¿Es la teoría de cuerdas una teoría unificada de todo? Teoría de cuerdas en términos simples

Al estudiar exhaustivamente nuestro universo, los científicos determinan una serie de regularidades, hechos, que luego se convierten en leyes probadas por hipótesis. Sobre la base de ellos, otros estudios continúan contribuyendo a un estudio completo del mundo en cifras.

La teoría de cuerdas del universo es una forma de representar el espacio del universo, que consta de ciertas hebras, que se denominan cuerdas y branas. En pocas palabras (para tontos), la base del mundo no son las partículas (como sabemos), sino elementos de energía vibrante llamados cuerdas y branas. El tamaño de la cuerda es muy, muy pequeño, alrededor de 10 a 33 cm.

¿Para qué sirve y fue útil? La teoría sirvió de impulso para la descripción del concepto de "gravedad".

La teoría de cuerdas es matemática, es decir, la naturaleza física se describe mediante ecuaciones. Hay muchos de ellos, pero no hay uno único y verdadero. Las dimensiones del universo experimentales ocultas aún no han sido identificadas.

La teoría se basa en 5 conceptos:

El mundo se compone de hilos vibrantes y membranas de energía.
La teoría se basa en la teoría de la gravedad y la física cuántica.
La teoría une todas las fuerzas principales del universo.
Los bosones y fermiones de las partículas tienen un nuevo tipo de conexión: la supersimetría.
La teoría describe medidas en el Universo que no son observables por el ojo humano.

La comparación con la guitarra puede ayudarlo a comprender mejor la teoría de cuerdas.

Por primera vez, el mundo se enteró de esta teoría en los años setenta del siglo XX. Los nombres de los científicos en el desarrollo de esta hipótesis:

Witten;
Veneziano;
Verde;
Bruto;
Kaku;
Maldacena;
Polyakov;
Susskind;
Schwartz.

Los filamentos de energía se consideraron unidimensionales: cuerdas. Esto significa que la cuerda tiene una dimensión: longitud (no hay altura). Hay 2 tipos:

abierto, en el que los extremos no se tocan;
bucle cerrado.

Se encontró que pueden interactuar y esas opciones 5. Esto se basa en la capacidad de conectarse, separar los extremos. La ausencia de cuerdas de anillo es imposible debido a la posibilidad de combinar cuerdas abiertas.

Como resultado, los científicos creen que la teoría es capaz de describir no la unión de partículas, sino el comportamiento, la fuerza de gravedad. Las ramas u hojas se consideran los elementos a los que se unen las cuerdas.

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Gravedad cuántica

En física, existe una ley cuántica y la relatividad general. La física cuántica estudia las partículas a la escala del universo. Las hipótesis en él se llaman teorías de la gravedad cuántica, entre las más importantes se encuentran las hipótesis de cuerdas.

Los hilos cerrados en él funcionan de acuerdo con las fuerzas de la gravedad, y poseen las propiedades de un gravitón, una partícula que transfiere propiedades entre partículas.

Combinando fuerzas... La teoría incluye las fuerzas combinadas en una: electromagnética, nuclear, gravitacional. Los científicos creen que este era el caso antes, antes de que se dividieran las fuerzas.

Supersimetría... Según el concepto de supersimetría, existe una conexión entre bosones y fermiones (unidades estructurales del universo). Para cada uno de los bosones hay un fermión, y lo contrario es cierto: para un fermión hay un bosón. Esto se calcula en base a las ecuaciones, pero no se confirma experimentalmente. La ventaja de la supersimetría es la capacidad de excluir ciertas variables (niveles de energía infinitos e imaginarios).

Según los físicos, la razón de la imposibilidad de probar la supersimetría es la razón de la necesidad de una gran energía asociada con la masa. Fue antes, antes del período de disminución de la temperatura en el universo. Después del Big Bang, hubo una disipación de energía y una transición de partículas a niveles de energía más bajos.

En pocas palabras, las cuerdas que podían vibrar con las propiedades de las partículas de alta energía, habiéndolas perdido, se volvían de baja vibración.

Al crear aceleradores de partículas, los científicos quieren identificar elementos supersimétricos con el nivel de energía requerido.

Dimensiones adicionales de la teoría de cuerdas

Un corolario de la teoría de cuerdas es la representación matemática de que debe haber más de 3 dimensiones. La primera explicación para esto es que las dimensiones adicionales se han vuelto compactas, como resultado de lo cual no se pueden ver, percibir.

Existimos en una brana 3D, separados de otras dimensiones. Solo la capacidad de utilizar modelos matemáticos dio esperanzas de obtener coordenadas que los conectaran. Investigaciones recientes en esta área sugieren la aparición de nuevos datos optimistas.

Comprensión simple del objetivo

Científicos de todo el mundo, explorando supercuerdas, están tratando de fundamentar una teoría con respecto a toda la realidad física. Una sola hipótesis podría caracterizar todo a un nivel fundamental, explicando los problemas de la estructura del planeta.

La teoría de cuerdas surgió de la descripción de los hadrones, partículas con estados vibratorios más altos de una cuerda. En resumen, explica fácilmente la transición de la longitud a la masa.

Hay muchas teorías de supercuerdas. Hoy en día no se sabe con certeza si es posible con su ayuda explicar la teoría del espacio-tiempo con mayor precisión que Einstein. Las mediciones realizadas no aportan datos precisos. Algunos de ellos, relacionados con el espacio-tiempo, fueron consecuencia de interacciones de cuerdas, pero finalmente fueron criticados.

La teoría de la gravedad se convertirá en la principal consecuencia de la teoría descrita si se confirma.

Las cuerdas y las branas se han convertido en el ímpetu para el surgimiento de más de 10 mil opciones para juzgar el universo. Los libros sobre teoría de cuerdas están disponibles públicamente en Internet, descritos en detalle y claramente por los autores:

Yau Shintan;
Steve Nadis, Teoría de cuerdas y las dimensiones ocultas del universo;
Brian Green habla de esto en "The Elegant Universe".

Opiniones, pruebas, razonamientos y todos los detalles más pequeños se pueden encontrar mirando uno de los muchos libros que son accesibles e interesantes para comprender información sobre el mundo. Los físicos explican el universo existente por nuestro hallazgo, la existencia de otros universos (incluso similares al nuestro). Según Einstein, existe una versión colapsada del espacio.

En la teoría de supercuerdas, los puntos de mundos paralelos pueden conectarse. Las leyes establecidas en la física dan esperanza a la posibilidad de una transición entre universos. Al mismo tiempo, la teoría cuántica de la gravedad lo neutraliza.

Los físicos también hablan de la fijación de datos holográficos cuando se registran en una superficie. Esto impulsará en el futuro la comprensión del juicio sobre los hilos de energía. Hay juicios sobre la multiplicidad de dimensiones del tiempo y la posibilidad de movimiento en él. La hipótesis del Big Bang debido a la colisión de 2 branas habla de la posibilidad de ciclos repetidos.

El universo, el surgimiento de todo y la transformación gradual de todo siempre han ocupado las mentes más destacadas de la humanidad. Los nuevos descubrimientos fueron, son y serán. La interpretación final de la teoría de cuerdas permitirá determinar la densidad de la materia, la constante cosmológica.

Gracias a esto, determinarán la capacidad del universo para contraerse hasta el próximo momento de explosión y un nuevo comienzo de todo. Las teorías se desarrollan, se prueban y conducen a algo. Entonces, la ecuación de Einstein, que describe la dependencia de la energía de la masa y el cuadrado de la velocidad de la luz E = mc ^ 2, se convirtió posteriormente en el ímpetu para el surgimiento de las armas nucleares. Después de eso, también se inventaron el láser y el transistor. Hoy no se sabe qué esperar, pero ciertamente conducirá a algo.

