Los elementos básicos de la teoría de cuerdas

Cinco ideas claves están en el corazón de la teoría de cuerdas. Familiarizarse con estos elementos clave de la teoría de cuerdas la derecha del palo. Siga leyendo para conocer los conceptos básicos de estas cinco ideas de la teoría de cuerdas en las siguientes secciones.

Cuerdas y membranas

Cuando la teoría se desarrolló originalmente en la década de 1970, se consideraron los filamentos de energía en la teoría de cuerdas a ser 1-dimensionales objetos: cadenas. (Unidimensional indica que una cadena tiene una sola dimensión, la longitud, en lugar de decir que un cuadrado, que tiene dimensiones de longitud y altura).

Estas cadenas se produjo en dos formas - cerrado cuerdas y cuerdas al aire. Una cuerda al aire tiene extremos que no se tocan entre sí, mientras que una cuerda cerrada es un bucle sin final abierto. Finalmente se encontró que estas primeras cadenas, denominadas cadenas Tipo I, podrían pasar por cinco tipos básicos de interacciones, como se muestra esta figura.

Las interacciones se basan en la capacidad de una cadena para tener extremos se unen y se separaron. Debido a que los extremos de las cuerdas al aire pueden unirse entre sí para formar cuerdas cerradas, no se puede construir una teoría de las cuerdas sin cuerdas cerradas.

Esto resultó ser importante, porque las cuerdas cerradas tienen propiedades que hacen los físicos creen que podrían describir la gravedad. En lugar de simplemente ser una teoría de partículas de materia, los físicos empezaron a darse cuenta de que la teoría de cuerdas sólo puede ser capaz de explicar la gravedad y el comportamiento de las partículas.

Con los años, se descubrió que la teoría requerida objetos que no sean meras cadenas. Estos objetos pueden ser vistos como hojas, o branas. Las cadenas pueden colocar en uno o ambos extremos de estas membranas. A brana 2-dimensional (llamada 2-brana) se muestra en esta figura.

La gravedad cuántica

La física moderna tiene dos leyes científicas básicas: la física cuántica y la relatividad general. Estas dos leyes científicas representan radicalmente diferentes campos de estudio. Física cuántica estudia los objetos muy pequeños en la naturaleza, mientras relatividad tiende a estudiar la naturaleza de la escala de los planetas, las galaxias y el universo en su conjunto. (Obviamente, la gravedad afecta partículas pequeñas también, y representa la relatividad para esto también.) Teorías que tratan de unificar las dos teorías son las teorías de la la gravedad cuántica, y la más prometedora de todas estas teorías hoy en día es la teoría de cuerdas.

Unificación de las fuerzas

Mano a mano con la cuestión de la gravedad cuántica, la teoría de cuerdas trata de unificar las cuatro fuerzas en el universo - la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la gravedad - juntas en una teoría unificada. En nuestro universo, estas fuerzas fundamentales aparecen como cuatro fenómenos diferentes, pero los teóricos de cuerdas creen que en el universo temprano (cuando no eran increíblemente altos niveles de energía) estas fuerzas están descritos por cadenas que interactúan entre sí.

La supersimetría

Todas las partículas en el universo se pueden dividir en dos tipos: bosones y fermiones. La teoría de cuerdas predice que un tipo de conexión, llama supersimetría, existe entre estos dos tipos de partículas. Bajo la supersimetría, un fermión debe existir para cada Higgs y viceversa. Por desgracia, los experimentos aún no se han detectado estas partículas adicionales.

Supersymmetry es una relación matemática específica entre ciertos elementos de ecuaciones de la física. Fue descubierto fuera de la teoría de cuerdas, a pesar de su incorporación en la teoría de cuerdas transformó la teoría a la teoría de cuerdas supersimétrica (o teoría de supercuerdas) a mediados de la década de 1970.

La supersimetría simplifica enormemente las ecuaciones de la teoría de cuerdas, al permitir ciertos términos que se cancelan. Sin supersimetría, las ecuaciones resultan en inconsistencias físicas, tales como valores infinitos y niveles de energía imaginarios.

Dado que los científicos no han observado las partículas predichas por la supersimetría, esto sigue siendo un supuesto teórico. Muchos físicos creen que la razón que nadie ha observado que las partículas se debe a que se necesita mucha energía para generarlos. (La energía se relaciona con la masa por Einstein de famosos mi = mc2 ecuación, por lo que se necesita energía para crear una partícula.) Es posible que hayan existido en el universo temprano, pero a medida que el universo se enfrió y la energía hacia fuera después del big bang, estas partículas se habría derrumbado en los estados de menor energía que observar hoy en día. (Es posible que no pensamos en nuestro universo actual como particularmente baja energía, pero en comparación con el intenso calor de los primeros momentos después del Big Bang, sin duda lo es.)

Los científicos esperan que las observaciones astronómicas o experimentos con aceleradores de partículas descubrirán algunas de estas partículas supersimétricas de mayor energía, proporcionando soporte para esta predicción de la teoría de cuerdas.

dimensiones extra

Otro resultado matemático de la teoría de cuerdas es que la teoría sólo tiene sentido en un mundo con más de tres dimensiones espaciales! (Nuestro universo tiene tres dimensiones del espacio - izquierda / derecha, arriba / abajo y delante / detrás.) Existen dos explicaciones posibles actualmente para la ubicación de las dimensiones extra:

• Las dimensiones espaciales adicionales (generalmente seis de ellos) están curvadas hacia arriba (compactificada, en cadena de la terminología de la teoría) de tamaños increíblemente pequeños, por lo que nunca los percibimos.

• Estamos atrapados en una brana de 3 dimensiones, y las dimensiones extra extender fuera de ella y son inaccesibles para nosotros.

Un área importante de la investigación entre los teóricos de cuerdas está en modelos matemáticos de cómo estas dimensiones adicionales podrían estar relacionados con la nuestra. Algunos de estos resultados recientes han pronosticado que los científicos pronto puede ser capaz de detectar estas dimensiones extra (si es que existen) en próximos experimentos, ya que pueden ser más grandes de lo esperado.