La teoría de cuerdas y la simetría

La teoría de cuerdas va más allá de las simetrías que observamos para predecir aún más simetrías que no se observan en la naturaleza. Se predice una simetría necesaria que no es observado en la naturaleza, llamada supersimetría.

En las energías que observamos, la supersimetría es un ejemplo de una simetría rota, aunque los físicos creen que en situaciones de alta energía, la supersimetría ya no se rompe (que es lo que hace tan interesante para el estudio).

Un cambio en la ubicación o posición que retiene las propiedades del sistema se denomina una simetría geométrica (o, a veces simetría traslacional). Otra forma de simetría es un simetría interna, que es cuando algo dentro del sistema se puede cambiar por otra cosa y el sistema (como un todo) no cambia.

Cuando una situación simétrica a alta energía se derrumba en una energía más baja estado fundamental que es asimétrica, se llama ruptura espontánea de simetría. Un ejemplo sería cuando una rueda de ruleta gira y se ralentiza en una " estado fundamental ". La pelota se instala finalmente en una ranura en la rueda - y el jugador gana o pierde.

Simetría traslacional: Mismo sistema, diferente lugar

Si un objeto tiene traslacional simetría, puede moverlo y sigue el mismo aspecto. Mover objetos en el espacio no cambia las propiedades físicas del sistema.

Ahora la energía potencial debida a la gravedad cambia dependiendo de donde un objeto es. Mover la ubicación de un objeto en el espacio puede tener un impacto en el sistema físico, pero las leyes de la física a sí mismos no cambian (por lo que podemos decir). Si el Empire State Building, la Tierra y la moneda en poder sobre el borde (la totalidad " sistema " En el ejemplo de la energía potencial en el centavo caído desde el edificio) fueron todos desplazado por la misma cantidad en la misma dirección, no habría ningún cambio perceptible para el sistema.

Simetría interna: El sistema cambia, pero el resultado sigue siendo el mismo

En una simetría interna, alguna propiedad del sistema puede sufrir un cambio sin cambiar el resultado del resultado.

Por ejemplo, el cambio de cada partícula con su antipartícula - cambiando cargas positivas a las cargas negativas y negativas a positivas - deja las fuerzas electromagnéticas que participan completamente idénticos. Esta es una forma de simetría interna, llamado cargar simetría conjugación. La mayoría de las simetrías internas no son simetrías perfectas, lo que significa que se comportan de manera algo diferente en algunas situaciones.

Ruptura espontánea de la simetría: Una ruptura gradual

Los físicos creen que las leyes del universo solía ser aún más simétrica, pero han pasado por un proceso llamado ruptura espontánea de la simetría, donde la simetría se desmorona en el universo que observamos.

Si todo fuera perfectamente simétrica, el universo sería un lugar muy aburrido. Las pequeñas diferencias en el universo - las simetrías rotas - son los que hacen el mundo natural tan interesante, pero cuando los físicos miran las leyes físicas, tienden a encontrar que las diferencias son bastante pequeñas en comparación con las similitudes.

Para entender la ruptura espontánea de la simetría, considere un lápiz en perfecto equilibrio sobre su punta. El lápiz está en un estado de equilibrio perfecto, de equilibrio, pero es inestable. Cualquier pequeña perturbación hará que se caiga. Sin embargo, ninguna ley de la física dice qué camino el lápiz caerá. La situación es perfectamente simétrico, porque todas las direcciones son iguales.

Tan pronto como se inicia el lápiz a caer, sin embargo, las leyes definidas de la física dictan la dirección que seguirá cayendo. La situación simétrica de manera espontánea (y, para todos los efectos, al azar) comienza a derrumbarse en una forma definida, asimétrica. A medida que el sistema se colapsa, las otras opciones ya no están disponibles para el sistema.

El Modelo Estándar de la física de partículas, así como la teoría de cuerdas (que incluye el Modelo Estándar como una aproximación de baja energía), predice que algunas propiedades del universo una vez fueron altamente simétrica, pero han sufrido ruptura espontánea de simetría en el universo que observamos ahora.