Física Cuántica III. La Teoría-M. Teoría de Cuerdas. Supercuerdas. Ed Witten

Dada la complejidad de la entrada, se apuntan una serie de párrafos escogidos de diversas fuentes y vídeos. En los enlaces relacionados de abajo se puede ahondar todo lo que uno quiera, pues están todas las referencias.
 

La teoría de supercuerdas nos da una formulación convincente de la teoría del Universo, sin embargo, el problema fundamental radica en que una comprobación de dicha teoría, está más allá de nuestras posibilidades actuales. De hecho, la misma teoría predice que la unificación de todas las fuerzas ocurre a la energía de Planck, o 10 elevado a 19 miles de millones electronvoltios, que es alrededor de mil billones de veces mayor que las energías actualmente disponibles en nuestros aceleradores de particulas (LHC), que se denota por la ecuación:

 
 

Acostumbrados a vivir en un mundo de tres dimensiones que podemos ver, el hecho de que existan más dimensiones espaciales nos desorienta por la incapacidad biológica que tenemos para percibir estas dimensiones adicionales.

Teoría-M – Edward Witten

En física, la Teoría M (de magía, misterio o a veces Teoría “U”) es la proposición de una “Teoría universal” que unifique las cinco teorías de las Supercuerdas. Basada en los trabajos de varios científicos teóricos (incluidos: Chris HullPaul TownsendAshoke SenMichael Duff y John H. Schwarz), Edward Witten, del “Institute for Advanced Study”, sugirió la existencia de las Supercuerdas en una conferencia en la USC en 1995, usando a la Teoría-M para explicar un número de dualidades previamente observadas, dando el chispazo para una nueva investigación de la teoría de las cuerdas llamada segunda revolución de supercuerdas.

En esta teoría se identifican 11 dimensiones, donde la supergravedad interactúa entre membranas de 2 a 5 dimensiones. Esto evidenciaría la existencia de infinitos Universos paralelos, algunos de los cuales serían como el nuestro con mayores o menores diferencias, y otros que serían impensables con 4 ó 5 dimensiones. Esto explicaría la debilidad de la gravedad, pues la partícula del gravitón sería la única que podría pasar por todas las membranas, perdiendo su fuerza.

Todas las versiones de las diversas Teorías de cuerdas han sido unificadas en una, la Teoría M de E.Witte.

A comienzos de los años 1990, se demostró que las varias teorías de las Supercuerdas estaban relacionadas por dualidades, que permitían a los físicos relacionar la descripción de un objeto en una teoría de Supercuerda para eventualmente describir un objeto diferente de otra teoría. Estas relaciones implican que cada una de las teorías de Supercuerdas es un diferente aspecto de una sola teoría, propuesta por Witten, y llamada “Teoría-M”.

La Teoría-M no está completa; sin embargo, puede aplicarse a muchas situaciones.


Teoría M 1/5

Teoría M 2/5

Teoría M 3/5

Teoría M 4/5 y 5/5

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La Teoría de cuerdas

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad “estados vibracionales” de un objeto extendido más básico llamado “cuerda” o “filamento”.

De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un “punto” sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel “microscópico” se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.

Albert Einstein, después de formular la teorí­a de la relatividad, dedicó el resto su vida a desarrollar una Teorí­a unificada de campos, a buscar una serie de ecuaciones que unieran dos fuerzas aparentemente no relacionadas: la gravedad y el electromagnetismo.

Hoy en dí­a, los fenómenos ocurridos en la naturaleza son debidos a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción fuerte (mantiene unido el núcleo atómico) y débil (relacionada con la radiación) (son fuerzas nucleares).

Estas fuerzas pueden explicarse mediante la mecánica cuántica, es decir, a través del estudio de partí­culas muy pequeñas, atómicas y subatómicas. El concepto de partí­cula “muy pequeña” atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud arbitraria y simultáneamente la posición y el momento de una partí­cula. Todas excepto la fuerza gravitacional.

