Cálculos de la Teoría de Cuerdas describen el ‘nacimiento del universo’

Artículo publicado por Kate McAlpine el 6 de diciembre de 2011 en physicsworld.com

Unos investigadores en Japón han desarrollado lo que puede ser el primer modelo de Teoría de Cuerdas con un mecanismo natural  para explicar por qué nuestro universo parece existir en tres dimensiones espaciales, cuando en realidad tiene seis más. De acuerdo con su modelo, sólo tres de las nueve dimensiones empezaron a crecer en el inicio del universo, teniendo en cuenta tanto la continua expansión del universo como su naturaleza aparentemente tridimensional.

La Teoría de Cuerdas es una potencial “teoría del todo”, unificando todas las fuerzas y materia en un único marco de trabajo teórico, el cual describe el nivel fundamental del universo en términos de cuerdas vibrantes en lugar de partículas. Aunque el marco de trabajo puede incorporar de forma natural la gravedad incluso a nivel subatómico, éste implica que el universo tiene algunas propiedades extrañas, tales como nueve o diez dimensiones espaciales. Los teóricos de cuerdas han abordado este problema encontrando formas de “compactificar” seis o siete de estas dimensiones, o hacerlas menguar tanto que no las notemos. Por desgracia, Jun Nishimura de la Organización para la Investigación en el Acelerador de Alta Energía (KEK) en Tsukuba dice que: “Hay muchas formas de lograr un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, y las distintas formas llevan a físicas distintas”. La solución no es lo bastante única como para producir predicciones útiles.

Teoría de Cuerdas © by trailfan


Estos esquemas de compactificación se estudian a través de la Teoría de la Perturbación, en la cual se suman todas las posibles formas en las que pueden interactuar las cuerdas para describir la interacción. Sin embargo, ésto sólo funciona si la interacción es relativamente débil, con una jerarquía distinta en la probabilidad de cada posible interacción. Si la interacciones entre las cuerdas son más fuertes, con múltiples resultados igualmente probables, la Teoría de la Perturbación deja de funcionar.

La matriz permite interacciones más fuertes

Las cuerdas que interaccionan débilmente no pueden describir los inicios del universo con sus altas energías, densidades y temperaturas, por lo que los investigadores han buscado una forma de estudiar cuerdas que afecten con fuerza a otras. Para este fin, algunos teóricos de cuerdas han tratado de reformular la teoría usando matrices. “La descripción de cuerda surge en las matrices en el límite de tamaño infinito de una matriz”, dice Nishimura. Pueden describirse cinco firmas de la Teoría de Cuerdas con la Teoría de la Perturbación, pero sólo una tiene una forma matricial completa – la Tipo IIB. Algunos incluso especulan con que la matriz Tipo IIB en realidad describe la Teoría M, la cual se cree que es la versión fundamental de la Teoría de Cuerdas que unifica los cinco tipos conocidos.

El modelo desarrollado por Sang-Woo Kim de la Universidad de Osaka, Nishimura, y Asato Tsuchiya de la Universidad de Shizuoka describe el comportamiento de cuerdas que interaccionan con fuerza en nueve dimensiones espaciales más una temporal, o 10 dimensiones. Al contrario que la Teoría de la Perturbación, los modelos de matrices pueden simularse numéricamente en ordenadores, solventando algunas notables dificultades de los cálculos de la Teoría de Cuerdas. Aunque las matrices tendrían que ser infinitamente grandes para tener un modelo perfecto, se restringieron a tamaños desde 8×8 hasta 32×32 en la simulación. Los cálculos usando las matrices más grandes necesitaron más de dos meses en una supercomputadora, dice Kim.

Las propiedades físicas del universo aparecen en medias tomadas sobre cientos o miles de matrices. Las tendencias que surgieron del tamaño cada vez mayor de la matriz permitieron al equipo extrapolar cómo se comportaría el modelo del universo si las matrices fuesen infinitas. “En nuestro trabajo, nos centramos en el tamaño del espacio como una función del tiempo”, dice Nishimura.

‘El nacimiento del universo’

Los tamaños limitados de las matrices indican que el equipo no puede ver mucho más allá del inicio del universo en su modelo. Hasta donde saben, empezó como un espacio de nueve dimensiones simétrico, con cada dimensión midiendo 10-33 cm. Ésta es una unidad fundamental de longitud conocida como longitud de Planck. Tras el paso de algo de tiempo, las interacciones en las cuerdas provocaron que la simetría del universo se rompiese de forma espontánea, causando que tres de las nueve dimensiones se expandiesen. Las otras seis quedaron comprimidas en la longitud de Planck. “La época en la que se rompe la simetría es el nacimiento del universo”, dice Nishimura.

“El artículo es notable debido a que sugiere que realmente hay un mecanismo para obtener de forma dinámica cuatro dimensiones a partir de un modelo de matriz de 10 dimensiones”, dice Harold Steinacker de la Universidad de Viena en Austria.

