Hace mucho tiempo, el gran italiano Galileo Galilei demostró que con la ayuda de fórmulas matemáticas es posible describir de manera confiable incluso aquellos procesos que están más allá de nuestra percepción. Desde entonces, los científicos han estado tratando de crear una especie de "teoría del todo" física y matemática que describa elegantemente el Universo, teniendo en cuenta las interacciones conocidas.
QUINTA DIMENSIÓN
Isaac Newton abrió una nueva era en la historia de la ciencia, formulando sus tres famosas leyes de la mecánica en 1684. Pero al mismo tiempo, no pensó en absoluto en cómo actúan las fuerzas descritas por él y cuál es su naturaleza.
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Las leyes de Newton fueron de uso limitado. No se pueden utilizar de ninguna manera para describir fenómenos como la electricidad, el magnetismo y los efectos ópticos. A finales del siglo XIX, todos estos tres fenómenos se combinaron con éxito utilizando las ecuaciones de James Maxwell en una ciencia coherente de la electrodinámica, y los científicos esperaban seriamente que estuvieran cerca de crear una "teoría del todo". Pronto, Albert Einstein se ocupó de este tema, formulando las teorías de la relatividad especial (1905) y general (1916), que requirieron una revisión de la física newtoniana. Dado que el descubrimiento de Einstein fue confirmado por simples observaciones visuales, la comunidad científica lo aceptó sin ninguna objeción. Einstein creía que para formular una "teoría del todo" sería suficiente establecer una conexión entre electromagnetismo y gravedad. Pero se apresuró a sacar conclusiones.
En 1921, el físico alemán Theodor Kaluzei logró combinar formalmente las ecuaciones de la relatividad general con las ecuaciones clásicas de Maxwell, pero para ello tuvo que introducir una quinta dimensión adicional además de las cuatro conocidas (tres dimensiones del espacio y una del tiempo). Al principio, esta idea parecía una locura, pero cinco años después, el sueco Oskar Klein propuso la lógica de la "inobservabilidad" de la quinta dimensión.
Parecía que todo estaba empezando a converger, y aquí los nuevos descubrimientos en el campo de la física de partículas elementales y el surgimiento de la mecánica cuántica pusieron en duda un enfoque tan sencillo.
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MUNDO MULTIDIMENSIONAL
La física moderna requiere una "teoría del todo" hipotética para combinar las cuatro interacciones fundamentales conocidas actualmente: interacción gravitacional, interacción electromagnética, interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil. Además, debe explicar la existencia de todas las partículas elementales y sus diferencias entre sí.
Los intentos de combinar múltiples interpretaciones de las interacciones observadas continuaron a lo largo del siglo XX. A mediados de la década de 1970, resultó incluso combinar tres interacciones, además de la más importante y que nos dio en las sensaciones: la gravedad. Pero incluso esta teoría "truncada" no ha recibido confirmación experimental.
Otros intentos de comprender cómo está organizado el Universo en un nivel básico llevaron al hecho de que los físicos tuvieron que recordar la teoría olvidada de Kaluzei-Klein e introducir dimensiones adicionales en sus fórmulas. Resultó que todo converge si aceptamos la hipótesis de que el Universo no tiene cuatro o no cinco, sino diez dimensiones. Posteriormente surgió la teoría M, operando en once dimensiones, seguida de la teoría F, en la que aparecen doce dimensiones. Se podría pensar que la introducción de dimensiones adicionales, que ni siquiera podemos imaginar, complica la cuestión, pero a nivel de matemática pura resulta que, por el contrario, simplifica. Y el problema de la percepción está relacionado solo con el hábito: hubo momentos en que la gente no sabía nada sobre el vacío y la ingravidez, y ahora cualquier escolar que sueñe con convertirse en astronauta tiene una idea de esto.
¿Es posible revelar de alguna manera la relación fundamental en un espacio multidimensional en la práctica? Resulta que puedes. Esto es exactamente lo que están haciendo los defensores de la llamada teoría de cuerdas.
