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

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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Comments (20)

  1. [...] La Teoría de “Twistores” reinicia la última revolución en las supercuerdas http://www.cienciakanija.com/2010/06/08/la-teoria-de-twistores-rein…  por Ishkar hace 4 segundos [...]

  2. kaleb

    alguien que lo explique mas simple, con ejemplos? no se le entiende nada, y se oye interesante, pero mi imaginacion no da para mas, se necesita una comparaciono no se…..

    • Oscar

      Bueno, tienes que entenderlo como una tecnica matematica mas. Como la teoria de las cuerdas, por ejemplo. Tal cual. No se como tienes el ingles, pero si buscas en google, las primeras entradas estan muy bien. En espaniol no hay mucho, la entrada en la wikipedia es muy escasa. De todos modos, el tema es avanzado, asi que no esperes entender gran cosa.

      • Ozzybulla

        Asi es; de hecho vi una entrevista a Ed Witten y el mismo dice que no es capaz de imaginarse el el espacio-tiempo de 11 dimensiones.

    • Dani_Phii

      Pues yo sí lo entiendo, se trata de romper con la idea de que el tiempo y el espacio son categorías del entendimiento a priori, y que son producto de la propia realidad, es decir, que existen. Se trata de redefinir los conceptos espacio y tiempo como algo que no dependa de nuestra simple percepción, sino que sea explicado físicamente, incluyendo su origen.

  3. rscosa

    Puffff, en los ultimos dos meses mi vision de la fisica ha dado un vuelco vertiginoso que hace que cada vez me replantee aun mas volver a la fisica teorica. Que me disculpen sus retractores, pero creo que la Teoria de Cuerdas es, y sera, la clave de muchas cosas que aun no alcanzamos a entender. Lastima que seamos unos monos algo cascarrabias que no atinemos a menudo.

  4. Ignacio

    Así como se ve, es muy difícil entenderlo. Imaginarse dimensiones superiores es imposible, porque nuestro cerebro está hecho para 3 dimensiones. Imaginarse una cuarta ya es imposible, con 11, ni hablar.

    • Dani_Phii

      Sí, pero como digo más abajo… ¿Acaso entendemos a la perfección cada una de las dimensiones que percibimos? Nuestro cerebro está hecho para 3D, tú mismo lo has dicho, y para una dimensión temporal. Pero inferimos incorrectamente al pensar que nuestro cerebro, al estar hecho para 3D, también lo está para 2D y 1D, pero si te das cuenta, no entendemos para nada ninguna de las dimensiones como algo real, sino como una percepción nuestra.

  5. [...] La Teoría de “Twistores” reinicia la última revolución en las super…, Ciencia Kanija [...]

  6. Dani_Phii

    Tan difícil nos es imaginarnos una dimensión espacial o temporal extra, como entender a la perfección cada una de las dimensiones que percibimos… Y con el simple hecho de suponer que podemos redefinir el tiempo y el espacio como producto de la propia realidad y no como producto de nuestra mente, rompería por completo con las bases de la ontología kantiana, el tiempo y el espacio dejarían de ser categorías a priori… ¡Dioooooox! ¡Cómo mola esto!

    ¿Os dais cuenta de que, si somos capaces de redefinir el tiempo y el espacio como algo real, y no como una percepción nuestra o un método para organizar todo lo que nos rodea, por no decir todo el Universo, podremos entender la realidad sin ningún dato fenoménico? Es decir, podríamos entender la realidad de forma nouménica, sin empirismo, aunque necesitemos de él para salir de él… Sería como asomarse a una caja de Pandora de las muchas que nos hemos ido encontrando a lo largo de la historia, pero esta es mayúscula…

  7. Una teoría prometedora que resolvería muchas incógnitas. La verdad es que todo es poco intuitivo, pero muy práctico matemáticamente. Yo personalmente espero mucho de estos desarrollos. Saludos:
    Alejandro Álvarez
    Blog Simbiotica

  8. Me llama mucho la atención esto: “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.”

    Y esto: “Los teóricos tienen que explicar todavía, por qué, si el espacio-tiempo es una simple construcción, nos parece tan real.”

