Stephen Hawking Esperaba Que La Teoría M Explicara El Universo. ¿Qué Es Esta Teoría? - Vista Alternativa

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Stephen Hawking Esperaba Que La Teoría M Explicara El Universo. ¿Qué Es Esta Teoría? - Vista Alternativa
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Anonim

Cuenta la leyenda que Albert Einstein pasó sus últimas horas en la Tierra trazando algo en un papel en un intento final de formular una teoría del todo. Sesenta años después, otro científico legendario en el campo de la física teórica, Stephen Hawking, dejará este mundo con pensamientos similares. Sabemos que Hawking creía que la llamada teoría M era nuestra mejor oportunidad para crear una teoría completa del universo. ¿Pero, qué es esto?

Desde que se formuló la teoría general de la relatividad de Einstein en 1915, todo físico teórico ha soñado con reconciliar nuestra comprensión del mundo infinitamente pequeño de átomos y partículas con la escala infinitamente grande del espacio. Mientras que el último está perfectamente descrito por las ecuaciones de Einstein, el primero es predicho con extraordinaria precisión por el llamado Modelo Estándar de Interacciones Fundamentales.

Nuestro conocimiento actual es que la interacción entre objetos físicos se describe mediante cuatro fuerzas fundamentales. Dos de ellos, la gravedad y el electromagnetismo, nos aparecen a nivel macroscópico, los tratamos todos los días. Los otros dos, interacciones débiles y fuertes, aparecen en una escala muy pequeña y solo cuando se trata de procesos subatómicos.

El modelo estándar de interacciones fundamentales proporciona una estructura única para tres de estas fuerzas, pero la gravedad no quiere encajar en esta imagen de ninguna manera. A pesar de las descripciones precisas de fenómenos a gran escala como el comportamiento de un planeta en órbita o la dinámica de las galaxias, la relatividad general falla a distancias muy cortas. Según el modelo estándar, todas las fuerzas están mediadas por determinadas partículas. En el caso de la gravedad, el trabajo lo realiza el gravitón. Pero cuando intentamos calcular las interacciones de estos gravitones, aparecen infinitos sin sentido en las ecuaciones.

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Una teoría completa de la gravedad debe funcionar a cualquier escala y tener en cuenta la naturaleza cuántica de las partículas fundamentales. Esto permitiría que la gravedad encajara en una estructura combinada con otras tres interacciones fundamentales, creando así la notoria teoría del todo. Por supuesto, desde que Albert Einstein murió en 1955, se han logrado avances significativos en esta área. Nuestro mejor candidato de hoy se llama teoría M.

La revolución de las cuerdas

Para entender la idea básica de la teoría M, es necesario remontarse a la década de 1970, cuando los científicos se dieron cuenta de que en lugar de describir el universo basándose en partículas puntuales, sería mejor describirlas como cuerdas oscilantes (tubos de energía). Una nueva forma de entender los componentes fundamentales de la naturaleza ha llevado a la solución de muchos problemas teóricos. En primer lugar, una sola vibración de una cuerda se puede interpretar como un gravitón. Y a diferencia de la gravedad estándar, la teoría de cuerdas puede describir sus interacciones matemáticamente y no obtener infinitos extraños. Esto significa que la gravedad puede incluirse en la estructura combinada.

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Después de este emocionante descubrimiento, los físicos teóricos se han esforzado por comprender sus consecuencias. Pero, como suele ser el caso de la investigación científica, la historia de la teoría de cuerdas está llena de altibajos. Al principio, la gente estaba perpleja de que ella predijera la existencia de una partícula que se mueve más rápido que la luz, el llamado "taquión". Esta predicción contradecía todas las observaciones experimentales y arrojaba una seria sombra sobre la teoría de cuerdas.

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Sin embargo, este problema se resolvió a principios de la década de 1980 con la introducción de la llamada "supersimetría" en la teoría de cuerdas. Ella predice que cada partícula tiene su propia supercompañera y, por una coincidencia inusual, la misma condición elimina el taquión. Este primer éxito es ampliamente conocido como la "primera revolución de las cuerdas".

Otra característica inusual es que la teoría de cuerdas requiere diez dimensiones espacio-temporales. Actualmente, solo conocemos cuatro: profundidad, altura, ancho y tiempo. Si bien esto parece ser un obstáculo importante, hasta ahora se han propuesto varias soluciones, y actualmente parece ser más una característica inusual que un problema.

Por ejemplo, podríamos existir en un mundo de cuatro dimensiones sin ningún acceso a dimensiones adicionales. O las dimensiones adicionales podrían ser “compactas” y encajar en escalas tan pequeñas que no las notaríamos. Sin embargo, diferentes compactaciones conducirían a diferentes valores de constantes físicas y diferentes leyes de la física. Una posible solución es que nuestro Universo es solo uno de muchos en un infinito "universo múltiple" gobernado por diferentes leyes físicas.

Teoría M

Había un problema más que perseguía a los teóricos de cuerdas de la época. Una clasificación cuidadosa reveló la existencia de cinco teorías de cuerdas secuenciales distintas, y no estaba claro por qué la naturaleza debería elegir una de las cinco.

Aquí es donde entra en juego la teoría M. Durante la segunda revolución de las cuerdas en 1995, los físicos sugirieron que cinco teorías de cuerdas sucesivas son de hecho caras diferentes de una teoría única que existe en once dimensiones espacio-temporales llamadas teoría M. Incorpora cada teoría de cuerdas en una variedad de contextos físicos sin dejar de ser viable para todos. Esta imagen increíblemente fascinante ha llevado a la mayoría de los físicos teóricos a la idea de que la teoría M se convertirá en una teoría de todo, y también es matemáticamente más consistente que cualquier otra teoría propuesta.

Sea como fuere, hasta ahora la teoría M no ha sido capaz de producir predicciones que puedan verificarse experimentalmente. La supersimetría se está probando actualmente en el Gran Colisionador de Hadrones. Si los científicos pudieran encontrar signos de la existencia de súper socios, esto finalmente fortalecería la posición de la teoría M. Pero la física teórica moderna aún no puede dar predicciones verificables, y la física experimental no puede presentar experimentos para esta verificación.

La mayoría de los grandes físicos y cosmólogos están obsesionados con encontrar esta hermosa y simple descripción del mundo que podría explicarlo todo. Y aunque todavía estamos lejos de esto, sin gente brillante y creativa como Hawking, esto sería completamente imposible.

Ilya Khel

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