Este modelo está formado por estas cuatro fuerzas y las partí­culas que forman el mundo, que son doce: Seis de ellos son quarks (arriba, abajo, encanto, extraño, fondo y cima). Un protón, por ejemplo, está formado por dos quarks arriba y uno abajo. Los otros seis son leptones (electrón, muón, tauón y tres neutrinos. Cada una de estas fuerzas es producida por partí­culas fundamentales que actúan como portadoras de la fuerza. Un ejemplo gráfico es el fotón, una partí­cula de luz, que es la mediadora de las fuerzas electromagnéticas. Esto quiere decir que, por ejemplo, cuando un imán atrae a un clavo, es porque ambos objetos están intercambiando fotones. El gravitón es la partí­cula asociada con la gravedad. La interacción fuerte es producida por ocho partí­culas conocidas como gluones. Y la interacción débil es transmitida por tres partí­culas, los bosones W+, W- , y Z. *

La dificultad está en desarrollar una teorí­a cuántica de la gravedad. Todo es debido a que se considera a las partí­culas como puntuales y unidimensionales. Sin embargo, la TC considera a dichas partí­culas como cuerdas, lo que permite finalmente definir a la gravedad de forma cuántica.

Una cuerda cerrada (izquierda), y una abierta (derecha)

El término teorí­a de cuerda se refiere en realidad a las teorí­as de cuerdas bosónicas de 26 dimensiones y la teorí­a de supercuerdas de 10 dimensiones, esta última descubierta al añadir supersimetrí­a a la teorí­a de cuerdas bosónica.

La teorí­a de supercuerdas está fundamentada en 11 dimensiones (tiempo, las 3 del espacio, 6 adicionales resabiadas o “compactadas” y una que las va englobando formando “membranas” de las cuales se podrí­a escapar parte de la gravedad de ellas en forma de “gravitones”). Es una teorí­a supersimétrica, no ha contradicho ninguna de
las teorí­as fí­sicas existentes, y mejor aún, tiene en su interior a las cuatro fuerzas fundamentales, lo que significa tener una teorí­a unificada. Sin embargo, no ha hecho una predicción concreta, debido a que tiene un número muy grande de soluciones y todaví­a no se entiende en gran detalle la dinámica de la misma.

Pero el desencanto es grande entre la comunidad cientí­fica por sus varias dificultades e incongruencias, y la mayorí­a la considera solamente una curiosidad matemática.

Sin embargo, estos dí­as se comenta como primera “posible evidencia” de la teorí­a de cuerdas un experimento realizado por la Northeastern University y la Universidad de California a través del detector de neutrinos del Polo Sur, llamado Amanda, que podrí­a evidenciar la existencia de dimensiones “extra”. 

El descubrimiento reciente de dos galaxias parecidas ha conducido a fí­sicos un paso más cerca hacia el encuentro de la última teorí­a de todo. ¿Podrí­an dos galaxias parecidas, separadas apenas un pelo en el cielo nocturno, anunciar una revolución en nuestra comprensión de la fí­sica fundamental?. Algunos fí­sicos creen que las dos galaxias son la misma –su imagen ha sido dividida en dos, mantienen, por una ” cuerda cósmica”.

Si esta interpretación es correcta, entonces CSL-1 –el nombre de la curiosa galaxia doble es la primera evidencia concreta para la “teorí­a de las supercuerdas” (Más sobre este apunte en Phys.org y Astroseti).

Dos cuerdas cerradas convergiendo

Ejemplos de cuerdas cerradas

Interacciones de las cuerdas.

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La Teoría de Supercuerdas

La teoría de supercuerdas es un esquema teórico para explicar todas las partículas y fuerzas fundamentales de la naturaleza en una sola teoría, que modela las partículas y campos físicos como vibraciones de delgadas cuerdas supersimétricas, las cuales se mueven en un espacio-tiempo de más de 4 dimensiones.

Una de las motivaciones esgrimidas por los teóricos de las supercuerdas es que el esquema es una de las mejores teorías candidatas para formular una teoría cuántica de la gravedad. La teoría de las supercuerdas es una taquigrafía de la teoría supersimétrica de cuerdas porque, a diferencia de la teoría de cuerdas bosónica, ésta es la versión de la teoría de cuerdas que, mediante la supersimetría, incorpora a los fermiones.

La teoría de las supercuerdas comprende cinco teorías o formulaciones alternativas de teorías de cuerdas combinadas, en la que se han introducido requerimientos de supersimetría. El nombre de teoría de cuerdas se usa actualmente como sinónimo, ya que todas las teorías de cuerdas ampliamente estudiadas son, de hecho, teorías de supercuerdas.

La idea fundamental es que las partículas en realidad son cuerdas que vibran en resonancia a una frecuencia de la longitud de Planck y en donde el gravitón sería una cuerda de espín 2 y masa nula.

