Los elementos básicos de la teoría de cuerdas

Cinco ideas clave son el núcleo de la teoría de cuerdas. Familiarizarse con estos elementos clave de la teoría de cuerdas la derecha del palo. Siga leyendo para conocer los conceptos básicos de estas cinco ideas de la teoría de cuerdas en las siguientes secciones.

Cuerdas y membranas

Cuando la teoría se desarrolló originalmente en la década de 1970, los filamentos de energía en la teoría de cuerdas eran considerados objetos de 1 dimensión: cuerdas. (Unidimensional indica que una cadena tiene sólo una dimensión, la longitud, en oposición a decir un cuadrado, que tiene ambas dimensiones longitud y altura.)

Estas cadenas se produjo en dos formas - cerrados cadenas y cuerdas al aire. Una cadena abierta tiene extremos que no se tocan entre sí, mientras que una cuerda cerrada es un bucle sin final abierto. Se descubrió finalmente que estas cadenas primeros, llamados cuerdas Tipo I, podrían pasar por cinco tipos básicos de interacciones, como muestra esta figura.

Las interacciones se basan en la capacidad de una cadena a tener extremos se unen y se separaron. Debido a que los extremos de las cuerdas abiertas pueden unirse para formar cuerdas cerradas, no se puede construir una teoría de las cuerdas sin cuerdas cerradas.

Esta demostrado ser importante, porque las cuerdas cerradas tienen propiedades que hacen los físicos creen que podrían describir la gravedad. En lugar de ser sólo una teoría de partículas de materia, los físicos empezaron a darse cuenta de que la teoría de cuerdas sólo puede ser capaz de explicar la gravedad y el comportamiento de las partículas.

Con los años, se descubrió que la teoría requerida objetos que no sean sólo las cuerdas. Estos objetos pueden ser vistos como hojas, o branas. Las cadenas pueden colocar en uno o ambos extremos de estas branas. Una membrana de 2 dimensiones (llamada 2-brana) se muestra en esta figura.

La gravedad cuántica

La física moderna tiene dos leyes científicas básicas: la física cuántica y la relatividad general. Estas dos leyes científicas representan radicalmente diferentes campos de estudio. Fisica cuantica estudia los objetos muy pequeños en la naturaleza, mientras que relatividad tiende a estudiar la naturaleza en la escala de los planetas, galaxias y el universo en su conjunto. (Obviamente, la gravedad afecta a partículas pequeñas también, y la relatividad explica esto también.) Las teorías que intentan unificar las dos teorías son teorías de la gravedad cuántica, y la más prometedora de todas esas teorías hoy en día es la teoría de cuerdas.

Unificación de las fuerzas

Mano a mano con la cuestión de la gravedad cuántica, la teoría de cuerdas trata de unificar las cuatro fuerzas del universo - la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la gravedad - juntos en una teoría unificada. En nuestro universo, estas fuerzas fundamentales aparecen como cuatro fenómenos diferentes, pero los teóricos de cuerdas creen que en el universo temprano (cuando no eran increíblemente altos niveles de energía) estas fuerzas están descritos por cadenas que interactúan entre sí.

La supersimetría

Todas las partículas en el universo se pueden dividir en dos tipos: bosones y fermiones. La teoría de cuerdas predice que un tipo de conexión, llamado supersimetría, existe entre estos dos tipos de partículas. Bajo la supersimetría, un fermión debe existir para cada bosón y viceversa. Desafortunadamente, los experimentos aún no han detectado estas partículas adicionales.

Supersymmetry es una relación matemática específica entre ciertos elementos de ecuaciones de la física. Fue descubierto fuera de la teoría de cuerdas, aunque su incorporación en la teoría de cuerdas transformó la teoría a la teoría de cuerdas supersimétrica (o teoría de las supercuerdas) a mediados de la década de 1970.

La supersimetría simplifica enormemente las ecuaciones de la teoría de cuerdas, al permitir ciertos términos que se cancelan. Sin supersimetría, las ecuaciones resultan en inconsistencias físicas, tales como valores infinitos y niveles de energía imaginarios.

Dado que los científicos no han observado las partículas predichas por la supersimetría, esto sigue siendo una hipótesis teórica. Muchos físicos creen que la razón que nadie ha observado que las partículas se debe a que se necesita una gran cantidad de energía para generarlos. (Energía está relacionado con la masa por Einstein de famosos E = mc2 ecuación, por lo que se necesita energía para crear una partícula.) Es posible que hayan existido en el universo temprano, pero a medida que el universo se enfrió y la energía hacia fuera después del Big Bang, estas partículas se habría derrumbado en los estados de baja energía que observar hoy. (Es posible que no pensamos en nuestro universo actual como particularmente baja energía, pero en comparación con el intenso calor de los primeros momentos después del Big Bang, que sin duda lo es.)

Los científicos esperan que las observaciones astronómicas o experimentos con aceleradores de partículas descubrirán algunas de estas partículas supersimétricas de mayor energía, el apoyo a esta predicción de la teoría de cuerdas.

Dimensiones extra

Otro resultado matemático de la teoría de cuerdas es que la teoría sólo tiene sentido en un mundo con más de tres dimensiones espaciales! (Nuestro universo tiene tres dimensiones del espacio - izquierda / derecha, arriba / abajo, y delante / detrás.) Actualmente existen dos posibles explicaciones para la ubicación de las dimensiones extra:

• Las dimensiones espaciales extra (generalmente seis de ellos) están acurrucados (compactificada, en cadena de la terminología de la teoría) que increíblemente pequeño tamaño, así que nunca los percibimos.

• Estamos atrapados en una membrana de 3 dimensiones, y las dimensiones extra extendemos fuera de ella y son inaccesibles para nosotros.

Un área importante de la investigación entre los teóricos de cuerdas está en modelos matemáticos de cómo estas dimensiones adicionales podrían estar relacionados con la nuestra. Algunos de estos resultados recientes han pronosticado que los científicos pronto podrían ser capaces de detectar estas dimensiones extra (si es que existen) en los próximos experimentos, ya que pueden ser más grandes de lo esperado.