Teoría de supercuerdas 1

Teoría de supercuerdas

Representación visual de una variedad de Calabi-Yau.Se postula que las dimensiones extras de la teoría de

supercuerdas tienen esta forma.

La teoría de supercuerdas es un esquema teórico para explicartodas las partículas y fuerzas fundamentales de la naturaleza enuna sola teoría, que modela las partículas y campos físicos comovibraciones de delgadas cuerdas supersimétricas, las cuales semueven en un espacio-tiempo de más de 4 dimensiones.

Una de las motivaciones esgrimidas por los teóricos de lassupercuerdas es que el esquema es una de las mejores teoríascandidatas para formular una teoría cuántica de la gravedad. Lateoría de las supercuerdas es una taquigrafía de la teoríasupersimétrica de cuerdas porque, a diferencia de la teoría decuerdas 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 oformulaciones alternativas de teorías de cuerdas combinadas, en laque se han introducido requerimientos de supersimetría. El nombrede teoría de cuerdas se usa actualmente como sinónimo, ya quetodas 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 lalongitud 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 podríaexistir una teoría unificada o teoría del todo. Las cinco teorías existentes no serían más que casos límite particularesde esta teoría unificada, denominada provisionalmente como Teoría M. Esta teoría M intenta explicar a la vez todaslas partículas subatómicas existentes y unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Define el universoformado por multitud de cuerdas vibrantes, ya que es una versión de la teoría de cuerdas que incorpora fermiones yla supersimetría.El principal problema de la física actual es poder incorporar la fuerza de la gravedad tal y como la explica la teoríade la relatividad general al resto de las fuerzas físicas ya unificadas. La teoría de las supercuerdas sería un método deunificación de dichas teorías. La teoría está lejos de estar acabada y perfilada, ya que hay muchísimas variables sindefinir, por lo que existen varias versiones de la misma.

AntecedentesEl problema de fondo en la física teórica es armonizar la teoría de la relatividad general, donde se describen lagravitación y las estructuras a gran escala (estrellas, galaxias, cúmulos), con la mecánica cuántica, donde sedescriben las otras tres fuerzas fundamentales que actúan a nivel atómico.El desarrollo de la teoría cuántica de campos de una fuerza invariable resulta en infinitas (y útiles) probabilidades.Los físicos han desarrollado técnicas matemáticas de renormalización para eliminar esos infinitos de tres de lascuatro fuerzas fundamentales -electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil- pero no de la gravedad. Eldesarrollo de la teoría cuántica de la gravedad debe, por lo tanto, venir de diferente manera que de los usados para lasotras fuerzas.La idea básica es que los constituyentes fundamentales de la realidad son cuerdas de una longitud de Planck (cercano a 10−35 m) que vibran a frecuencias de resonancia. Cada cuerda en teoría tiene una única resonancia, o armonía. Diferentes armonías determinan diferentes fuerzas fundamentales. La tensión en la cuerda es del orden de las fuerzas

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de Planck (1044 N). El gravitón (nombre propuesto para la partícula que lleve la fuerza gravitacional), por ejemplo,es predicha por la teoría que sea una cuerda con amplitud cero. Otra idea clave de la teoría es que no pueden serdetectadas diferencias mensurables entre cuerdas que recapitulan sobre dimensiones pequeñas en sí mismas ymuchas que se mueven en grandes dimensiones (p.e. que afectan a una dimensión de tamaño R iguales a una detamaño 1/R). Las singularidades son evitadas porque las consecuencias observables del "gran colapso" nuncaalcanzan el tamaño cero. De hecho puede el universo comenzar un pequeño "gran colapso" de procesos, la teoría decuerdas dice que el universo nunca puede ser más pequeño que el tamaño de una cuerda, a ese punto podríacomenzar a expandirse.