A principios del siglo XX, se formaron dos pilares de apoyo del conocimiento científico moderno. Uno de ellos es la teoría de la relatividad general de Einstein, que explica el fenómeno de la gravedad y la estructura del espacio-tiempo. El otro es la mecánica cuántica, que describe los procesos físicos a través del prisma de la probabilidad. La teoría de cuerdas está diseñada para combinar estos dos enfoques. Se puede explicar breve y claramente utilizando analogías en la vida cotidiana.

Teoría de cuerdas en términos simples

Las principales disposiciones de una de las "teorías del todo" más famosas son las siguientes:

La base del universo está formada por objetos extendidos que se asemejan en forma a cuerdas;
Estos objetos tienden a realizar diversas vibraciones, como en un instrumento musical;
Como resultado de estas vibraciones, se forman varias partículas elementales (quarks, electrones, etc.).
La masa del objeto resultante es directamente proporcional a la amplitud de la vibración perfecta;
La teoría ayuda a ver los agujeros negros de una manera nueva;
Además, con la ayuda de la nueva doctrina, fue posible revelar la fuerza de la gravedad en las interacciones entre partículas fundamentales;
En contraste con los conceptos que prevalecen actualmente del mundo de cuatro dimensiones, se introducen dimensiones adicionales en la nueva teoría;
En la actualidad, el concepto aún no ha sido aceptado oficialmente en la comunidad científica en general. No se conoce un solo experimento que confirme esta teoría armoniosa y verificada sobre el papel.

Referencia histórica

La historia de este paradigma abarca varias décadas de intensa investigación. Gracias a los esfuerzos conjuntos de físicos de todo el mundo, se desarrolló una teoría coherente, que incluía los conceptos de materia condensada, cosmología y matemáticas teóricas.

Las principales etapas de su desarrollo:

1943-1959 Apareció la doctrina de Werner Heisenberg sobre la matriz s, en cuyo marco se propuso descartar los conceptos de espacio y tiempo por fenómenos cuánticos. Heisenberg descubrió por primera vez que los participantes en interacciones fuertes son objetos extendidos, no puntos;
1959-1968 Se han encontrado partículas con espines altos (momentos angulares). El físico italiano Tullio Regge propondrá agrupar estados cuánticos en trayectorias (que recibieron su nombre);
1968-1974 Garibrele Veneziano propuso un modelo de doble resonancia para describir interacciones fuertes. Yoshiro Nambu llevó esta idea más allá y describió las fuerzas nucleares como cuerdas vibratorias unidimensionales;
1974-1994 El descubrimiento de supercuerdas, gracias en gran parte al trabajo del científico ruso Alexander Polyakov;
1994-2003 La aparición de la teoría M, permitió más de 11, el número de dimensiones;
2003 - presente v. Michael Douglas desarrolló la teoría de cuerdas del paisaje con el concepto falso vacío.

Teoría cuántica de cuerdas

Los objetos clave del nuevo paradigma científico son los mejores objetos, que por sus movimientos oscilatorios imparten masa y carga a cualquier partícula elemental.

Las principales propiedades de las cadenas según conceptos modernos:

Su longitud es extremadamente pequeña, alrededor de 10 a 35 metros. En una escala similar, las interacciones cuánticas se vuelven discernibles;
Sin embargo, en condiciones de laboratorio ordinarias, que no tratan con objetos tan pequeños, una cuerda es absolutamente indistinguible de un objeto puntual adimensional;
Una característica importante de un objeto de cuerda es la orientación. Las cuerdas que lo tienen están emparejadas con la dirección opuesta. También hay instancias no dirigidas.

Las cadenas pueden existir tanto como un segmento de línea, limitado en ambos extremos, como en forma de bucle cerrado. Además, tales transformaciones son posibles:

Una línea o bucle puede "multiplicarse", dando lugar a un par de objetos correspondientes;
Un segmento da lugar a un bucle si parte de él "bucle";
El bucle se rompe y se convierte en una cuerda abierta;
Los dos segmentos se intercambian en segmentos.

Otros objetos fundamentales

En 1995 resultó que no solo los objetos unidimensionales son los componentes básicos de nuestro universo. Se predijo la existencia de formaciones inusuales: branas- en forma de cilindro o anillo volumétrico, que tienen las siguientes características:

Son varios miles de millones de veces más pequeños que los átomos;
Pueden extenderse por el espacio y el tiempo, tener masa y carga;
En nuestro Universo, son objetos tridimensionales. Sin embargo, se supone que su forma es mucho más misteriosa, ya que una parte significativa de ellos puede extenderse a otras dimensiones;
El espacio multidimensional que esconden las branas es el hiperespacio;
Estas estructuras están asociadas con la existencia de partículas que son portadoras de la fuerza de gravedad: los gravitones. Se desprenden libremente de las branas y fluyen suavemente hacia otras dimensiones;
En las branas localizadas también interacciones electromagnéticas, nucleares y débiles;
La variedad más importante es la D-brana. Los extremos de la cuerda abierta se unen a su superficie en el momento en que atraviesa el espacio.

Comentarios críticos

Como cualquier revolución científica, esta rompe las espinas del malentendido y la crítica de los partidarios de los puntos de vista tradicionales.

Algunos de los comentarios más comunes son:

La introducción de dimensiones adicionales del espacio-tiempo crea la posibilidad hipotética de la existencia de una gran cantidad de universos. Según el matemático Peter Volta, esto conduce a la imposibilidad de predecir procesos o fenómenos. Cada experimento desencadena una gran cantidad de escenarios diferentes que se pueden interpretar de diferentes maneras;
No hay opción de confirmación. El nivel moderno de desarrollo de la tecnología no permite la confirmación experimental o la refutación de la investigación documental;
Las observaciones recientes de objetos astronómicos no encajan bien con la teoría, lo que obliga a los científicos a reconsiderar algunas de sus conclusiones;
Varios físicos opinan que el concepto es especulativo e inhibe el desarrollo de otros conceptos fundamentales.

Probablemente sea más fácil probar el teorema de Fermat que explicar en términos simples las disposiciones de la teoría de cuerdas. Su aparato matemático es tan extenso que solo los científicos venerables de los institutos de investigación más importantes pueden comprenderlo.

Todavía no está claro si los descubrimientos realizados durante las últimas décadas encontrarán una aplicación real en la punta del bolígrafo. Si es así, entonces nos espera un mundo feliz con antigravedad, muchos universos y una solución a la naturaleza de los agujeros negros.

Video: la teoría de cuerdas es concisa y accesible

En este video, el físico Stanislav Efremov contará en palabras simples qué es la teoría de cuerdas:

Ecología de la cognición: el mayor problema para los físicos teóricos es cómo combinar todas las interacciones fundamentales (gravitacionales, electromagnéticas, débiles y fuertes) en una sola teoría. La teoría de las supercuerdas afirma ser la teoría del todo

Contamos de tres a diez

El mayor problema para los físicos teóricos es cómo combinar todas las interacciones fundamentales (gravitacionales, electromagnéticas, débiles y fuertes) en una sola teoría. La teoría de supercuerdas afirma ser la teoría del todo.

¡Pero resultó que el número más conveniente de dimensiones requeridas para que esta teoría funcione es diez (nueve de las cuales son espaciales y una es temporal)! Si hay más o menos medidas, las ecuaciones matemáticas dan resultados irracionales que van al infinito, una singularidad.

