísicas que podrían ser posibles observaciones de EQs. El mes de febrero de 1987 fue la primera oportunidad de poner a prueba, a trabes de observaciones directas, las teorías modernas sobre la formación de supernovas. En el Observatorio de Las Campanas de Chile, fue observada la supernova 1987ª en la Gran Nube de Magallanes. Algunas características de la emisión de neutrinos de la SN 1987ª, podrían explicarse si una hipotética fuente de energía subnuclear como la Materia Extraña contribuyera a su explosión. El remanente estelar que ha quedado como consecuencia de la explosión supernova 1987ª, podría ser5 una EQ, ya que el periodo de emisión de este pulsar es de P =0,5 milisegundos. Una estrella canónica no podría tener una frecuencia de rotación tan alta.

    También existen observaciones del Chandra de rayos X de la NASA que, combinados con otros del Hubble, vienen a reforzar estas afirmaciones y, lo que resulta de todo es que, los conocimientos que se tienen de las estrellas de neutrones no coinciden con lo que se esta observando y de cuyos indicios se deduce que ahí dentro de las estrellas de neutrones esta presente la Materia extraña o sopa de Plasma de Quark y Gluones que serian la huella de las estrellas de Quarks.

    El articulo muy bueno y esperanzador para la teoria de cuerdas que, hoy por hoy, es la mejor que podemos presentar con alguna credibilidad de avance de la fisica del futuro.

  4. Nusesabe

    ¿Que le pasa a este con la definicion de real? Real es que existe, punto, no veo mayor problemática, real es que todo apunta a que existe si prefieres, si te preguntan si es real contestas “si” o “no”, o algo asi como, “parece que si”, ¿pero que demonios es toda esa parrafada?

  5. Impresionante el artículo de Lubos sobre uno de los temas más profundos de la física: la realidad de las equivalencias matemáticas y en concreto de la equivalencia Ads/QCD y su implicación en la posible validez de la teoría de cuerdas. Estoy de acuerdo con Lubos en que esta equivalencia implica una conexión clara entre la teoría de cuerdas y la realidad y por tanto aumenta las posibilidades de que la TC sea correcta. Las equivalencias matemáticas tienen como consecuencia la existencia de varios modelos matemáticos que explican un mismo hecho y la ventaja de que podemos usar el modelo que más nos interese a efectos de simplificación de los cálculos, lo que es de por si muy importante. Por otro lado discrepo de Lubos en una cuestión (evidentemente yo soy solo un aficionado si tuviese sus conocimientos quizás no opinase de esta forma): aún estando de acuerdo de que hay que modificar la interpretación de la palabra “realidad” el hecho de que tengamos varios modelos que describen el mismo hecho no quiere decir que la naturaleza adopte todos los modelos equivalentes en la realidad, es decir ,aunque las matemáticas son un reflejo o una consecuencia de como funciona el universo el realidad deber ser ÚNICA, de forma que la naturaleza (el universo) adopta solo una de las posibles realidades que plantean los distintos modelos matemáticos equivalentes. Por lo demás estoy completamente de acuerdo con lo que explica Lubos.

  6. En relación al artículo y la Teoría de Cuerdas, desde mi modesta opinión:

    - La mecánica cuántica ha desvelado resultados experimentales en multitud de ocasiones que desafían la lógica y el sentido común, es decir, en base a experimentos hemos logrado dar con una gama de resultados que no caben en la intuición que se tiene de lo ‘real’. ¿Cómo puede una partícula estar en dos lugares al mismo tiempo? Esta afirmación parece irreal, pero a efectos experimentales, no lo es.
    - Estos resultados evidencian, como dijo Feynman cuando tuvo la oportunidad, que quien afirmara entender la mecánica cuántica estaba mintiendo. En base a esto, la Teoría de Cuerdas es una elegante y magnificente obra de las matemáticas y el ingenio de sus principales defensores; pero, ¿no es acaso una construcción matemática ‘lógica’ o ‘real’ que no encaja con los resultados ‘ilógicos’ e ‘irreales’ que la mecánica cuántica arroja sobre nuestro conocimiento?
    - ¿Cómo puede pretenderse aplicar una construcción que, por muy extravagante que parezca -22 dimensiones, por ejemplo- se atiene a normas de la lógica matemática humana? ¿Acaso no son los resultados empíricos muestra suficiente de que esta ‘lógica’ no es tan ‘lógica’?
    - ¿Qué hay de las escalas de Planck? ¿No os recuerda esto al ‘censor cósmico’ de Penrose, por el cuál se establece una frontera entre lo que ‘sí se podrá saber’ y lo que no?

    Por último, una reflexión personal. La Relatividad de Einstein se ha confirmado en multitud de experimentos a grandes escalas, sin embargo, a pequeñas escalas, se desvanece. ¿Acaso no existe cierto paralelismo con lo que es la realidad de la estadística? Cuanto mayor es el espectro de datos, mayor es la fiabilidad del experimento. Quizá una teoría ‘elegante’ y ‘armoniosa’ jamás llegue a casar con el frenesí ‘ilógico’ y ‘probabilístico’ de la mecánica cuántica… y como habéis dicho más de uno, si por cada mil teorías, una vale de ‘parche’ > no es prueba de consistencia alguna. Es como lanzar mil dardos a ciegas y acertar una vez en el centro.

    Saludos.

  7. Buenas reflexiones SJAH…

    Einstein decía sorprenido: es sorprendente apreciar como la naturaleza se aviene con nuestras fórmulas matemáticas. Pero aquí hay muchos juegos de manos ;)

    Saludos.

  8. Oscar

    Bueno, la mecanica cuantica tiene su aquel. Tiene su logica despues de todo, creo yo. Otra cosa son sus consecuencias. Lo mismo que con la relatividad. Y creo que ahi reside el problema.

    Pero eso es otra historia que debe ser contada en otra ocasion, que diria aquel:

    En cuanto al post, que parece tratar sobre aquello a lo que llamamos real…

    Creo que el post merece mas de una lectura. Por mi parte, creo que si uno habla de la dimensionalidad del espacio-tiempo, no tiene mucho espacio para jugar con los conceptos. El espacio que nosotros percibimos como exterior a nosotros, lo que llamamos comunmente real, tiene 3 dimensiones espaciales y 1 temporal. Si uno plantea que el espacio puede tener mas dimensiones ocultas de algun modo, entonces, tiene que testar dicha hipotesis de acuerdo al metodo cientifico del momento. Hay afirmaciones y afirmaciones. Una cosa son construcciones matematicas auxiliares vamos a decir, espacios abstractos, y otra, el espacio fisico, o el modelado del espacio fisico. Para mi, ambos tienen grados de realidad diferentes.

    Pero esto es una opinion, nada mas, y como digo. El articulo merece mas de una lectura.

    De momento esto es lo que me viene a mi ahora.

  9. Pachu

    mmm.. de que están hechas las cuerdas de la teoría de cuerdas ?

    XD

  10. J

    @Pachu: ¡Repelente e ingeniosa pregunta a la vez! xD
    Según he entendido al leer artículos al respecto las cuerdas son aquellos objetos básicos que vibran para formar las partículas fundamentales (según su estado de vibración). Y estas cuerdas están, ¡OH, QUE CURIOSO! en espacios de Calabi-Yau [es decir, a parate de las 3 dimensiones espaciales que observamos más una temporal, existen otras tantas que están arrolladas sobre las que nosotros podenos observar deirecatmente].
    Total, que no te sé responder de que están hechas las cuerdas. LOL

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