El problema de las dimensionesAunque el universo físico observable tiene tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal, nada prohíbe auna teoría describir un universo con más de cuatro dimensiones, especialmente si existe un mecanismo de"inobservabilidad aparente" de las dimensiones adicionales. Ése es el caso de las teoría de cuerdas y la teoría desupercuerdas que postulan dimensiones adicionales compactificadas y que sólo serían observables en fenómenosfísicos que involucran altísimas energías. En el caso de la teoría de supercuerdas, la consistencia de la propia teoríarequiere un espacio-tiempo de 10 ó 26 dimensiones. El conflicto entre la observación y la teoría se resuelvecompactando las dimensiones que no se pueden observar en el rango de energías habituales. De hecho, la teoría desupercuerdas no es la primera teoría física que propone dimensiones espaciales extra; a principios del siglo XX sepropuso una teoría geométrica del campo electromagnético y gravitatorio conocida como teoría de Kaluza-Klein quepostulaba un espacio-tiempo de 5 dimensiones. Posteriormente la idea de Kaluza y Klein se usó para postular lateoría de la supergravedad de 11 dimensiones que también utiliza la supersimetría.La mente humana tiene dificultad visualizando dimensiones mayores porque solo es posible moverse en 3dimensiones espaciales. Una manera de tratar con esta limitación es no intentando visualizar dimensiones mayoresdel todo sino simplemente pensando, al momento de realizar ecuaciones que describan un fenómeno, que se debenrealizar más ecuaciones de las acostumbradas. Esto abre las interrogantes de que estos 'números extra' pueden serinvestigados directamente en cualquier experimento (donde se mostrarían resultados en 1, 2, 2+1 dimensiones acientíficos humanos). Así, a su vez, aparece la pregunta de si este tipo de modelos que se investigan en estemodelado abstracto (y aparatos experimentales potencialmente imposibles) puedan ser considerados 'científicos'. Lasformas de seis dimensiones de Calabi-Yau pueden contar con dimensiones adicionales por la teoría de supercuerdas.Una teoría que la generaliza es la teoría de branas, en donde las cuerdas son sustituidas por constituyenteselementales de tipo "membrana", de ahí su nombre. La existencia de 10 dimensiones es matemáticamente necesariapara evitar la presencia de incongruencias matemáticas en su enunciado.

Cantidad de teorías de supercuerdasLos físicos teóricos fueron perturbados por la existencia de cinco diferentes teorías de cuerdas. Esto aconteció bajo ladenominada segunda revolución de supercuerdas en los años 1990 donde fueron postuladas las 5 teorías de cuerdas,siendo diferentes casos límite de una única teoría: la teoría M.

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Teoría de Cuerdas

Tipos DimensionesEspaciales

Detalles

Bosonica 26 Solo bosones, no fermiones, significa solo fuerzas, no materia, con cuerdas abiertas y cerradas; mayor defecto:una partícula con masa imaginaria llamada taquión

I 10 Supersimetría entre fuerza y materia, con cuerdas abiertas y cerradas, libre de taquiones, grupo de simetría SO(32)

IIA 10 Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones, fermiones sin masa que giran aambas direcciones

IIB 10 Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones. fermiones sin masa que giranen una sola dirección

HO 10 Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones, heterótica, difieren entrecuerdas de movimiento derecho e izquierdo, grupo de simetría es SO(32)

HE 10 Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones, heterótica, difieren entrecuerdas de movimiento derecho e izquierdo, grupo de simetría E8×E8

Las cinco teorías de supercuerdas consistentes son:• La Teoría de cuerdas de Tipo I tiene una supersimetría en sentido diez-dimensional (16 supercargas). Esta teoría

es especial en el sentido de que está basada en una orientación abierta y cerrada, mientras el resto se basan encuerdas con orientaciones cerradas.

• Las Teorías de cuerdas de Tipo II tienen dos supersimetrías en sentido de 10 dimensiones (32 supercargas). Hayde hecho dos tipos de cuerdas Tipo II llamadas tipo IIA y IIB. Difieren principalmente en el hecho que la teoríaIIA es no quiral (conservando la paridad), mientras que la teoría IIB es quiral (violando la paridad).

• Las Teorías de cuerdas heteróticas está basada en un peculiar híbrido de una supercuerda de tipo I y una cuerdabosónica. Hay 2 tipos de cuerdas heteróticas que difieren en su diez-dimensional grupo de gauge: la cuerdaheterótica E8×E8 y la SO(32). (el nombre heterótico SO(32) es un poco inexacta en el SO(32) del Grupo de Lie,las teorías son un cociente de Spin(32)/Z2 que no es equivalente a SO(32).)

