La Teoría de “Twistores” reinicia la última revolución en las supercuerdas

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Roger PenroseUn simple giro del destino: una vieja idea de Roger Penrose entusiasma a los teóricos de cuerdas.

A finales de la década de 1960, el distinguido físico y matemático de la Universidad de Oxford, Roger Penrose, encontró una forma radicalmente nueva de desarrollar una teoría unificada de la física. En vez de tratar de explicar cómo las partículas se mueven e interactúan dentro del espacio y del tiempo, propuso que el espacio y el tiempo mismos eran construcciones secundarias que emergen desde un nivel más profundo de la realidad. Pero su así llamada teoría de twistores no obtuvo atención, y sus problemas conceptuales bloquearon a sus pocos defensores. Como muchos otros intentos de unificar la física, los twistores fueron dados por muertos.

En octubre de 2003 Penrose fue al Instituto de Física Avanzada, en Princeton, N.J., a visitar a Edward Witten, el “decano” actual de la unificación de la física, la teoría de cuerdas. Esperando que Witten le castigara por haber criticado la teoría de cuerdas como una moda, Penrose se sorprendió al ver que Witten quería hablar sobre su idea olvidada.

Unos meses después Witten publicó un denso artículo de 97 páginas que mezclaba twistores y cuerdas – resucitando los twistores e impresionando incluso a los más críticos con la teoría de cuerdas. En los últimos años los teóricos han construido sobre los andamios de Witten y repensado qué son el espacio y el tiempo. Han producido técnicas de cálculo que hacen de los problemas más difíciles de la física de partículas, un juego de niños. “No he estado nunca en mi vida más emocionado con la física”, dice el teórico de cuerdas Nima Arkani-Hamed, quien recientemente se ha trasladado a Princeton desde la universidad de Harvard para introducirse en el campo emergente. “Se está desarrollando en estos momentos a una velocidad endiablada, con un grupo de aproximadamente quince personas en todo el mundo trabajando en ello día y noche”.

Anterior al trabajo de Witten, los “twistorianos” y los teóricos de cuerdas se movían en círculos separados y hablaban  lo que podrían haber sido dos lenguajes diferentes. Mientras que Penrose y sus colegas han hecho sus nombres estudiando la teoría de la relatividad general de Einstein, los teóricos de cuerdas se lo hacen con la física de partículas. Lionel Mason de Oxford dice que cuando él y Penrose visitaron la universidad de Syracuse en 1987, se saltaron una charla de teoría de cuerdas que visto ahora, les hubiera proporcionado las claves que necesitaban. “No fuimos a un seminario de física de partículas. Éramos relativistas”, dice.

La meta original de Penrose era reconsiderar cómo los principios cuánticos se aplican al espacio y el tiempo. El conocimiento convencional mantenía que la geometría del espacio-tiempo debería fluctuar a escalas cuánticas, alterando cómo los eventos se relacionan entre sí. Pero en ese caso, un evento que se suponía ser la causa de otro, podría no serlo, creando paradojas como las encontradas en las historias de viajes en el tiempo. En la teoría de twistores, las secuencias causales son primarias, y no fluctúan. (La teoría toma su nombre de la apariencia de las relaciones causales en el entorno de una partícula que rota). En cambio, el lugar y la duración de los eventos fluctúa. Pero los twistorianos no lograron precisar esta idea, hasta que los teóricos de cuerdas mostraron que un evento de localización y tiempo ambiguos es nada más y nada menos que una cuerda.

Los teóricos de cuerdas, por su parte, tenían una prometedora idea para la creación de un espacio, pero no podían hacerla funcionar. En 1997 conjeturaron que las partículas moviéndose en cuatro dimensiones pueden comportarse simplemente como cuerdas interaccionando en cinco dimensiones. La nueva dimensión se materializa como una figura en un libro desplegable. Aunque este truco producía sólo una dimensión espacial altamente curvada. Usando twistores, los teóricos han mostrado cómo todas las dimensiones del espacio ordinario, incluido el tiempo, pueden aparecer.

Muchos teóricos encuentran bastante natural que el espacio-tiempo sea derivado. Andrew Hodges de Oxford señala que no percibimos el espacio-tiempo directamente; “inferimos que los eventos suceden en lugares específicos y en instantes determinados de la información que nos llega. Esta idea de puntos de espacio-tiempo como objetos primarios es artificial”, dice. De hecho, el concepto de distintas posiciones y tiempos deja de ser válido por la curvatura del espacio-tiempo y las notorias conexiones fantasmales entre las partículas cuánticas.

Triunfen o no en rehacer el espacio y el tiempo, los twistorianos y los teóricos de cuerdas ya se han encariñado con los físicos de partículas. Incluso simples colisiones de partículas demandan ecuaciones que contienen decenas de miles de términos, que son escritos usando una estrategia ideada por el famoso físico Richard Feynman en la década de 1940. Casi todos esos términos terminan cancelándose, pero no sabes a priori cuáles lo harán, así que tienes que mirarlos todos. Una estrategia alternativa inspirada por twistores y cuerdas captura las simetrías que la estrategia de Feynman no hace, dejando el exceso de equipaje matemático. El tiempo de cálculo ahora se reduce a dos semanas.  “Estoy seguro de que Feynman estaría muy agradecido si viera lo que podemos hacer”, dice Zvi Bern de la Universidad de California en Los Ángeles.

La teoría emergente del espacio-tiempo es todavía muy tentativa y tan densa matemáticamente que incluso los físicos directamente implicados admiten que apenas pueden seguirla. Los teóricos tienen que explicar todavía, por qué, si el espacio-tiempo es una simple construcción, nos parece tan real. De alguna manera debe tomar forma como la vida surge de la materia inanimada. Cualquiera que sea el proceso, no puede ocurrir sólo a escalas subatómicas, porque el mismo concepto de tamaño debe emerger también. Debería ser evidente en todas las escalas, en todos los lugares alrededor de nosotros, si supiéramos dónde mirar.


Autor: George Musser
Fecha Original: 7 de junio de 2010
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