La siguiente etapa en el desarrollo de la teoría de supercuerdas, la teoría M, ya ha contado once dimensiones. Y otra versión, la teoría F, las doce. Y esto no es una complicación en absoluto. La teoría F describe el espacio de 12 dimensiones mediante ecuaciones más simples que la teoría M: 11 dimensiones.

Por supuesto, no en vano se llama a la física teórica teórica. Todos sus logros hasta ahora existen solo en papel. Entonces, para explicar por qué solo podemos movernos en el espacio tridimensional, los científicos comenzaron a hablar sobre cómo las desafortunadas otras dimensiones tuvieron que encogerse en esferas compactas a nivel cuántico. Para ser precisos, no en esferas, sino en espacios Calabi-Yau. Estas son figuras tridimensionales, dentro de las cuales su propio mundo con su propia dimensión. Una proyección bidimensional de tales variedades se parece a esto:

Se conocen más de 470 millones de tales figurillas. Actualmente se está calculando cuál de ellos corresponde a nuestra realidad. No es fácil ser un físico teórico.

Sí, parece un poco descabellado. Pero tal vez esto sea precisamente lo que explica por qué el mundo cuántico es tan diferente de lo que percibimos.

Punto, punto, coma

Comenzar de nuevo. La dimensión cero es un punto. Ella no tiene dimensiones. No hay ningún lugar donde moverse, no se necesitan coordenadas para indicar una ubicación en dicha dimensión.

Pongamos el segundo al lado del primer punto y dibujemos una línea a través de ellos. Aquí está la primera dimensión. Un objeto unidimensional tiene un tamaño, una longitud, pero no un ancho ni una profundidad. El movimiento dentro del marco del espacio unidimensional es muy limitado, porque el obstáculo que ha surgido en el camino no se puede evitar. Solo se necesita una coordenada para ubicar en esta línea.

Pongamos un punto al lado del segmento. Para encajar ambos objetos, necesitamos un espacio bidimensional que tenga largo y ancho, es decir, un área, pero sin profundidad, es decir, volumen. La ubicación de cualquier punto en este campo está determinada por dos coordenadas.

La tercera dimensión surge cuando agregamos un tercer eje de coordenadas a este sistema. Para nosotros, los habitantes del universo tridimensional, es muy fácil imaginar esto.

Intentemos imaginar cómo ven el mundo los habitantes del espacio bidimensional. Por ejemplo, aquí están estas dos personas:

Cada uno verá a su amigo así:

Pero en esta situación:

Nuestros héroes se verán así:

Es el cambio de punto de vista lo que permite a nuestros héroes juzgarse entre sí como objetos bidimensionales y no como segmentos unidimensionales.

Ahora imaginemos que cierto objeto volumétrico se mueve en la tercera dimensión, que cruza este mundo bidimensional. Para un observador externo, este movimiento se expresará en un cambio en las proyecciones bidimensionales de un objeto en un plano, como el brócoli en una máquina de resonancia magnética:

¡Pero para un habitante de nuestro Flatland, tal imagen es incomprensible! Él es incapaz de imaginarla siquiera. Para él, cada una de las proyecciones bidimensionales será vista como un segmento unidimensional con una longitud misteriosamente variable, surgiendo en un lugar impredecible y también desapareciendo de manera impredecible. Los intentos de calcular la longitud y el lugar de origen de tales objetos utilizando las leyes de la física del espacio bidimensional están condenados al fracaso.

Nosotros, los habitantes del mundo tridimensional, vemos todo como bidimensional. Solo el movimiento de un objeto en el espacio nos permite sentir su volumen. También veremos cualquier objeto multidimensional como bidimensional, pero cambiará asombrosamente según nuestra relación con él o el tiempo.

Desde este punto de vista, es interesante pensar en la gravedad, por ejemplo. Probablemente todos hayan visto imágenes similares:

Es costumbre representar en ellos cómo la gravedad dobla el espacio-tiempo. Curvas ... ¿dónde? Precisamente en ninguna de las dimensiones que conocemos. ¿Y qué pasa con los túneles cuánticos, es decir, la capacidad de una partícula de desaparecer en un lugar y aparecer en un lugar completamente diferente, además, detrás de un obstáculo por el que en nuestras realidades no podría penetrar sin hacer un agujero en él? ¿Qué pasa con los agujeros negros? Pero, ¿y si todos estos y otros misterios de la ciencia moderna se explican por el hecho de que la geometría del espacio no es en absoluto la misma que solíamos percibir?

El reloj está corriendo

El tiempo agrega otra coordenada a nuestro Universo. Para que se lleve a cabo una fiesta, debes saber no solo en qué bar se llevará a cabo, sino también la hora exacta de este evento.

Según nuestra percepción, el tiempo no es tanto una línea recta como un rayo. Es decir, tiene un punto de partida y el movimiento se lleva a cabo solo en una dirección: del pasado al futuro. Y solo el presente es real. No existe ni pasado ni futuro, como tampoco hay desayunos y cenas desde el punto de vista de un empleado de oficina a la hora de comer.

Pero la teoría de la relatividad no está de acuerdo con esto. Desde su punto de vista, el tiempo es una dimensión en toda regla. Todos los eventos que existieron, existen y existirán, son tan reales como lo es la playa del mar, no importa dónde nos hayan tomado por sorpresa los sueños del sonido de las olas. Nuestra percepción es algo así como un reflector que ilumina algún segmento en una línea recta del tiempo. La humanidad en su cuarta dimensión se ve así:

Pero solo vemos una proyección, una porción de esta dimensión en cada momento separado en el tiempo. Sí, como el brócoli en una máquina de resonancia magnética.

Hasta ahora, todas las teorías han trabajado con un gran número de dimensiones espaciales, y la temporal siempre ha sido la única. Pero, ¿por qué el espacio permite la aparición de múltiples dimensiones para el espacio, pero solo una vez? Hasta que los científicos puedan responder a esta pregunta, la hipótesis de dos o más espacios de tiempo parecerá muy atractiva para todos los filósofos y escritores de ciencia ficción. Sí, y físicos, lo que realmente hay. Por ejemplo, el astrofísico estadounidense Yitzhak Bars ve la segunda dimensión del tiempo como la raíz de todos los problemas con la Teoría del Todo. Como ejercicio mental, intentemos imaginar un mundo con dos tiempos.

Cada dimensión existe por separado. Esto se expresa en el hecho de que si cambiamos las coordenadas de un objeto en una dimensión, las coordenadas en otras pueden permanecer sin cambios. Entonces, si se mueve a lo largo de un eje de tiempo que se cruza con otro en ángulo recto, entonces en el punto de intersección el tiempo alrededor se detendrá. En la práctica, se verá así:

Todo lo que Neo tuvo que hacer fue colocar su eje de tiempo unidimensional perpendicular al eje de tiempo de las balas. Pura bagatela, de acuerdo. De hecho, todo es mucho más complicado.

El tiempo exacto en un universo con dos dimensiones de tiempo estará determinado por dos valores. ¿Es difícil imaginar un evento bidimensional? Es decir, ¿uno que se extiende simultáneamente a lo largo de dos ejes de tiempo? Es probable que un mundo así requiera especialistas en mapeo del tiempo, ya que los cartógrafos mapean la superficie bidimensional del globo.