    Me llaman la atención porque, desde finales del año pasado y comienzos de éste, han sido publicados varios papers que insisten en esta idea y otras como el principio holográfico y la entropía cuántica (Verlinde, Frampton y otros) para llegar a la extraña, anti-intuituva y asombrosa conclusión de que, muy probablemente, la gravedad y las dimensiones espaciales (algunas) no son fundamentales, sino fenómenos emergentes a partir de una realidad subyacente en la profundidad.

    Existe cierta rivalidad entre la aproximación de éstos y los partidarios de la teoría de cuerda. Pero sea de una forma u otra, ambas corrientes teóricas coinciden en que, más allá de lo que percibimos como realidad física, el espacio y la gravedad podrían ser consecuencia de una realidad fundamental que recién empezamos a sospechar.

    Como alguno de vosotros ha señalado, aunque creo que con otro sentido, puede que si esta tendencia se consolida, y más tarde se confirma como una teoría válida, el concepto del Universo y de realidad que tiene el ser humano va a sufrir un duro golpe, mucho más fuerte que el sufrido a principios del siglo XX, cuando Einstein demostró que el espacio y el tiempo no eran absolutos.

    Conozco los rudimentos de la teoría de cuerdas (M) pero desconozco de qué va lo de los twistores. Si algún alma caritativa que sea un físico nos lo comenta de la forma más divulgativa posible, le estaré muy agradecido. Me uno a la petición de Kaleb.

    SalU2

  9. Sergio

    Es dificil de imaginar pero muy interesante: si lo fundamental son las cuerdas, y estas tienen 1 dimension y vibran en 11… entonces existen dentro del espacio mas que ser la causa de que este exista. Así no vale imaginarselo, claro!

    Entonces, existe “algo”, llamemosle vibraciones por ponernos misticos, que agitan el “espacio” donde habitan -que no es el que percibimos- creando como remolinos -twistores, aunque no se muy bien si la analogia es correcta- en el, los cuales los percibimos -valga la exageración- como cuerdas vibrando en un espacio, que a su vez generan toda la tramoya que nosotros vemos: Espacio con particulas en el que cambian con el tiempo. (ojo, todo esto es mi idea mental al respecto, no os lo tomeis como si supiese de que hablo).

    La cuestión es que son esas cosas, en que espacio viven, y que mecanismos hacen que se creen esos remolinos… no es poca cosa, pero si llegamos a una teoria que nos diga que tales cosas con tales leyes generarian un espacio 3D como el nuestro lleno de particulas como las que detectamos… bingo, dimos con el mundo de las ideas de Platón, ya no vamos a ciegas investigando solo las sombras.

    • Sergio, muchas gracias por tus explicaciones. Pero sigo teniendo muchas dudas sobre los dichosos twistores. ¿No habrá algún sitio donde se explique el asunto en terminos entendibles para un lego en la materia?

      SalU2

      • Sagutxo si quieres, como lectura introductoria puedes leer el siguiente artículo de tendencias21: Penrose pone las bases de la gravedad cuantica ” Si, ya se ya, se tendencias21 no es un blog muy recomendable digamos por sus ¿creencias religiosas? pero creo que en este caso la explicación sobre la teoría de Penrose es bastante buena y está escrita por un catedrático de física de la universidad de Oviedo.

  10. Alex

    No es por nada, lo digo sin ofender, pero últimamente pienso que los físicos realmente están dando palos de ciego, pasando de unas teorías a otras.

    • Dani_Phii

      No pasan de unas teorías a otras… Tratan de confeccionar una síntesis de todas las teorías expuestas, para acercarse a un entendimiento cada vez más nítido de la realidad… Es lo que se ha hecho toda la vida, no vayas a pensar que por estar igual que siempre, pero en la actualidad, ya hemos llegado a un callejón sin salida del que no podemos salir…