Las teorías quirales de gauge pueden ser inconsistentes en sus anomalías. Esto ocurre cuando un bucle del Diagramade Feynman causa un rompimiento de la mecánica cuántica de la simetría de gauge. Anulando anomalías se limita alas posibles teorías de cuerdas.

Integrando relatividad general con mecánica cuánticaLa relatividad general normalmente se refiere a situaciones que envuelven objetos masivos grandes en lejanasregiones del espacio-tiempo donde la mecánica cuántica se reserva para escenarios a escala atómica (regionespequeñas de espacio-tiempo). Las dos son muy difícilmente usadas juntas, y el caso más común en donde secombina su estudio son los agujeros negros. Teniendo "picos de densidad" o máximo cantidades de materia posibleen el espacio, y un área muy pequeña, las dos deben ser usadas en sincronía para predecir condiciones en ciertoslugares; aun cuando son usados juntos, las ecuaciones se desmoronan y brindan respuestas imposibles, tales comodistancias imaginarias y menos de una dimensión.El mayor problema con su congruencia es que, a dimensiones menores a las de Planck, la relatividad general prediceuna certeza, una superficie fluida, mientras que la mecánica cuántica predice una probabilidad, una superficiedeformada; que no son compatibles. La teoría de supercuerdas resuelve este requerimiento, remplazando la ideaclásica de partículas puntuales con bucles. Esos bucles tendrían un diámetro promedio de una longitud de Planck,con variaciones extremadamente pequeñas, que ignora completamente las predicciones de la mecánica cuántica adimensiones menores a las de Planck, y que para su estudio no toma en cuenta esas longitudes.

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Falsacionismo y teoría de supercuerdas

La Teoría de cuerdas o la Teoría M podrían no ser falsables, según algunoscríticos.[1][2][3][4]¿Habría que revisar el concepto de qué se considera científico o

habría que desechar el falsacionismo propuesto por Popper como requisito paraque una teoría pueda ser considerada científica? Si así fuera, ¿cómo sería posible

delimitar con objetividad qué es ciencia y qué pseudociencia?.

Muchos científicos han declarado supreocupación de que la Teoría de cuerdas nosea falsable y que además, carezca de poderpredictivo, y como tal, y siguiendo las tesisdel filósofo de la ciencia Karl Popper, laTeoría de cuerdas sería equivalente a unapseudociencia.[5][6][7][8][9][10]

Tal y como se entiende en la actualidad,tiene un número gigantesco de posiblessoluciones.[11]

El filósofo de la ciencia Mario Bunge hamanifestado recientemente:

•• La consistencia, la sofisticación y labelleza nunca son suficientes en lainvestigación científica.

• La Teoría de cuerdas es sospechosa(de pseudociencia). Parece científicaporque aborda un problema abiertoque es a la vez importante y difícil, elde construir una teoría cuántica de lagravitación. Pero la teoría postula que el espacio físico tiene seis o siete dimensiones, en lugar de tres,simplemente para asegurarse consistencia matemática. Puesto que estas dimensiones extra son inobservables, ypuesto que la teoría se ha resistido a la confirmación experimental durante más de tres décadas, parece cienciaficción, o al menos, ciencia fallida.

• La física de partículas está inflada con sofisticadas teorías matemáticas que postulan la existencia de entidadesextrañas que no interactúan de forma apreciable, o para nada en absoluto, con la materia ordinaria, y comoconsecuencia, quedan a salvo al ser indetectables. Puesto que estas teorías se encuentran en discrepancia con elconjunto de la Física, y violan el requerimiento de falsacionismo, pueden calificarse de pseudocientíficas,incluso aunque lleven pululando un cuarto de siglo y se sigan publicando en las revistas científicas másprestigiosas.Mario Bunge, 2006.[12]