¿Qué más distingue el espacio bidimensional del espacio unidimensional? La capacidad de sortear un obstáculo, por ejemplo. Esto ya está completamente más allá de los límites de nuestra mente. Un habitante de un mundo unidimensional no puede imaginar lo que es doblar una esquina. ¿Y qué es esto, una esquina en el tiempo? Además, en el espacio bidimensional, puede viajar hacia adelante, hacia atrás, pero al menos en diagonal. No tengo idea de lo que es caminar en diagonal a través del tiempo. Ni siquiera estoy hablando del hecho de que el tiempo es la base de muchas leyes físicas, y es imposible imaginar cómo cambiará la física del Universo con la aparición de otra dimensión temporal. ¡Pero pensar en ello es tan emocionante!

Una enciclopedia muy grande

Otras dimensiones aún no se han descubierto y existen solo en modelos matemáticos. Pero puedes intentar imaginarlos así.

Como descubrimos anteriormente, vemos una proyección tridimensional de la cuarta dimensión (tiempo) del Universo. En otras palabras, cada momento de la existencia de nuestro mundo es un punto (similar a la dimensión cero) en el intervalo de tiempo desde el Big Bang hasta el Fin del Mundo.

Aquellos de ustedes que han leído sobre viajes en el tiempo saben lo importante que juega en ellos la curvatura del continuo espacio-tiempo. Esta es la quinta dimensión - es en ella donde el espacio-tiempo tetradimensional se "dobla" para unir dos puntos en esta línea recta. Sin esto, el viaje entre estos puntos sería demasiado largo o incluso imposible. En términos generales, la quinta dimensión es similar a la segunda: mueve la línea "unidimensional" del espacio-tiempo al plano "bidimensional" con todas las posibilidades consiguientes de rodear una esquina.

Nuestros lectores de mentalidad especialmente filosófica un poco antes, probablemente, pensaron en la posibilidad del libre albedrío en condiciones donde el futuro ya existe, pero aún no se conoce. La ciencia responde a esta pregunta así: probabilidades. El futuro no es un palo, sino toda una escoba de posibles escenarios. Cuál se hará realidad, lo sabremos cuando lleguemos allí.

Cada una de las probabilidades existe como un segmento "unidimensional" en el "plano" de la quinta dimensión. ¿Cuál es la forma más rápida de saltar de un segmento a otro? Así es, doble este plano como una hoja de papel. ¿Dónde doblar? Y de nuevo es correcto - en la sexta dimensión, lo que le da "volumen" a toda esta compleja estructura. Y, así, lo convierte, como un espacio tridimensional, "terminado", un nuevo punto.

La séptima dimensión es una nueva línea recta, que consta de "puntos" de seis dimensiones. ¿Qué otro punto de esta línea hay? Todo el conjunto infinito de opciones para el desarrollo de eventos en otro universo, formado no como resultado del Big Bang, sino en diferentes condiciones y actuando de acuerdo con diferentes leyes. Es decir, la séptima dimensión son cuentas de mundos paralelos. La octava dimensión reúne estas "líneas" en un "plano". Y el noveno se puede comparar con un libro que se ajusta a todas las "hojas" de la octava dimensión. Es una colección de todas las historias de todos los universos con todas las leyes de la física y todas las condiciones iniciales. Apunta de nuevo.

Aquí nos topamos con el límite. Para imaginar la décima dimensión, necesitamos una línea recta. ¿Y qué otro punto puede haber en esta línea, si la novena dimensión ya cubre todo lo que se puede imaginar, e incluso lo que es imposible de imaginar? Resulta que la novena dimensión no es otro punto de partida, sino el final, para nuestra imaginación, en cualquier caso.

La teoría de cuerdas establece que es en la décima dimensión donde vibran las cuerdas, las partículas básicas que lo componen todo. Si la décima dimensión contiene todos los universos y todas las posibilidades, entonces las cadenas existen en todas partes y todo el tiempo. Quiero decir, cada hilo existe en nuestro universo y cualquier otro. En cualquier momento dado. Inmediatamente. Genial, ¿no? publicado por

La teoría de supercuerdas, en el lenguaje popular, representa el universo como una colección de hebras de energía vibrantes: cuerdas. Son la base de la naturaleza. La hipótesis también describe otros elementos: las branas. Todas las sustancias de nuestro mundo están compuestas por vibraciones de cuerdas y branas. Una consecuencia natural de la teoría es la descripción de la gravedad. Es por eso que los científicos creen que tiene la clave para unificar la gravedad con otras interacciones.

El concepto esta evolucionando

La teoría de campos unificados, la teoría de supercuerdas, es puramente matemática. Como todos los conceptos físicos, se basa en ecuaciones que se pueden interpretar de cierta manera.

Hoy, nadie sabe exactamente cuál será la versión final de esta teoría. Los científicos tienen una idea bastante vaga de sus elementos comunes, pero nadie ha llegado aún a una ecuación final que cubra todas las teorías de supercuerdas, y aún no ha sido confirmada experimentalmente (aunque tampoco refutada). Los físicos han creado versiones simplificadas de la ecuación, pero hasta ahora no describe del todo nuestro universo.

Teoría de supercuerdas para principiantes

La hipótesis se basa en cinco ideas clave.

La teoría de supercuerdas predice que todos los objetos de nuestro mundo están formados por hilos vibrantes y membranas de energía.
Intenta combinar la relatividad general (gravedad) con la física cuántica.
La teoría de supercuerdas unirá todas las fuerzas fundamentales del universo.
Esta hipótesis predice una nueva conexión, supersimetría, entre dos tipos de partículas fundamentalmente diferentes, bosones y fermiones.
El concepto describe una serie de dimensiones adicionales, generalmente no observables, del universo.

Cuerdas y branas

Cuando surgió la teoría en la década de 1970, los hilos de energía que contenía se consideraban objetos unidimensionales: cuerdas. La palabra "unidimensional" significa que una cuerda tiene solo una dimensión, una longitud, a diferencia de, por ejemplo, un cuadrado, que tiene una longitud y una altura.

La teoría divide estas supercuerdas en dos tipos: cerradas y abiertas. Una cuerda abierta tiene extremos que no se tocan entre sí, mientras que una cuerda cerrada es un bucle sin extremos abiertos. Como resultado, se encontró que estas cadenas, llamadas cadenas de tipo 1, están sujetas a 5 tipos principales de interacciones.

Las interacciones se basan en la capacidad de las cuerdas para conectarse y separar sus extremos. Dado que los extremos de las cadenas abiertas se pueden unir para formar cadenas cerradas, no se puede construir una teoría de supercuerdas que no incluya cadenas en bucle.

Esto resultó ser importante, ya que las cuerdas cerradas tienen propiedades, como creen los físicos, que podrían describir la gravedad. En otras palabras, los científicos se dieron cuenta de que la teoría de supercuerdas, en lugar de explicar las partículas de materia, podría describir su comportamiento y gravedad.

A lo largo de los años, se descubrió que para la teoría se necesitaban otros elementos además de las cuerdas. Se pueden considerar hojas o branas. Las cuerdas se pueden unir a uno o ambos lados de las cuerdas.

Gravedad cuántica

La física moderna tiene dos leyes científicas básicas: la teoría general de la relatividad (GR) y la teoría cuántica. Representan áreas de la ciencia completamente diferentes. La física cuántica estudia las partículas naturales más pequeñas, y la relatividad general, por regla general, describe la naturaleza en la escala de planetas, galaxias y el universo en su conjunto. Las hipótesis que intentan unificarlas se denominan teorías de la gravedad cuántica. El más prometedor de ellos hoy es la cuerda.

Las hebras cerradas corresponden al comportamiento de la gravedad. En particular, tienen las propiedades de un gravitón, una partícula que transfiere la gravedad entre objetos.