Recientemente se ha podido probar que varias de estas formulaciones son equivalentes y tras todas ellas podría existir una teoría unificada o teoría del todo. Las cinco teorías existentes no serían más que casos límite particulares de esta teoría unificada, denominada provisionalmente como Teoría M. Esta teoría M intenta explicar a la vez todas las partículas subatómicas existentes y unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Define el universo formado por multitud de cuerdas vibrantes, ya que es una versión de la teoría de cuerdas que incorpora fermiones y la supersimetría.

El principal problema de la física actual es poder incorporar la fuerza de la gravedad tal y como la explica la teoría de la relatividad general al resto de las fuerzas físicas ya unificadas. La teoría de las supercuerdas sería un método de unificación de dichas teorías. La teoría está lejos de estar acabada y perfilada, ya que hay muchísimas variables sin definir, por lo que existen varias versiones de la misma.

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La Teoría de Cuerdas explicada por Michio Kaku (subtítulos CC)

y de la interesante entrada de blog “Michio Kaku: Teoría de las cuerdas y la mente de Dios” :

“Como ustedes saben, yo trabajo en algo llamado la teoría de cuerdas, lo cual hace afirmar que estamos leyendo la mente de Dios. Se basa ( la teoría de las cuerdas) en la música o pequeñas cuerdas vibrantes que nos dan así las partículas que vemos en la naturaleza. Las leyes de la química con las que hemos tenido problemas en la escuela secundaria serían las melodías que se pueden ejecutar en estas cuerdas vibrantes. M.Kaku

El Universo sería una sinfonía de estas cuerdas vibrantes y la mente de Dios, sobre la que Einstein escribió ampliamente, sería música cósmica resonando a través de este nirvana … a través de las 11 dimensiones hiper espaciales, que sería la mente de Dios. Los físicos son los únicos científicos que puede decir la palabra “Dios” y no sonrojarse.

El hecho esencial es que se trata de  preguntas cósmicas de  existencia y significado. Thomas Huxley, el gran biólogo del siglo pasado, dijo que la cuestión de todas las preguntas de la ciencia y la religión es determinar nuestro lugar y nuestro verdadero rol en el Universo. Por tanto la ciencia y la religión se tratan de  la misma pregunta.

Sin embargo,  ha habido esencialmente un divorcio en el último siglo, más o menos, entre el la ciencia y el humanismo, y creo que es muy triste que no hablemos ya  el mismo idioma. “

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Documental El Universo Elegante.

“EL UNIVERSO ELEGANTE”: un documental científico sobre la Teoría de las Supercuerdas. Una visión científica del Universo más allá de todo lo imaginable.

1- El universo elegante: El sueño de Einstein (51′)

2- El Universo Elegante – La Teoría de Cuerdas – La Clave está en la Cuerda (51′)

3- El Universo Elegante – La Teoría de Cuerdas – Bienvenidos a la 11ª Dimensión (51′)

4- El Universo Elegante – La Teoria de Cuerdas – Los Agujeros de gusano (48′)

5-
Documental entero 2h 13′.

Brian Green (1963, New York) es un físico estadounidense y uno de los mayores defensores de la teoría de cuerdas y autor del libro “El Universo Elegante” (1999) en el cual habla del desarrollo de la física del siglo XX repasando desde la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica hasta llegar a introducir los últimos desarrollos sobre la teoría de las cuerdas, que constituye el núcleo del libro. Brian Greene es profesor en la Universidad de Columbia desde el año 1996.

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Enlaces relacionados:

http://es.wikipedia.org/wiki/Teoria_M Teoría-M

http://www.sns.ias.edu/~witten/ web Edward Witten

http://es.wikipedia.org/wiki/Ed_Witten wikipedia Edward Witten

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_cuerdas wikipedia Teoría de cuerdas

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_supercuerdas wikipedia Teoría de Supercuerdas

http://es.wikipedia.org/w/index.php?search=teoria+cuerdas&title=Especial%3ABuscar wikipedia relacionados a estas teorías

http://es.wikipedia.org/wiki/Brian_Greene wikipedia Brian Greene

http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/elegant-universe.html página inglés basada en el Universo Elegante (Brian Greene)

http://es.wikipedia.org/wiki/El_universo_elegante wikipedia contenidos del libro “El Universo Elegante”, Brian Greene

http://yosoyubik.wordpress.com/2007/05/11/la-teoria-de-cuerdas-el-universo-elegante-y-los-viajes-en-el-tiempo-parte-2/ blog personal con entrada relacionada

http://es.wikipedia.org/wiki/Michio_Kaku Michio Kaku

http://refugioantiaereo.com/2006/01/teoria-de-cuerdas Entrada blog, Teoría de cuerdas

http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2012/04/20/la-ilusion-de-simplificar-la-naturaleza/ Entrada blog de Emilio Silvera Vázquez

http://superstringtheory.com/index.html The Official String Theory Web Site

http://es.wikipedia.org/wiki/Planck wikipedia Max Planck,  físico alemán considerado como el fundador de la teoría cuántica y galardonado con el Premio Nobel de Física en 1918.