HILOS CUÁNTICOS
Las "cadenas" como formaciones fundamentales se introdujeron en la física de las partículas elementales para explicar la estructura de los mesones pi, partículas cuya fuerte interacción hace que los núcleos atómicos sean un todo único. Se predijo la existencia de tales partículas y ellas mismas fueron descubiertas en 1947 en el estudio de los rayos cósmicos. Los efectos observados en las colisiones de mesones pi hicieron posible plantear la idea de que están conectados por un "hilo vibrante infinitamente delgado". Me gustó la idea, e inmediatamente hubo modelos matemáticos en los que todas las partículas elementales se describen como cuerdas unidimensionales que vibran a ciertas frecuencias.
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La teoría de cuerdas comenzó a desarrollarse, y rápidamente quedó claro que la "cuerda" se realiza sólo en espacios en los que el número de dimensiones a priori es más de cuatro. Intentaron aplicar la teoría a diversas construcciones hipotéticas como taquión (una partícula cuya velocidad supera la velocidad de la luz), gravitón (cuanto del campo gravitacional) y bosón (partícula de masa), pero sin mucho éxito.
Sin embargo, en la década de 1980, después de mucho debate, los físicos llegaron a la conclusión de que la teoría de cuerdas puede describir todas las partículas elementales y las interacciones entre ellas. Cientos de científicos han comenzado a trabajar en él. Pronto se demostró que varias versiones de la teoría de cuerdas son viables si representan los casos límite de la teoría M, que opera en once dimensiones. Y aunque el trabajo aún está lejos de completarse, los físicos se inclinan a creer que están en el camino correcto.
Aquí es necesario explicar cómo se ve la multidimensionalidad del universo en la teoría de cuerdas.
La primera opción es la "compactificación" de las dimensiones extra, lo que implica que se cierran sobre sí mismas a distancias tan pequeñas que no pueden detectarse experimentalmente. Los físicos lo hablan de esta manera. Si observa una manguera de jardín en el césped desde una distancia suficiente, parecerá que solo tiene una dimensión: la longitud. Pero si vas con él, encontrarás dos más. De manera similar, las dimensiones adicionales del espacio se pueden detectar solo desde una distancia extremadamente cercana, y está más allá de las capacidades de los instrumentos.
La segunda opción es "localizar" las medidas. No son tan pequeñas como en el primer caso, sin embargo, por alguna razón, todas las partículas de nuestro mundo están localizadas en una hoja de cuatro dimensiones (brana) en el Universo multidimensional y no pueden salir de ella. Dado que nosotros y todos nuestros dispositivos constamos de partículas ordinarias, básicamente no tenemos forma de ver lo que hay afuera. La única forma de detectar la presencia de dimensiones extra es la gravedad, que no está localizada en la brana, por lo que los gravitones y los agujeros negros microscópicos pueden salir al exterior. En el mundo que conocemos, tal proceso parecerá una repentina desaparición de la energía transportada por estos objetos.
Aunque se cree que la teoría de cuerdas nunca se confirmará experimentalmente, los físicos han desarrollado varios experimentos que pueden indicar indirectamente que es correcta. Entre ellos se encuentra la determinación de desviaciones en la ley de gravitación universal a distancias del orden de centésimas de milímetro. Otra forma es arreglar gravitones y agujeros negros microscópicos en el Gran Colisionador de Hadrones. El tercero es la observación de "cuerdas cósmicas" estiradas a dimensiones intergalácticas y que poseen el campo gravitacional más fuerte. Quizás uno de estos experimentos arroje resultados positivos en un futuro próximo.
EL CENTRO DEL UNIVERSO
En 2003, los físicos descubrieron que hay muchas formas de reducir las teorías de cuerdas de diez dimensiones a cuatro dimensiones. Además, la teoría en sí misma no contiene un criterio para la preferencia de un camino posible. Cada una de las opciones genera su propio mundo de cuatro dimensiones, que puede parecerse o diferir significativamente del Universo observado. Resulta que el número de tales opciones es casi infinito: alrededor de 10,500 (diez a la quinta centésima potencia). ¿Qué hace que nuestro mundo sea como es?
Pronto se sugirió que la respuesta solo se puede obtener al incluir a una persona en esta imagen: existimos precisamente en el Universo en el que nuestra existencia es posible. En cualquier otro caso, simplemente no leería estas líneas.
Anton Pervushin