Combinando fuerzas

La teoría de cuerdas intenta combinar cuatro fuerzas: electromagnética, nuclear fuerte y débil, y gravedad, en una. En nuestro mundo, se manifiestan como cuatro fenómenos diferentes, pero los teóricos de cuerdas creen que en el universo temprano, cuando había niveles de energía increíblemente altos, todas estas fuerzas se describen mediante cuerdas que interactúan entre sí.

Supersimetría

Todas las partículas del universo se pueden dividir en dos tipos: bosones y fermiones. La teoría de cuerdas predice que existe una relación entre los dos denominada supersimetría. Con la supersimetría, para cada bosón debe existir un fermión y para cada fermión un bosón. Desafortunadamente, la existencia de tales partículas no se ha confirmado experimentalmente.

La supersimetría es una relación matemática entre elementos de ecuaciones físicas. Fue descubierto en otra área de la física y su aplicación llevó a su cambio de nombre como teoría de cuerdas supersimétrica (o teoría de supercuerdas, en el lenguaje popular) a mediados de la década de 1970.

Una de las ventajas de la supersimetría es que simplifica enormemente las ecuaciones al permitirle eliminar ciertas variables. Sin supersimetría, las ecuaciones conducen a contradicciones físicas como valores infinitos y valores imaginarios.

Dado que los científicos no han observado las partículas predichas por supersimetría, sigue siendo una hipótesis. Muchos físicos creen que la razón de esto es la necesidad de una cantidad significativa de energía, que está relacionada con la masa por la famosa ecuación de Einstein E = mc 2. Es posible que estas partículas hayan existido en el universo temprano, pero a medida que se enfrió y la energía se extendió después del Big Bang, estas partículas se movieron a niveles de baja energía.

En otras palabras, las cuerdas que vibraban como partículas de alta energía perdían energía, lo que las convertía en elementos de menor vibración.

Los científicos esperan que las observaciones astronómicas o los experimentos con aceleradores de partículas confirmen la teoría al identificar algunos de los elementos supersimétricos de mayor energía.

Medidas adicionales

Otra implicación matemática de la teoría de cuerdas es que tiene sentido en un mundo con más de tres dimensiones. Actualmente hay dos explicaciones para esto:

Las dimensiones adicionales (seis de ellas) se han derrumbado o, en la terminología de la teoría de cuerdas, se han compactado a dimensiones increíblemente pequeñas que nunca se pueden percibir.
Estamos atrapados en una brana tridimensional, y otras dimensiones se extienden más allá de ella y son inaccesibles para nosotros.

Un área importante de investigación entre los teóricos es el modelado matemático de cómo estas coordenadas adicionales pueden relacionarse con las nuestras. Los últimos resultados predicen que los científicos pronto podrán descubrir estas dimensiones adicionales (si existen) en los próximos experimentos, ya que pueden ser más grandes de lo esperado anteriormente.

Entendiendo el propósito

El objetivo por el que se esfuerzan los científicos cuando estudian las supercuerdas es una "teoría del todo", es decir, una hipótesis física unificada que describe toda la realidad física en un nivel fundamental. Si tiene éxito, podría aclarar muchas preguntas sobre la estructura de nuestro universo.

Explicando la materia y la masa

Una de las principales tareas de la investigación moderna es encontrar soluciones para partículas reales.

La teoría de cuerdas comenzó como un concepto que describe partículas como hadrones con varios estados vibratorios más altos de una cuerda. En la mayoría de las formulaciones modernas, la materia que se ve en nuestro universo es el resultado de las vibraciones de las cuerdas y branas menos energéticas. Es más probable que las vibraciones generen partículas de alta energía, que no existen en nuestro mundo en la actualidad.

La masa de estos es una manifestación de cómo las cuerdas y las branas están envueltas en dimensiones extra compactadas. Por ejemplo, en el caso simplificado en el que se doblan en forma de rosquilla, llamada toro por matemáticos y físicos, una cuerda puede envolver esta forma de dos maneras:

bucle corto a través de la mitad del toro;
un bucle largo alrededor de toda la circunferencia exterior del toro.

Un bucle corto será una partícula ligera y un bucle grande será pesado. Cuando las cuerdas se envuelven alrededor de dimensiones compactadas toroidales, se forman nuevos elementos con diferentes masas.

La teoría de supercuerdas explica de manera sucinta y clara, simple y elegante, para explicar la transición de la longitud a la masa. Las dimensiones rizadas son mucho más complicadas que un toro aquí, pero en principio funcionan de la misma manera.

Incluso es posible, aunque es difícil de imaginar, que la cuerda se enrolle alrededor del toro en dos direcciones al mismo tiempo, dando como resultado una partícula diferente con una masa diferente. Las branas también pueden envolver dimensiones adicionales, creando aún más posibilidades.

Definición de espacio y tiempo

En muchas versiones de la teoría de supercuerdas, las dimensiones colapsan, haciéndolas inobservables en el estado actual de la tecnología.

Actualmente no está claro si la teoría de cuerdas puede explicar la naturaleza fundamental del espacio y el tiempo más de lo que lo hizo Einstein. En él, las medidas son el trasfondo de la interacción de las cuerdas y no tienen un significado real independiente.

Se ofrecieron explicaciones, no completamente finalizadas, sobre la representación del espacio-tiempo como una derivada de la suma total de todas las interacciones de las cuerdas.

Este enfoque no se corresponde con las ideas de algunos físicos, lo que llevó a la crítica de la hipótesis. La teoría competitiva utiliza la cuantificación del espacio y el tiempo como punto de partida. Algunos creen que al final resultará ser solo un enfoque diferente a la misma hipótesis básica.

Cuantización de gravedad

El principal logro de esta hipótesis, si se confirma, será la teoría cuántica de la gravedad. La descripción actual en relatividad general es inconsistente con la física cuántica. Esto último, imponer restricciones al comportamiento de las partículas pequeñas cuando se trata de explorar el Universo a una escala extremadamente pequeña, conduce a contradicciones.

Unificación de fuerzas

Actualmente, los físicos conocen cuatro fuerzas fundamentales: gravedad, electromagnética, interacciones nucleares débiles y fuertes. De la teoría de cuerdas se desprende que todas fueron manifestaciones de una en algún momento.

Según esta hipótesis, dado que el universo primitivo se enfrió después del Big Bang, esta única interacción comenzó a desintegrarse en diferentes que están vigentes en la actualidad.

Los experimentos con altas energías nos permitirán algún día descubrir la unificación de estas fuerzas, aunque tales experimentos están mucho más allá del desarrollo actual de la tecnología.

Cinco opciones

Después de la revolución de las supercuerdas de 1984, el desarrollo continuó a un ritmo febril. Como resultado, en lugar de un concepto, resultaron cinco, llamados tipo I, IIA, IIB, HO, HE, cada uno de los cuales describía casi por completo nuestro mundo, pero no completamente.

Los físicos, clasificando versiones de la teoría de cuerdas con la esperanza de encontrar una fórmula verdadera universal, han creado 5 versiones autosuficientes diferentes. Algunas de sus propiedades reflejaban la realidad física del mundo, otras no se correspondían con la realidad.

Teoría M

En una conferencia en 1995, el físico Edward Witten propuso una solución audaz al problema de las cinco hipótesis. Sobre la base de la dualidad recientemente descubierta, todos se convirtieron en casos especiales de un único concepto general llamado teoría de supercuerdas M por Witten. Las branas (abreviatura de membrana), objetos fundamentales con más de una dimensión, se convirtieron en uno de sus conceptos clave. Aunque el autor no ofreció una versión completa, que aún no existe, la teoría M de supercuerdas resume las siguientes características:

11 dimensiones (10 espaciales más 1 dimensión temporal);
dualidad, que lleva a cinco teorías que explican la misma realidad física;
branas son cadenas con más de una dimensión.

