En términos no técnicos, la teoría M presenta una idea sobre la sustancia básica del universo . A partir de 2020, la ciencia no ha producido evidencia experimental que respalde el concepto de que la teoría M es una descripción del mundo real. Aunque no se conoce una formulación matemática completa de la teoría M, el enfoque general es el principal candidato a una " Teoría del Todo " universal que unifica la gravedad con otras fuerzas como el electromagnetismo . La teoría M apunta a unificar la mecánica cuántica con la fuerza gravitacional de la relatividad general de una manera matemáticamente consistente. En comparación, otras teorías como la gravedad cuántica de bucles son consideradas porLos físicos e investigadores / estudiantes deben ser menos elegantes, porque postulan que la gravedad es completamente diferente de fuerzas como la fuerza electromagnética. [1] [2] [3]
Fondo
En los primeros años del siglo XX, se demostró que el átomo , que durante mucho tiempo se creía que era el bloque de construcción más pequeño de la materia , estaba formado por componentes aún más pequeños llamados protones , neutrones y electrones , que se conocen como partículas subatómicas . Otras partículas subatómicas comenzaron a descubrirse en la década de 1960. En la década de 1970, se descubrió que los protones y neutrones (y otros hadrones ) están formados por partículas más pequeñas llamadas quarks . El modelo estándar es el conjunto de reglas que describe las interacciones de estas partículas.
En la década de 1980 , surgió un nuevo modelo matemático de física teórica , llamado teoría de cuerdas . Mostró cómo todas las diferentes partículas subatómicas conocidas por la ciencia podrían construirse mediante hipotéticas "cadenas" unidimensionales, bloques de construcción infinitesimales que tienen solo la dimensión de longitud, pero no de altura ni de ancho.
Sin embargo, para que la teoría de cuerdas sea matemáticamente consistente, las cuerdas deben estar en un universo de diez dimensiones . Esto contradice la experiencia de que nuestro universo real tiene cuatro dimensiones: tres dimensiones espaciales (alto, ancho y largo) y una dimensión temporal. Para "salvar" su teoría, los teóricos de cuerdas agregaron la explicación de que las seis dimensiones adicionales existen pero no pueden detectarse directamente; esto se explica por sofisticados objetos matemáticos llamados variedades Calabi-Yau . El número de dimensiones se incrementó posteriormente a 11 basándose en varias interpretaciones de la teoría de las 10 dimensiones que condujeron a cinco teorías parciales, como se describe a continuación. La teoría de la supergravedad también jugó un papel importante en el establecimiento de la necesidad de la undécima dimensión.
Estas "cuerdas" vibran en múltiples dimensiones y, dependiendo de cómo vibren, podrían verse en el espacio tridimensional como materia, luz o gravedad. Es la vibración de la cuerda la que determina si parece ser materia o energía, y toda forma de materia o energía es el resultado de la vibración de las cuerdas.
La teoría de cuerdas, como se describió anteriormente, se topó con un problema: se descubrió otra versión de las ecuaciones, luego otra y luego otra. Finalmente, se desarrollaron cinco teorías principales de cuerdas. Las principales diferencias entre las teorías fueron principalmente el número de dimensiones en las que se desarrollaron las cuerdas y sus características (algunas eran lazos abiertos, otras eran lazos cerrados, etc.). Además, todas estas teorías parecían viables. Los científicos no se sentían cómodos con cinco conjuntos de ecuaciones aparentemente contradictorias para describir lo mismo.
Hablando en la conferencia de teoría de cuerdas en la Universidad del Sur de California en 1995, Edward Witten del Instituto de Estudios Avanzados sugirió que las cinco versiones diferentes de la teoría de cuerdas podrían estar describiendo lo mismo visto desde diferentes perspectivas. [4] Propuso una teoría unificadora llamada "teoría M ", en la que la "M" no se define específicamente, pero generalmente se entiende que significa "membrana". También se han reivindicado las palabras "matriz", "maestro", "madre", "monstruo", "misterio" y "magia". La teoría M reunió todas las teorías de cuerdas. Lo hizo afirmando que las cuerdas son en realidad cortes unidimensionales de una membrana bidimensional que vibra en un espacio - tiempo de 11 dimensiones . Las vibraciones de objetos de dimensiones superiores (como en una burbuja o esfera vibrante tridimensional o incluso en dimensiones más posibles) son ciertamente parte de la teoría M, [5] pero la teoría básica de las branas aún está en progreso. Los objetos de dimensiones superiores son mucho más difíciles de calcular matemáticamente que un punto en la física clásica o una cadena de una dimensión en la teoría de cuerdas o membranas bidimensionales en la teoría M.