  11. Impresionante artículo. Como dice Sagutxo más arriba estudios recientes (Verlinde,Frampton,etc) parecen ir en la dirección de que el espacio-tiempo (y por tanto la gravedad) no son entidades fundamentales si no un fenómeno emergente que surge por la interacción de entidades más fundamentales. Parece ser que se ha encontrado alguna relación fundamental entre las cuerdas y los twistors de Penrose. El principal problema de la teoría de cuerdas es que (como dice Lee Smolin) es una teoría independiente del “escenario” (el espacio-tiempo) y es evidente que la teoría correcta de la gravedad cuántica tiene que ser dependiente del “escenario” es decir debe reflejar que el espacio tiempo es algo dinámico no estático. En la teoría de los twistors (más o menos por lo que he podido entender) el espacio tiempo surge como algo derivado de la interacción estadística (según las reglas de la mecánica cuántica) entre los spins y el momento angular de las partículas que inicialmente no están situadas en ningún espacio-tiempo concreto. Me llama la atención la similitud entre esta visión y la visión de que la gravedad (la curvatura del espacio) surgiría debido a la reorganización de la materia debido a una “fuerza entrópica” que no es más que una dirección estadísticamente más probable que otra. Desde este punto de vista podría ser que la visión de Verlinde y la de Penrose de los twistors fuesen equivalentes y fueran el reflejo de algo más fundamental. Además parece ser que las cuerdas son “eventos de localización espacio temporal ambiguos” es decir (según lo entiendo yo) son producto de una interacción entre spins y momentos angulares que estadísticamente no apuntan a una dirección espacio temporal concreta si no que oscilan (son ambiguas). Además parece ser que los twistors están definidos por 4 números complejos: los famosos (y misteriosos) cuaterniones de Hamilton. Puede ser que de aqui salga algo verdaderamente revolucionario que nos saque del atasco en el que se encuentra la física teórica (al menos eso espero).

  12. Hola

    Sinduda queda mucho que hacer ,pero gracias para todos este comentario,estoy escuchando y valoro todos los opiniones ,que ayudan estudiar más aprofundo como claras pruebas de evalucación para como escuchan este teoria , y mostraran los datos para la futura expertos .No vusco candidatura o torneos ,para mejor demostración es aval ya la realidad,no de la molestos acusaciones falsas,pero la gravedad siste las redes tan bien ,andar entre ellos es muy complicado,dúeños los secretos estos torneos de la matematica,que debo indice que siste ,pero la promotora es la candidatura la psicologia humana.No es un juego para nada y veo que muchos comparten con mi proyecto ,tenga cariño estos apoyo datos ,pero la solución es pendiendo valorar los valores ,que por causa de una enfermedad/agresión ..acompañado la mala y la buena suerte,eliminado la incapacidad que tenia muchos años ,pero la fizica rompe fronteras ,la energia es pura motor de nuestra mente,es curativo,es rompe estos ataduras es como una joja de medicina para nuestra y la naturaleza ,que todavia no utilizamos en suficiente,lastra en su busceda la verdad,que la voz humana es entra este létra como una energia atras de su energia (sin sonido)que siste,y pendiendo este investigación salvar muchos casos de terribles ,principalmente curativo.Sona tonterias ,o calquier otro sitio de otra ..planeta ,pero ya estoy este proyecto hace años y las pruebas estan ,todas las partes,yo regalaré para todos que estos palabras ayudan como palos de enseñanza y camino la energia de la .Como explico ,es como hablar con una persona de su estado de una coma ..y un dia despierta ,po algo,este manera podimos serrar puertas y habrir caminos de la fizica ,que no son de locuras ,ni se trata tonterias ,mi bolsa tengo mi hombro y andando entre estos experiencias ,sin cerrar la puerta que tuvo suerte este vida ser diferente,y si estos tiempos despierta ya milles de personas ,de una manera o otra que sirven estos acciones ,que deveria estudiar estos valores y secretos ,los datos son siertas ,yo tenia un ac sangre norme que enpujaba ..parte de mi celebro ,y es muy bien se ve los …y estos datos involucradas que nadie daria por mi vida ni años ,y mediante la energia masaje energetico ,,,y otras que ayudaban mejorar incluso superar muy alto este problema ,desgracia equivocamos que no fueran capaz de curar la energia ….
    Queda mucho que hacer ,y soy poca cosa este asunto ,pero mi humilde proyecto es una ayuda los profesionales ,esta de prasente,somos involucrados que este “juego”mostraran las futuras que queda mucho por hacer nuestros mutuo.Miro todo con lupas ,las opiniones de todas las partes ,niveles ,enfermos ,sanos ,acciones ,cambios ,como curan cambian los personas .Sin hablar momento ning una palabra…………SECRETO ES LA ENERGIA .

    Gracias!! Un saludo muy fuerte para todos .

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