Consecuencias

Como resultado, aparecieron 10.500 soluciones en lugar de una. Para algunos físicos, esto se convirtió en la causa de la crisis, mientras que otros adoptaron el principio antrópico, explicando las propiedades del universo por nuestra presencia en él. Es de esperar que los teóricos encuentren otra forma de navegar por la teoría de supercuerdas.

Algunas interpretaciones sugieren que nuestro mundo no es el único. Las versiones más radicales permiten la existencia de un número infinito de universos, algunos de los cuales contienen copias exactas del nuestro.

La teoría de Einstein predice la existencia de un espacio colapsado llamado agujero de gusano o puente Einstein-Rosen. En este caso, las dos áreas remotas están conectadas por un pasaje corto. La teoría de supercuerdas permite no solo esto, sino también la conexión de puntos distantes de mundos paralelos. Incluso es posible una transición entre universos con diferentes leyes de la física. Sin embargo, es probable que exista una variante cuando la teoría cuántica de la gravedad haga imposible su existencia.

Muchos físicos creen que el principio holográfico, cuando toda la información contenida en el volumen del espacio corresponde a la información registrada en su superficie, permitirá una comprensión más profunda del concepto de filamentos de energía.

Algunos han sugerido que la teoría de supercuerdas permite múltiples dimensiones de tiempo, lo que puede llevar a viajar a través de ellas.

Además, en el marco de la hipótesis, existe una alternativa al modelo del Big Bang, según el cual nuestro universo apareció como resultado de la colisión de dos branas y atraviesa repetidos ciclos de creación y destrucción.

El destino final del universo siempre ha ocupado a los físicos, y la versión final de la teoría de cuerdas ayudará a determinar la densidad de la materia y la constante cosmológica. Conociendo estos valores, los cosmólogos podrán determinar si el universo se contraerá hasta explotar, para que todo comience de nuevo.

Nadie sabe a qué conducirá hasta que se desarrolle y se pruebe. Einstein, al escribir la ecuación E = mc 2, no asumió que conduciría al surgimiento de armas nucleares. Los creadores de la física cuántica no sabían que se convertiría en la base para la creación de un láser y un transistor. Y aunque todavía no se sabe a dónde conducirá un concepto tan puramente teórico, la historia sugiere que seguramente resultará algo sobresaliente.

Puede leer más sobre esta hipótesis en el libro de Andrew Zimmerman, Teoría de supercuerdas para tontos.

Por supuesto, las cuerdas del universo no se parecen mucho a las que imaginamos. En la teoría de cuerdas, estos son hilos de energía vibrantes increíblemente pequeños. Estos hilos son como pequeñas "bandas de goma" que pueden retorcerse, estirarse y encogerse en todos los sentidos. Todo esto, sin embargo, no significa que sea imposible "tocar" la sinfonía del Universo en ellos, porque, según los teóricos de cuerdas, todo lo que existe son estos "hilos".

Contradicción física

En la segunda mitad del siglo XIX, los físicos pensaron que ya no se podía descubrir nada serio en su ciencia. La física clásica creía que no quedaban problemas serios y que toda la estructura del mundo parecía una máquina perfectamente depurada y predecible. El problema, como de costumbre, ocurrió por una tontería: una de las pequeñas "nubes" que aún permanecían en el cielo claro y comprensible de la ciencia. Es decir, al calcular la energía de radiación de un cuerpo absolutamente negro (un cuerpo hipotético que a cualquier temperatura absorbe completamente la radiación que incide sobre él, independientemente de la longitud de onda - NS).

Los cálculos mostraron que la energía de radiación total de cualquier cuerpo absolutamente negro debe ser infinitamente grande. Para alejarse de un absurdo tan obvio, el científico alemán Max Planck sugirió en 1900 que la luz visible, los rayos X y otras ondas electromagnéticas solo pueden ser emitidas por algunas porciones discretas de energía, a las que llamó cuantos. Con su ayuda, fue posible resolver un problema particular de un cuerpo absolutamente negro. Sin embargo, las implicaciones de la hipótesis cuántica para el determinismo aún no se han comprendido. Hasta que otro científico alemán, Werner Heisenberg, formuló el famoso principio de incertidumbre en 1926.

Su esencia se reduce al hecho de que, contrariamente a todas las afirmaciones prevalecientes antes, la naturaleza limita nuestra capacidad para predecir el futuro sobre la base de leyes físicas. Estamos hablando, por supuesto, del futuro y el presente de las partículas subatómicas. Resultó que se comportan de manera completamente diferente a como lo hacen las cosas en el macrocosmos que nos rodea. A nivel subatómico, el tejido del espacio se vuelve desigual y caótico. El mundo de las partículas diminutas es tan turbulento e incomprensible que desafía el sentido común. El espacio y el tiempo en él están tan retorcidos y entrelazados que no existen los conceptos habituales de izquierda y derecha, arriba y abajo, e incluso antes y después.

No hay forma de decir con certeza en qué punto del espacio se encuentra esta o aquella partícula en un momento dado, y cuál es el momento de su impulso. Solo existe una cierta probabilidad de encontrar una partícula en una variedad de regiones del espacio-tiempo. Las partículas a nivel subatómico parecen estar "manchadas" en el espacio. Además, el "estado" de las partículas tampoco está definido: en algunos casos se comportan como ondas, en otros exhiben las propiedades de las partículas. Esto es lo que los físicos llaman la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica.

Niveles de la estructura del mundo: 1. Nivel macroscópico - materia 2. Nivel molecular 3. Nivel atómico - protones, neutrones y electrones 4. Nivel subatómico - electrón 5. Nivel subatómico - quarks 6. Nivel de cadena /© Bruno P. Ramos

En la teoría general de la relatividad, como en un estado con leyes opuestas, la situación es fundamentalmente diferente. El espacio parece ser como un trampolín: una tela suave que los objetos de masa pueden doblar y estirar. Crean deformaciones del espacio-tiempo, lo que experimentamos como gravedad. No hace falta decir que la armoniosa, correcta y predecible Teoría General de la Relatividad está en conflicto insoluble con el "excéntrico gamberro" - la mecánica cuántica y, como resultado, el macrocosmos no puede "hacer las paces" con el microcosmos. Aquí es donde entra la teoría de cuerdas.

Teoría del todo

La teoría de cuerdas encarna el sueño de todos los físicos de unir dos relatividad general y mecánica cuántica fundamentalmente contradictorias, un sueño que hasta el final de sus días perseguía al más grande "gitano y vagabundo" Albert Einstein.

Muchos científicos creen que todo, desde la exquisita danza de las galaxias hasta la loca danza de las partículas subatómicas, puede explicarse en última instancia mediante un solo principio físico fundamental. Tal vez, incluso una sola ley que une todos los tipos de energía, partículas e interacciones en una fórmula elegante.

La relatividad general describe una de las fuerzas más famosas del Universo: la gravedad. La mecánica cuántica describe otras tres fuerzas: la fuerza nuclear fuerte, que une protones y neutrones en átomos, electromagnetismo y la fuerza débil, que participa en la desintegración radiactiva. Cualquier evento en el universo, desde la ionización de un átomo hasta el nacimiento de una estrella, se describe por las interacciones de la materia a través de estas cuatro fuerzas.

Utilizando las matemáticas más complejas, fue posible demostrar que las interacciones electromagnéticas y débiles tienen una naturaleza común, combinándolas en un solo electrodébil. Posteriormente, se les agregó una fuerte interacción nuclear, pero la gravedad no los une de ninguna manera. La teoría de cuerdas es uno de los candidatos más serios para combinar las cuatro fuerzas y, por lo tanto, abarcar todos los fenómenos del Universo; no es sin razón que también se la llama la "Teoría del Todo".

