Los científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional han concluido que las ondas gravitacionales deben llevar la huella de las dimensiones adicionales del espacio predichas por la teoría de cuerdas.
El siglo XX le dio al mundo dos grandes teorías físicas: la teoría general de la relatividad (GR) y la mecánica cuántica. El primero trata sobre el espacio, el tiempo y la gravedad. Por ejemplo, explica por qué los relojes funcionan un poco más lento en la superficie de la Tierra que en órbita. Estas características deben tenerse en cuenta al crear sistemas GPS y GLONASS. La relatividad general también se ocupa de los agujeros negros y otras cosas interesantes.
La mecánica cuántica es la ciencia del comportamiento de los componentes más pequeños de la materia, como los electrones. Se convirtió en la base de toda la electrónica moderna, que nos dio computadoras, teléfonos móviles y, en general, todo lo que es más inteligente que una bombilla.
Estas dos teorías tienen un defecto lamentable: son incompatibles entre sí. Si los aplicamos al mismo objeto, entonces la relatividad general dice una cosa y la mecánica cuántica dice otra, y la contradicción no puede eliminarse de ninguna manera. Esto no es tan importante en la práctica, porque los efectos de la relatividad general son perceptibles solo para cuerpos muy masivos (planetas, estrellas, agujeros negros) y efectos cuánticos, para los muy pequeños (partículas elementales). Pero los físicos han estado preocupados durante mucho tiempo por la incompatibilidad de las dos más grandes teorías físicas de nuestro tiempo. Por esta razón, los científicos están buscando una teoría más completa que “reconcilie” la mecánica cuántica y la relatividad general, y también describa el micro y macrocosmos usando leyes uniformes.
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El candidato más famoso para este papel es la teoría de cuerdas. Realmente muestra cómo se puede eliminar la contradicción y combinar las dos teorías. Pero tiene su inconveniente: a diferencia de la relatividad general y la mecánica cuántica, desafía obstinadamente la verificación experimental. Los físicos bromean amargamente diciendo que probarían la teoría de cuerdas si tuvieran un acelerador del tamaño de una galaxia.
Como han descubierto David Andriot y Gustavo Lucena Gómez del Instituto Max Planck de Física Gravitacional de Alemania, una máquina tan gigante podría no ser necesaria. La confirmación de la teoría de cuerdas se puede obtener observando ondas gravitacionales, un fenómeno asombroso predicho por los teóricos durante mucho tiempo, pero descubierto experimentalmente solo en 2015.
Recordemos que algunos procesos grandiosos, por ejemplo, las colisiones de agujeros negros, perturban el campo gravitacional y las ondas corren a lo largo de él. A partir de esto, todos los objetos atrapados en la onda gravitacional comienzan a balancearse ligeramente con ella en el tiempo. Estas fluctuaciones son demasiado pequeñas para ser notadas a simple vista. Además, en la vida cotidiana, están completamente bloqueados por la vibración de un automóvil que circula por la calle o un gabinete movido por un vecino. Pero especialmente creados para estos fines, detectores muy sensibles, ocultos en las profundidades del subsuelo y extremadamente protegidos de todas las vibraciones extrañas, pueden captar una onda gravitacional, lo que sucedió por primera vez hace dos años.
Pero resulta que no solo pueden dar este resultado. Según los hallazgos de Andrio y Gomez, la observación de ondas gravitacionales podría respaldar la teoría de cuerdas. El hecho es que, según esta teoría, el espacio no es en absoluto tridimensional, es de nueve dimensiones. No notamos las seis dimensiones adicionales porque son demasiado pequeñas. Entonces, el espejo nos parece liso, aunque vale la pena mirar su superficie a través de un microscopio, y veremos “cordilleras” y “gargantas” enteras en él.
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Las ondas gravitacionales, como muestran los autores del nuevo trabajo, deben “sentir” estas dimensiones adicionales. Si están presentes en ondas gravitacionales, debería aparecer un ritmo especial, al que llaman el "modo de respiración". Si los detectores detectan "respiración", esta será la primera confirmación experimental de la teoría de cuerdas. Además, debería aparecer un conjunto de señales de alta frecuencia, similar a varios sonidos repentinos de tono alto, una especie de "gritos" o "chirridos" que las dimensiones adicionales anunciarán sobre sí mismas.
Como señalan los autores del estudio, el par de detectores LIGO carecen de la sensibilidad para detectar el "modo de respiración". Pero en Italia, el tercer detector, VIRGO, se está actualizando actualmente. Comenzará a funcionar a plena capacidad en 2018 y luego, quizás, se registre la "respiración" de las ondas gravitacionales. En cuanto al segundo signo de mediciones adicionales, señales de alta frecuencia, su observación, por desgracia, requiere la creación de un nuevo detector, ya que los dispositivos existentes están diseñados para estudiar señales de baja frecuencia y no de alta frecuencia.
Un artículo científico con los resultados del estudio se publicó en la Revista de Cosmología y Física de Astropartículas.
