La teoría de cuerdas unifica el espacio y el tiempo

La teoría de la relatividad especial de Einstein ha tenido consecuencias de gran alcance, pero ha dejado algunas preguntas abiertas que la teoría de cuerdas espera responder. Ha cambiado nuestra comprensión del tiempo y el espacio. Proporciona un marco teórico que nos dice cómo funciona la gravedad,

La teoría de la relatividad especial de Einstein creó un vínculo fundamental entre el espacio y el tiempo. El universo puede ser visto como que tiene tres dimensiones espaciales - arriba / abajo, izquierda / derecha, adelante / atrás - y una dimensión de tiempo. Este espacio 4-dimensional se conoce como la continuo espacio-tiempo.

Si se mueve lo suficientemente rápido por el espacio, las observaciones que se realicen sobre el espacio y el tiempo difieren un poco de las observaciones de que otras personas, que se mueven a diferentes velocidades, hacen.

La teoría de cuerdas introduce muchas más dimensiones espaciales, así agarrando cómo las dimensiones en el trabajo de la relatividad es un punto de partida crucial para comprender algunos de los aspectos confusos de la teoría de cuerdas.

Siguiendo el haz de luz que rebota

La razón de este enlace espacio-tiempo proviene de la aplicación de los principios de la relatividad y de la velocidad de la luz con mucho cuidado. La velocidad de la luz es la distancia que viaja la luz dividido por el tiempo que se tarda en recorrer este camino, y (según el segundo principio de Einstein) todos los observadores deben ponerse de acuerdo sobre esta velocidad.

A veces, sin embargo, diferentes observadores están de acuerdo en la distancia un rayo de luz ha viajado, dependiendo de cómo se están moviendo a través del espacio. Esto significa que para obtener la misma velocidad los observadores deben discrepar sobre el tiempo que el haz de luz se desplaza la distancia determinada.

Usted puede imaginar esto por ti mismo por entender el experimento mental representado en esta figura. Imagina que estás en una nave espacial y la celebración de un láser por lo que dispara un haz de luz directamente hacia arriba, golpeando un espejo que has colocado en el techo. El haz de luz y luego vuelve a bajar y golpea a un detector.

Sin embargo, la nave espacial está viajando a una velocidad constante de la mitad de la velocidad de la luz (0.5c, como los físicos escribirlo). Según Einstein, esto no hace ninguna diferencia para usted - ni siquiera se puede decir que se está moviendo. Sin embargo, si el astronauta Ámbar estaban espiando a usted, al igual que en la parte inferior de la figura, sería una historia diferente.

Ámbar vería su haz de luz viajan hacia arriba a lo largo de una trayectoria diagonal, golpear el espejo, y luego viajar a la baja a lo largo de una trayectoria diagonal antes de golpear el detector. En otras palabras, usted y Amber verías diferente caminos para la luz y, más importante aún, esos caminos no son ni siquiera la misma longitud.

Esto significa que el tiempo de la viga tarda en ir desde el láser al espejo para el detector también debe ser diferente para usted y Amber para que ambos están de acuerdo en la velocidad de la luz.

Este fenómeno se conoce como la dilatación del tiempo, donde el tiempo en un barco en movimiento muy rápido parece pasar más lenta que en la Tierra. En cierto modo, este aspecto de la relatividad se puede utilizar para permitir viajes en el tiempo. De hecho, permite que la única forma de viajar en el tiempo que los científicos saben con certeza es físicamente posible.

Por extraño que parezca, este ejemplo (y muchos otros) demuestra que en la teoría de la relatividad, el espacio y el tiempo de Einstein están íntimamente ligados entre sí. Si aplica las ecuaciones de transformación de Lorentz, que funcionan de manera que la velocidad de la luz es perfectamente consistente para ambos observadores.

Este extraño comportamiento del espacio y el tiempo sólo es evidente cuando estás de viaje cerca de la velocidad de la luz, por lo que nadie había observado nunca antes. Los experimentos llevados a cabo desde el descubrimiento de Einstein han confirmado que es verdad - tiempo y el espacio se perciben de manera diferente, precisamente en la forma en que Einstein describe, por objetos que se mueven cerca de la velocidad de la luz.

Construyendo el continuo espacio-tiempo

El trabajo de Einstein había demostrado la conexión entre el espacio y el tiempo. De hecho, su teoría de la relatividad especial permite que el universo que se muestra como un modelo de 4 dimensiones - tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal. En este modelo, el camino de cualquier objeto a través del universo puede ser descrito por su worldline a través de las cuatro dimensiones.

Uno de los elementos de este trabajo es la de Minkowski (un viejo profesor de Einstein) diagrama, que muestra la trayectoria de un objeto a través del espacio-tiempo. Se muestra un objeto en un gráfico, donde uno de los ejes es el espacio (las tres dimensiones se tratan como una dimensión para simplificar) y el otro eje es el tiempo.

Como un objeto se mueve a través del universo, su secuencia de posiciones representa una línea o curva en la gráfica, en función de la forma en que viaja. Este camino se llama el objeto de línea temporal, como se muestra en la figura. En la teoría de cuerdas, la idea de una línea temporal se convierte amplió para incluir el movimiento de las cuerdas, en objetos llamados worldsheets.