Hikaru Kawai de la Universidad de Kioto en Japón, que trabajó junto a Tsuchiya y otros para proponer el modelo de matriz IIB en 1997, también está muy interesado en la “clara señal de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones”. “Sería un gran paso adelante hacia la comprensión del origen de nuestro universo”, comenta. Aunque encuentra que la evolución temporal del universo del modelo es demasiado simple y diferente de la Teoría General de la Relatividad, dice que la nueva dirección abierta por este trabajo “merece la pena investigarse intensamente”.

¿Emergerá el Modelo Estándar?

El equipo aún tiene que demostrar que el Modelo Estándar de la física de partículas se mostrará en este modelo, a energías mucho más bajas que este estudio inicial de los mismos inicios del universo. Si es capaz de salvar este obstáculo, el equipo puede usarlo para explorar la cosmología. En comparación con los modelos perturbativos, dice Steinacker, “este modelo debería ser mucho más predictivo”.

Nishimura espera que mejorando tanto el modelo como la simulación software, el equipo pueda ser pronto capaz de investigar la inflación en los inicios del universo o la densidad de distribución de materia, resultados que podrían evaluarse contra la distribución de densidad del universo real.

La investigación se describe en un próximo ejemplar de Physical Review Letters y hay un borrador disponible en arXiv:1108.1540.


Autor: Kate McAlpine
Fecha Original: 6 de diciembre de 2011
Enlace Original

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Comments (7)

  1. Información Bitacoras.com…

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  2. [...] Cálculos de la Teoría de Cuerdas describen el ‘nacimiento del universo’ [...]

  3. reneco

    La Física nace de la necesidad de tener una ciencia natural que explique los fenómenos que observamos del espacio, el movimiento, el tiempo, la materia y la energía. No de las cosas que no podemos observar como dimensiones inalcanzables que pertenecen solo al dominio de la mente que las elaboró

    • OzzyBulla

      La teoría M intenta explicar lo que observamos y que hasta ahora no hemos logrado entender. Tenemos una física para lo grande y una para lo pequeño: dos físicas para el mismo Universo.
      Claro; por ahora es una teoría que queda por verificar; como ha ocurrido con todas las teorías. La Relatividad General debió esperar dos eclipses y todavía esperamos las ondas gravitacionales.