La crítica principal de que es objeto la Teoría de cuerdas es de que sea, fundamentalmente, imposible defalsear, debido a su naturaleza intrínseca: tiene la suficiente flexibilidad matemática como para que susparámetros se puedan moldear para encajar con cualquier tipo de realidad observada.Para ilustrar la confusa situación que domina este campo de investigación, baste citar el reciente escándaloBogdanov, dos hermanos que consiguieron publicar en prestigiosas revistas científicas teorías absurdas ycarentes de sentido. El físico alemán Max Niedermaier concluyó que se trataba de pseudociencia, escrita conuna densa jerga técnica, para evitar el sistema de revisión por pares de la física teórica. Según elfísico-matemático John Baez, su trabajo "es una mezcolanza de frases aparentemente plausibles que contienenlas palabras técnicas correctas en el orden aproximadamente correcto. Pero no hay lógica ni cohesión en loque escriben." Según el físico Peter Woit en la prestigiosa revista Nature: "El trabajo de los Bogdanoff resultasignificativamente más incoherente que cualquier otra cosa publicada. Pero el creciente bajo nivel decoherencia en todo el campo les permitió pensar que habían hecho algo sensato y publicarlo."[13]

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Notas[1] Smolin, Lee. Mariner Books, 2007. The trouble with Physics. ISBN 0-618-91868-X[2] Woit, Peter. Basic Books, 2007. Not even wrong. ISBN 0-465-09276-4[3] Sheldon Glashow & Paul Ginsparg, "Desperately Seeking Superstrings", Physics Today, mayo de 1986, p.7.[4] Howard Georgi, en The New Physics,ed. Paul Davies, Cambridge University Press, Cambridge, 1989, p. 446[5] Peter Woit's Not Even Wrong weblog (http:/ / www. math. columbia. edu/ ~woit/ wordpress/ ?cat=2)[6] P. Woit (Columbia University) String theory: An Evaluation (http:/ / arxiv. org/ abs/ physics/ 0102051), Feb 2001, e-Print: physics/0102051[7] P. Woit, Is String Theory Testable? (http:/ / www. math. columbia. edu/ ~woit/ testable. pdf) INFN Rome March 2007[8] Lee Smolin's The Trouble With Physics webpage (http:/ / www. thetroublewithphysics. com)[9] The Trouble With String Theory. (http:/ / www. slate. com/ id/ 2149598/ )[10] The Great String debate. Wisecracks fly when Brian Greene and Lawrence Krauss tangle over string theory. (http:/ / www.

symmetrymagazine. org/ cms/ ?pid=1000481)[11] S. Kachru, R. Kallosh, A. Linde and S. P. Trivedi, de Sitter Vacua in String Theory (http:/ / arxiv. org/ abs/ hep-th/ 0301240),

Phys.Rev.D68:046005,2003[12][12] Mario Bunge. Skeptical Inquirer, July/Aug, 2006.[13] John Baez. The Bogdanoff Affair. (http:/ / math. ucr. edu/ home/ baez/ bogdanoff/ )

Enlaces externos• Documental El universo Elegante, la teoría de cuerdas (en cuatro partes) (http:/ / www. jupixweb. de/ 2007/ 07/

16/ las-supercuerdas-y-el-encanto-de-lo-incomprensible)• Documental Universos Paralelos (en cinco partes) (http:/ / www. youtube. com/ watch?v=llmoNz_O4FY)

Fuentes y contribuyentes del artículo 6

Fuentes y contribuyentes del artículoTeoría de supercuerdas  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=72296505  Contribuyentes: .José, Alefisico, Antur, ArquiWHAT, Carlos cae85, Cheveri, Cinabrium,CommonsDelinker, CristiánSantanaBauzá, Damifb, Davius, Dianai, Diegusjaimes, Dodo, Drake 81, Echani, Elmoro, Fexbard, GermanX, Gustronico, Jkbw, Juanan, Judas Ali-Qu, Kismalac,Lourdes Cardenal, Matdrodes, Melocoton, Michael Retriever, Neodop, Nevel55, Noluz, PAULOGARCIA2005, Puglianini, Raulshc, RoyFocker, Sagan mx, Seraphita, SolveCoagula, Taichi,Tano4595, Tarantino, Technopat, Urdangaray, Wricardoh, Ángel Luis Alfaro, 97 ediciones anónimas

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentesArchivo:Calabi-Yau.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Calabi-Yau.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5  Contribuyentes: en:User:LunchArchivo:Violin metallic mute.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Violin_metallic_mute.jpg  Licencia: Creative Commons Attribution 2.0  Contribuyentes: デ ニ

ス モ ジ ョ from San Francisco, California, USA

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