Al principio había un mito

Hasta ahora, no todos los físicos están entusiasmados con la teoría de cuerdas. Y al amanecer de su aparición, parecía estar infinitamente lejos de la realidad. Su mismo nacimiento es una leyenda.

A finales de la década de 1960, un joven físico teórico italiano Gabriele Veneziano buscaba ecuaciones que pudieran explicar las interacciones nucleares fuertes: un "pegamento" extremadamente poderoso que mantiene unidos los núcleos de los átomos, uniendo protones y neutrones. Según la leyenda, de alguna manera se topó con un libro polvoriento sobre la historia de las matemáticas, en el que encontró una función hace doscientos años, escrito por primera vez por el matemático suizo Leonard Euler. Imagínense la sorpresa de Veneziano cuando descubrió que la función de Euler, que durante mucho tiempo se consideró nada más que una curiosidad matemática, describe esta fuerte interacción.

¿Cómo fue realmente? La fórmula fue probablemente el resultado de muchos años de trabajo de Veneziano, y el azar solo ayudó a dar el primer paso hacia el descubrimiento de la teoría de cuerdas. La función de Euler, que explica milagrosamente la fuerte interacción, tomó una nueva vida.

Al final, llamó la atención del joven físico teórico estadounidense Leonard Susskind, quien vio que, en primer lugar, la fórmula describía partículas que no tenían estructura interna y podían vibrar. Estas partículas se comportaron de tal manera que no podrían ser solo partículas puntuales. Susskind se dio cuenta de que la fórmula describe un hilo que es como una banda elástica. No solo podía estirarse y encogerse, sino también vacilar, retorcerse. Después de describir su descubrimiento, Susskind presentó la revolucionaria idea de las cuerdas.

Desafortunadamente, la abrumadora mayoría de sus colegas acogió la teoría con bastante frialdad.

Modelo estandar

En ese momento, la ciencia dominante representaba las partículas como puntos, no como cadenas. Durante años, los físicos han estudiado el comportamiento de las partículas subatómicas, chocando con ellas a altas velocidades y estudiando las consecuencias de estas colisiones. Resultó que el universo es mucho más rico de lo que uno podría imaginar. Fue una verdadera "explosión demográfica" de partículas elementales. Estudiantes graduados de las universidades de física corrían por los pasillos gritando que habían descubierto una nueva partícula; ni siquiera había suficientes letras para designarlos. Pero, por desgracia, en el "hospital de maternidad" de nuevas partículas, los científicos no han podido encontrar la respuesta a la pregunta: ¿por qué hay tantas y de dónde vienen?

Esto llevó a los físicos a hacer una predicción inusual y sorprendente: se dieron cuenta de que las fuerzas que actúan en la naturaleza también se pueden explicar mediante partículas. Es decir, hay partículas de materia y hay partículas que llevan interacciones. Tal, por ejemplo, es un fotón, una partícula de luz. Cuantas más de estas partículas portadoras, los mismos fotones que intercambian las partículas importantes, más brillante es la luz. Los científicos predijeron que este intercambio particular de partículas portadoras no es más que lo que percibimos como fuerza. Esto ha sido confirmado por experimentos. Así es como los físicos lograron acercarse al sueño de Einstein de unir fuerzas.

Interacciones entre diferentes partículas en el modelo estándar /

Los científicos creen que si avanzamos rápidamente al momento inmediatamente posterior al Big Bang, cuando el universo estaba billones de grados más caliente, las partículas portadoras del electromagnetismo y la interacción débil se volverán indistinguibles y se combinarán en una sola fuerza llamada electrodébil. Y si retrocedemos aún más en el tiempo, entonces la interacción electrodébil se combinaría con la fuerte en una “superpotencia” total.

Si bien todo esto aún está a la espera de ser probado, la mecánica cuántica ha explicado repentinamente cómo interactúan tres de las cuatro fuerzas a nivel subatómico. Y ella explicó hermosa y consistentemente. Esta clara imagen de interacciones finalmente se conoció como el Modelo Estándar. Pero, por desgracia, esta teoría perfecta tenía un gran problema: no incluía la fuerza a nivel macro más famosa: la gravedad.

Graviton

Para la teoría de cuerdas, que no tuvo tiempo de "florecer", llegó el "otoño", contenía demasiados problemas desde el mismo nacimiento. Por ejemplo, los cálculos de la teoría predijeron la existencia de partículas que, como se estableció rápidamente, no existían. Este es el llamado taquión, una partícula que se mueve en el vacío más rápido que la luz. Entre otras cosas, resultó que la teoría requiere hasta 10 mediciones. Como era de esperar, esto fue muy confuso para los físicos, porque obviamente es más de lo que vemos.

En 1973, solo unos pocos físicos jóvenes todavía luchaban con los cálculos crípticos de la teoría de cuerdas. Uno de ellos fue el físico teórico estadounidense John Schwartz. Durante cuatro años, Schwartz intentó domar las ecuaciones traviesas, pero fue en vano. Entre otros problemas, una de estas ecuaciones persistió en describir una partícula misteriosa que no tenía masa y no se observaba en la naturaleza.

El científico ya había decidido abandonar su mal trabajo, y entonces se le ocurrió: ¿tal vez las ecuaciones de la teoría de cuerdas describen, entre otras cosas, la gravedad? Sin embargo, esto implicó una revisión del tamaño de los principales "héroes" de la teoría: las cuerdas. Suponiendo que las cuerdas son miles de millones y miles de millones de veces más pequeñas que un átomo, los hombres de las cuerdas convirtieron el defecto de la teoría en su mérito. La misteriosa partícula de la que John Schwartz intentaba deshacerse con tanta insistencia, ahora actuaba como un gravitón, una partícula que se ha buscado durante mucho tiempo y que permitiría transferir la gravedad al nivel cuántico. Así es como la teoría de cuerdas complementó el rompecabezas con la gravedad que no se encuentra en el Modelo Estándar. Pero, por desgracia, la comunidad científica ni siquiera reaccionó ante este descubrimiento. La teoría de cuerdas permaneció al borde de la supervivencia. Pero esto no detuvo a Schwartz. Solo un científico dispuesto a arriesgar su carrera por cadenas misteriosas quería unirse a su búsqueda: Michael Green.

Muñecas de anidación subatómicas

A pesar de todo, a principios de la década de 1980, la teoría de cuerdas todavía tenía contradicciones insolubles, llamadas anomalías en la ciencia. Schwartz y Green se pusieron a trabajar para eliminarlos. Y sus esfuerzos no fueron en vano: los científicos pudieron eliminar algunas de las contradicciones de la teoría. Imagínense el asombro de estos dos, ya acostumbrados a que su teoría fuera ignorada, cuando la reacción de la comunidad científica hizo estallar el mundo científico. En menos de un año, el número de teóricos de cuerdas aumentó a cientos. Fue entonces cuando la teoría de cuerdas recibió el título de Teoría del Todo. La nueva teoría parecía poder describir todos los componentes del universo. Y estos son los componentes.

Cada átomo, como saben, consta de partículas aún más pequeñas: electrones, que giran alrededor del núcleo, que consta de protones y neutrones. Los protones y neutrones, a su vez, están compuestos de partículas aún más pequeñas: los quarks. Pero la teoría de cuerdas dice que los quarks no terminan ahí. Los quarks están formados por pequeñas hebras de energía retorcidas que se asemejan a cuerdas. Cada una de estas cadenas es increíblemente pequeña.