http://es.wikipedia.org/wiki/LHC wikipedia gran colisionador de hadrones (LHC)

12 respuestas a Física Cuántica III. La Teoría-M. Teoría de Cuerdas. Supercuerdas. Ed Witten

  1. julian vargas dijo:

    gracias eso me va ayudar a comprender el universo

  2. Mostafa Kara dijo:

    Si hasta ahora ningún físico teórico consiguió definir la cuarta dimensión . Ni siquiera sabemos dimensionar el universos- si es plano o cóncavo o hecho de láminas energéticas súper posadas – o es simplemente una imagen virtual precocidad por la mente humana. Yo como un simple taxista de Barcelona no creo que unificar las teorías de la relatividad general y la teoría de las supercuerdas es la solución del problema. Creo que en ves de buscar la solución en el universo hay que buscarla en nuestra planet. Puede que esta a la vuelta de la esquina . Gracias / Mostafa

  3. Luz Valdizan Villar dijo:

    Verdaderamente es tan infinito el mundo que la ciencia nos preconiza, tan amplio y profundo a la vez, la física cuántica nos tiene con la ley de la incertidumbre porque aun no hemos sido capaces de definir nada con precisión, y cada vez que se profundiza más, más perplejos quedamos. Así creo que actualmente no hablaríamos de unir ciencia y religión sino de retornar a la filosofía, y más aún a sus raíces, los presocráticos y sus teorías de la explicación del universo que nos rodea, esto es lo que nos permite el internet, estar al tanto del desarrollo científico y ser realmente seres de nuestro tiempo. Gracias por la información.

  4. Raúl dijo:

    La cuarta dimensión une el electromagnetismo con la gravedad, por lo que teoricamente es altamente probable su existencia, aunque experimentalmente aún no podamos comprobarlo

  5. R8MA G. dijo:

    Fascinante. R8

  6. Creo que es un trabajo muy esclarecedor para aquellos que recién comienzan a hacer sus primeras armas en Física Cuántica t Teoría de Cuerdas. Los felicito, se nota cuando algo fue hecho con esmero y sabiendo de lo que se habla.

  7. Ruben Iñiguez Calderón dijo:

    A mi me parece fascinante la posibilidad de que el universo y las cuatro fuerzas fundamentales que lo rigen, esté constituido sólo de supercuerdas tan diminutas como la dimensión de Max Planck. Por lo visto, a Dios no le gusta las complicaciones,y opta por lo más simple, en este caso, unas simples “cuerditas” que expliquen todo lo que es el universo.

  8. Ruben Iñiguez Calderón dijo:

    A mi me parece simplemente fascinante, la posibilidad de que el universo y las cuatro fuerzas que lo rigen, se pueda explicar y definir con unas cuerdas tan diminutas,como la dimensión de Planck.
    Por lo visto, a Dios no le gusta complicar las cosas y opta por lo mas simple.

  9. Martina Hers dijo:

    Hola, disculpen podrían escribirme el nombre de quién(s) escribieron el artículo y los datos de publicación, lo agradecería

  10. Hola Martina. No doy mis datos, lo siento. Es una compilación de diversas fuentes. Un saludo

  11. ALEX A. VEGA dijo:

    ME PARECE INTERESANTE LA TEORIA DE LAS CUERDAS. LO QUE ME HACE PREGUNTARME
    EN QUE FRECUENCIA OSCILAN O VIBRAN ESTAS CUERDAS? Y SI PUDIERAMOS HACER, IGUALANDO LAS FRECUENCIA DE LAS CUERDAS, UN RUIDO “O”(CERO). ESTAS SE VOLVERIAN VISIBLES? O AUN MAS, SI PUDIERAMOS CAMBIAR SU FRECUENCIA ESTAS CUERDAS PODRIAN TRANSFORMARSE O MUTAR EN OTRA COSA?QUIZAS LA MATERIA
    OSCURA TENGA LA RESPUESTA DE ELLO.

  12. carlos dijo:

    Esta teoría ya se sabia miles de años atrás, los toltecas desarrollaron una visión diferente del cosmo, EL antropologo Carlos Castaneda en sus libros deja en evidencia estos conceptos.

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