Estado
La teoría M no está completa, pero las matemáticas del enfoque se han explorado con gran detalle. Sin embargo, hasta ahora no existe ningún apoyo experimental para la teoría M. [1] Algunos físicos son escépticos de que este enfoque lleve alguna vez a una teoría física que describa nuestro mundo real, debido a cuestiones fundamentales. [6]
Sin embargo, algunos cosmólogos se sienten atraídos por la teoría M debido a su elegancia matemática y relativa simplicidad, lo que genera la esperanza de que la simplicidad sea una razón por la que puede describir nuestro mundo.
Una característica de la teoría M que ha atraído gran interés es que predice naturalmente la existencia del gravitón , una partícula de espín-2 que, según la hipótesis, mediaría la fuerza gravitacional. Además, la teoría M predice naturalmente un fenómeno que se asemeja a la evaporación de un agujero negro . Las teorías de unificación en competencia como la gravedad asintóticamente segura , la teoría E8 , la geometría no conmutativa y los sistemas de fermiones causales no han demostrado ningún nivel de consistencia matemática. Otro enfoque de la gravedad cuántica es la gravedad cuántica de bucles , una teoría no unificadora; Muchos físicos consideran que la gravedad cuántica de bucles es menos elegante que la teoría M porque postula que la gravedad es completamente diferente de las otras fuerzas fundamentales. [1] [2]
Ver también
- Historia de la teoría de cuerdas
Referencias
- ↑ a b c Wolchover, Natalie (diciembre de 2017). "La mejor explicación de todo en el universo" . El Atlántico . Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2020 . Consultado el 7 de febrero de 2018 .
- ^ a b "Físicos y filósofos debaten los límites de la ciencia | Revista Quanta" . Revista Quanta . 16 de diciembre de 2015. Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2020 . Consultado el 7 de febrero de 2018 .
- ^ Devlin, Hannah (5 de julio de 2017). "¿Atar cabos sueltos? Las ondas gravitacionales podrían resolver la teoría de cuerdas, afirmaciones del estudio" . The Guardian . Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2020 . Consultado el 7 de febrero de 2018 .
- ^ "Universidad del Sur de California, Los Ángeles, perspectivas futuras en la teoría de cuerdas, 13-18 de marzo de 1995, E. Witten: algunos problemas de acoplamiento fuerte y débil" . Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2020 . Consultado el 8 de abril de 2017 .
- ^ "Gravedad cuántica: ¿la teoría de cuerdas / M aborda los modos de vibración de la membrana de dimensiones superiores?" . Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2020 . Consultado el 5 de agosto de 2017 .
- ^ Lee Smolin , abril de 2007: Respuesta a la revisión de The Trouble with Physics por Joe Polchinski .
Otras lecturas
- Greene, B. (1999). El universo elegante: supercuerdas, dimensiones ocultas y la búsqueda de la teoría definitiva . WW Norton . ISBN 978-0-375-70811-4.
- Greene, B. (2004). El tejido del cosmos: espacio, tiempo y textura de la realidad . Alfred A. Knopf . Bibcode : 2004fcst.book ..... G . ISBN 978-0-375-41288-2.
- Miemic, A .; Schnakenburg, I. (2006). "Fundamentos de la teoría M". Fortschritte der Physik . 54 (1): 5–72. arXiv : hep-th / 0509137 . Código bibliográfico : 2006ForPh..54 .... 5M . doi : 10.1002 / prop.200510256 . S2CID 98007313 .
- Musser, G. (2008). La guía completa para idiotas de la teoría de cuerdas . Libros Alfa . ISBN 978-1-59257-702-6.
- Smolin, L. (2006). El problema de la física . Houghton Mifflin . ISBN 978-0-618-55105-7.
- Woit, P. (2006). Ni siquiera está mal: el fracaso de la teoría de cuerdas y el desafío continuo para unificar las leyes de la física . Libros básicos . ISBN 978-0-465-09275-8.
enlaces externos
- The Elegant Universe - Una miniserie de tres horas con Brian Greene por NOVA (Fechas de transmisión originales de PBS: 28 de octubre y 4 de noviembre de 2003). Varias imágenes, textos, videos y animaciones que explican la teoría de cuerdas y la teoría M.
- Superstringtheory.com - El "sitio web oficial de la teoría de cuerdas", creado por Patricia Schwarz. Excelentes referencias sobre teoría de cuerdas y teoría M para legos y expertos.