  4. Tom Wood

    Comencemos aclarando algo para lo que nunca es demasiado tarde. Es una ignorancia de marca mayor decir Teoría de Cuerdas. Esto ha sido una manipulación divulgativa anglosajona para lograr popularidad mediática y atraer recursos. Esto es una técnica de marketing muy bien calculada que cofunde el método científico que avala las teorías físicas, sus límites y alcance. Esto confunde a los jóvenes científicos y a los amantes de las ciencias físicas en general. Para comenzar una teoría física trabaja con entes físicos reales, sobre los cuales realiza mediciones, y después usando la física-matemática, comprueba el modelo sobre las propiedades reales de ese ente físico. Veamos la hoja de ruta que sigue la mal llamada Teoría de Cuerdas. Primero crea una modelación físico-matemática de cuatro propiedades diferentes de la materia (las interacciones). Segundo, inventa un hipotético ente real como las cuerdas, para darle realidad o propiedades como correspondería a un método o teoría física consistente. Esas propiedades que le asigna; son un hibrido de lo que obtienen de la física-matemática y de otros entes que uno se encuentra en diferentes modelos físicos. Es decir las cuerdas se acercan a sus deseos de existir, a través de la unión de diferentes retazos físicos-matemáticos. Tercero; aquí pretenden que esas cuerdas hipotéticas, expliquen o modelen problemas medulares de la física como la unificación de las cuatro interacciones o el origen del universo. Cuarto, al unísono con esto, desean que esa unión de propiedades físicas que se unen desde la subjetividad del modelo matemático creado, desde una compleja axiomática, sean medidas, encontradas, dominada bajo unas condiciones imposibles de crear en ningún laboratorio humano. Es decir, que desde este supuesto la mal llamada “Teoría de Cuerdas” no es ni siquiera un modelo físico. Lo rigurosamente correcto, si no queremos confundir el método científico, seria llamarla, la “Teoría Matemática de Cuerdas” Porque es sobre un ente matemático sobre el que trabaja la “Teoría de Cuerda”. Pero aquí aparece unas sutilezas, ese ente matemático es trabajado por físicos-matemáticos, muy hábiles matemáticamente, muy prestigiosos, y su objetivo final, es un viejo anhelo físico; la unificación de la cuatro interacciones básicas conocidas hasta ahora. Si porque nada impide que con las nuevas maquinas aparezcan otras interacciones físicas fundamentales, lo cual complicaría más estas pretensiones unificadoras. Es decir, que para los que no creen en el Marketing, aquí tienen un ejemplo donde funciono en un producto que no ha existido y demorara cientos de siglos en detectarse, en caso de que existiera. Pero ni aun haciendo el más grande de los actos de fe y pensando que dentro de decenas de siglos, podremos extraerle tanta energía al universo, como para no dejarlo en coma, y así podamos acceder al menos de forma clara y definida hasta un hueco de 10E-33 cm que le haríamos al espacio, podemos llamarla Teoría de Cuerda. Solo bajo multitud de cláusulas física, ese modelo podríamos darle el nombre o estatus de MODELO FISICO-MATEMATICO DE CUERDAS, eso más bien por respeto a los avances que esos físicos han logrado en las matemáticas que se relacionan con las cuerdas. Modelo nunca teoría.
    El derrotero que sigue esta investigación, es muy interesante, pero arrastra un mal físico de fondo, el mal de los modelos de cuerdas. No puedes dar por hecho y concluido, algo que ni es un modelo físico, como la mal llamada Teoría de Cuerdas para explicar otro modelo tan subjetivo como el del origen del universo o el Big Bang. Estas tratando de demostrar que algo existe, basándote en perdiciones de algo que tampoco existe. Es decir a la incertidumbre del modelo que tratas de demostrar, le estas agregando las dudas del modelo que usas para demostrarlo. Y esto amigos mío, mas que un desconocimiento del método científico, es un sin sentido físico total. Es como tratar de demostrarle a alguien que esta en una funeraria; que los fantasmas existen, porque te lo acaba de decir el muerto que esta tendido al frente de todos. Una locura. Estas tautológicas físicas se están repitiendo en las ciencias físicas de la actualidad. Dando lugar a una densa lógica axiomática que solo los que las crean pueden interpretar, para los demás científicos eso es imposible de entender. Aunque para eso tienen que recurrir a unos fantasmas oscuros escurridizos y difíciles de encontrar, a pesar de que las teorías hablan de su gran abundancia en la naturaleza. Entones, cada vez que falla un experimento para encontrarlos, corren o restringen los lugares y energías de sus “reales” existencias. Esto no fuera tan peligroso y confuso, si no fuera por el descaro con que se habla de estas cosas, si antes se “lavaran la boca” con unos cuantos párrafos aclaratorio de que esto son hipótesis de hipótesis, de las hipótesis. Pero, eso no ocurre, porque así no fluye el dinero. Así que, por lo que a fuerza de repetición y de la costumbre, ya muchos neófitos creen todo lo que les dicen. Creo que los Modelos de Cuerdas tendrían mejor futuro si los acercáramos mas a las particularidades de algunos descubrimientos particulares de la física actual; que a tratar de explicar cosas tan complejas, generales, he hipotéticas como el origen del universo. Esto sucede porque los científicos que trabajan el modelo de cuerdas, tienen deudas de gratitud académicas con el modelo cosmológico, son hijos de su parto, del de esos tutores y no pueden pensar en otro blanco cuando modelan, eso esta en sus genes formativos. Además de los oportunistas que acompañan la caravana.
    Pero no olviden decirle a los que les hablen de Teoría de Cuerdas, que es mas bien un Modelo de Cuerda; explíquenles que en física se le llama teoría a lo que explica algo que ya existe, y que eso no ha pasado y demora en pasar con las cuerdas. Así evitaran que los tomen por idiotas, que desconocen el método científico que se usa parar avalar, que cosa es una teoría física.

  5. Muchos campos del conocimiento humano buscan en la actualidad ser reconocidos como “Ciencia”, porque se ha llegado a identificar la verdad científica con la verdad absoluta. Una teoría publicada en Scientific American obtiene una “garantía de veracidad” que quizá no obtendría jamás en otras publicaciones. Incluso si posteriormente no llega a adquirir el status de “ortodoxa” o es sustituida por otra, se concluirá que el paradigma ha cambiado, pero nunca se le aplicará el calificativo de “no científica”. Los intentos de los físicos y matemáticos por construir una TEORIA DEL TODO por medio de la unificación de la Teoría de la Relatividad General (A. Einstein) y la Mecánica Cuántica, están dando lugar a una serie de nuevos fenómenos y conceptos que están revolucionando nuestra visión de la realidad. El misterio de la no-localidad (y sus implicaciones prácticas como la “tele-transportación”), el campo de punto cero, los estados de onda superpuestos, entre otros, nos conducen a teorías tan alejadas del sentido común como la de los “Múltiples Universos” o la del “Universo Holográfico” . Del estudio de los agujeros negros surgen nuevas explicaciones que desafían nuestro entendimiento sobre el espacio y el tiempo . Las partículas subatómicas se convierten ahora en cuerdas unidimensionales. Nuestro universo de tres dimensiones alcanza para los físicos teóricos al menos once dimensiones en su esbozo de esta nueva teoría total . Es indudable que estamos ante el advenimiento de un nuevo paradigma científico.

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