Lo suficientemente pequeño como para que si el átomo se agrandara al tamaño del sistema solar, la cuerda sería del tamaño de un árbol. Así como las diferentes vibraciones de una cuerda de violonchelo crean lo que escuchamos, como diferentes notas musicales, los diferentes modos (modos) de vibración de la cuerda dan a las partículas sus propiedades únicas: masa, carga, etc. ¿Sabes en qué se diferencian, en términos relativos, los protones de la punta de la uña del gravitón aún sin abrir? Solo el conjunto de pequeñas cuerdas que las componen y la forma en que vibran esas cuerdas.

Por supuesto, todo esto es más que asombroso. Desde los días de la Antigua Grecia, los físicos se han acostumbrado al hecho de que todo en este mundo consiste en algo como bolas, partículas diminutas. Y ahora, al no tener tiempo de acostumbrarse al comportamiento ilógico de estas bolas, surgidas de la mecánica cuántica, se les invita a abandonar por completo el paradigma y operar con unos trozos de espagueti ...

Quinta dimensión

Aunque muchos científicos llaman a la teoría de cuerdas un triunfo de las matemáticas, todavía tiene algunos problemas: en primer lugar, la falta de oportunidades para probarla experimentalmente en un futuro próximo. Ningún instrumento en el mundo, ni existente ni capaz de aparecer en perspectiva, es capaz de "ver" las cuerdas. Por lo tanto, algunos científicos, por cierto, incluso se preguntan: ¿es la teoría de cuerdas una teoría de la física o una filosofía? ... Es cierto que no es en absoluto necesario ver las cuerdas "con sus propios ojos". Más bien, la prueba de la teoría de cuerdas requiere algo más, lo que suena a ciencia ficción, la confirmación de la existencia de dimensiones adicionales del espacio.

¿De qué se trata? Todos estamos acostumbrados a tres dimensiones de espacio y una sola vez. Pero la teoría de cuerdas también predice otras dimensiones extra. Pero comencemos en orden.

De hecho, la idea de la existencia de otras dimensiones se originó hace casi cien años. Se le ocurrió al entonces desconocido matemático alemán Theodor Kaluza en 1919. Sugirió la posibilidad de la presencia de otra dimensión en nuestro Universo, que no vemos. Albert Einstein se enteró de esta idea y al principio le gustó mucho. Más tarde, sin embargo, dudó de su exactitud y retrasó la publicación de Kaluza durante dos años enteros. Al final, sin embargo, el artículo aún se publicó y la dimensión adicional se convirtió en una especie de pasatiempo del genio de la física.

Como saben, Einstein demostró que la gravedad no es más que una deformación de las dimensiones del espacio-tiempo. Kaluza teorizó que el electromagnetismo también podría ser ondas. ¿Por qué no lo vemos? Kaluza encontró la respuesta a esta pregunta: las ondas del electromagnetismo pueden existir en una dimensión oculta adicional. ¿Pero donde esta?

La respuesta a esta pregunta la dio el físico sueco Oskar Klein, quien sugirió que la quinta dimensión de Kaluza está curvada miles de millones de veces más fuerte que las dimensiones de un átomo, por lo que no podemos verla. La idea de la existencia de esta pequeña dimensión que nos rodea está en el corazón de la teoría de cuerdas.

Una de las formas sugeridas de dimensiones de remolino adicionales. Dentro de cada una de estas formas, una cuerda vibra y se mueve, el componente principal del Universo. Cada forma es de seis dimensiones, de acuerdo con el número de seis dimensiones adicionales /

Diez dimensiones

Pero, de hecho, las ecuaciones de la teoría de cuerdas no requieren ni siquiera una, sino seis dimensiones adicionales (en total, con las cuatro que conocemos, hay exactamente 10 de ellas). Todos ellos tienen una forma compleja muy curvada y curvada. Y todos son inimaginablemente pequeños.

¿Cómo pueden estas pequeñas dimensiones influir en nuestro gran mundo? Según la teoría de cuerdas, el factor decisivo es que la forma lo determina todo. Cuando presionas diferentes teclas en un saxofón, obtienes diferentes sonidos. Esto se debe a que cuando presiona una u otra tecla o una combinación de ellas, cambia la forma del espacio en un instrumento musical por donde circula el aire. Gracias a esto nacen diferentes sonidos.

La teoría de cuerdas cree que las dimensiones extracurvadas y retorcidas del espacio aparecen de manera similar. Las formas de estas dimensiones adicionales son complejas y variadas, y cada una hace que la cuerda dentro de tales dimensiones vibre de diferentes maneras precisamente debido a sus formas. Después de todo, si asumimos, por ejemplo, que una cuerda vibra dentro de una jarra y la otra dentro de un cuerno de poste curvo, estas serán vibraciones completamente diferentes. Sin embargo, si hay que creer en la teoría de cuerdas, las formas extradimensionales son en realidad mucho más complejas que una jarra.

Como funciona el mundo

La ciencia actual conoce un conjunto de números que son constantes fundamentales del universo. Ellos determinan las propiedades y características de todo lo que nos rodea. Entre tales constantes, por ejemplo, la carga de un electrón, la constante gravitacional, la velocidad de la luz en el vacío ... Y si cambiamos estos números aunque sea un pequeño número de veces, las consecuencias serán catastróficas. Supongamos que hemos aumentado la fuerza de la fuerza electromagnética. ¿Qué sucedió? De repente, podemos encontrar que los iones se han repelido más entre sí, y la fusión termonuclear, que hace que las estrellas brillen e irradien calor, de repente no funcione correctamente. Todas las estrellas se apagarán.

Pero, ¿qué tiene que ver la teoría de cuerdas con sus dimensiones adicionales? El hecho es que, según ella, son las dimensiones adicionales las que determinan el valor exacto de las constantes fundamentales. Algunas formas de medición hacen que una cuerda vibre de una manera específica y genere lo que vemos como un fotón. En otras formas, las cuerdas vibran de manera diferente y generan un electrón. En verdad, Dios está escondido en las "pequeñas cosas", son estas pequeñas formas las que determinan todas las constantes fundamentales de este mundo.

Teoría de supercuerdas

A mediados de la década de 1980, la teoría de cuerdas adquirió una apariencia majestuosa y esbelta, pero reinaba la confusión dentro de este monumento. En tan solo unos años, han surgido hasta cinco versiones de la teoría de cuerdas. Y aunque cada uno de ellos se basa en cuerdas y dimensiones adicionales (las cinco versiones se combinan en una teoría general de supercuerdas, NS), los detalles de estas versiones divergieron significativamente.

Entonces, en algunas versiones, las cuerdas tenían extremos abiertos, en otras se parecían a anillos. Y en algunas versiones, la teoría incluso requirió no 10, sino hasta 26 mediciones. La paradoja es que hoy en día las cinco versiones pueden considerarse igualmente verdaderas. Pero, ¿cuál describe realmente nuestro universo? Este es otro misterio de la teoría de cuerdas. Es por eso que muchos físicos volvieron a desistir de la teoría "loca".

Pero el principal problema con las cuerdas, como ya se mencionó, es la imposibilidad (al menos por ahora) de probar su existencia experimentalmente.

Sin embargo, algunos científicos todavía dicen que en la próxima generación de aceleradores hay una oportunidad mínima, pero aún así, de probar la hipótesis de las dimensiones adicionales. Aunque la mayoría, por supuesto, está segura de que si esto es posible, entonces, lamentablemente, no debería suceder muy pronto, al menos en décadas, como mucho, ni siquiera en cien años.