Teoría de supercuerdas

Representación visual de unavariedad de Calabi-Yau. Se postula que las dimensiones extras de la teoría de

supercuerdas tienen esta forma.

La teoría de supercuerdas es un esquema teórico para explicar todas las partículas y fuerzas

fundamentales de la naturaleza en una sola teoría, que modela las partículas y campos físicos como

vibraciones de delgadas cuerdas supersimétricas, las cuales se mueven en un espacio-tiempo de más

de 4 dimensiones.

Una de las motivaciones esgrimidas por los teóricos de las supercuerdas es que el esquema es una de

las mejores teorías candidatas para formular una teoría cuántica de la gravedad. La teoría de las

supercuerdas es una taquigrafía de la teoría supersimétrica de cuerdas porque, a diferencia de la teoría

de cuerdas bosónica, ésta es la versión de la teoría de cuerdas que, mediante la supersimetría,

incorpora a los fermiones.

La teoría de las supercuerdas comprende cinco teorías o formulaciones alternativas de teorías de

cuerdas combinadas, en la que se han introducido requerimientos de supersimetría. El nombre de teoría

de cuerdas se usa actualmente como sinónimo, ya que todas las teorías de cuerdas ampliamente

estudiadas son, de hecho, teorías de supercuerdas.

La idea fundamental es que en realidad son cuerdas que vibran en resonancia a una frecuencia de

la longitud de Planck y en donde el gravitónsería una cuerda de espín 2 y masa nula.

Recientemente se ha podido probar que varias de estas formulaciones son equivalentes y tras todas

ellas podría existir una teoría unificada oteoría del todo. Las cinco teorías existentes no serían más que

casos límite particulares de esta teoría unificada, denominada provisionalmente como Teoría M. Esta

teoría M intenta explicar a la vez todas las partículas subatómicas existentes y unificar las cuatro fuerzas

fundamentales de la naturaleza. Define el universo formado por multitud de cuerdas vibrantes, ya que es

una versión de la teoría de cuerdas que incorpora fermiones y la supersimetría.

El principal problema de la física actual es poder incorporar la fuerza de la gravedad tal y como la

explica la teoría de la relatividad general al resto de las fuerzas físicas ya unificadas. La teoría de las

supercuerdas sería un método de unificación de dichas teorías. La teoría está lejos de estar acabada y

perfilada, ya que hay muchísimas variables sin definir, por lo que existen varias versiones de la misma.

Contenido

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1 Antecedentes

2 El problema de las dimensiones

3 Cantidad de teorías de supercuerdas

4 Integrando relatividad general con mecánica cuántica

5 Falsacionismo y teoría de supercuerdas

6 Véase también

7 Notas

8 Enlaces externos

[editar]Antecedentes

El problema de fondo en la física teórica es armonizar la teoría de la relatividad general, donde se

describen la gravitación y las estructuras a gran escala (estrellas, galaxias, cúmulos), con la mecánica

cuántica, donde se describen las otras tres fuerzas fundamentales que actúan a nivel atómico.

El desarrollo de la teoría cuántica de campos de una fuerza invariable resulta en infinitas (y útiles)

probabilidades. Los físicos han desarrollado técnicas matemáticas de renormalizaciónpara eliminar esos

infinitos de tres de las cuatro fuerzas fundamentales -electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil-

pero no de la gravedad. El desarrollo de la teoría cuántica de la gravedad debe, por lo tanto, venir de

diferente manera que de los usados para las otras fuerzas.

La idea básica es que los constituyentes fundamentales de la realidad son cuerdas de una longitud de

Planck (cercano a 10−35 m) que vibran a frecuencias de resonancia. Cada cuerda en teoría tiene una

única resonancia, o armonía. Diferentes armonías determinan diferentes fuerzas fundamentales. La

tensión en la cuerda es del orden de las fuerzas de Planck (1044N). El gravitón (nombre propuesto para

la partícula que lleve la fuerza gravitacional), por ejemplo, es predicha por la teoría que sea una cuerda

con amplitud cero. Otra idea clave de la teoría es que no pueden ser detectadas diferencias

mensurables entre cuerdas que recapitulan sobre dimensiones pequeñas en sí mismas y muchas que

se mueven en grandes dimensiones (p.e. que afectan a una dimensión de tamaño R iguales a una de

tamaño 1/R). Las singularidades son evitadas porque las consecuencias observables del "gran colapso"

nunca alcanzan el tamaño cero. De hecho puede el universo comenzar un pequeño "gran colapso" de

procesos, la teoría de cuerdas dice que el universo nunca puede ser más pequeño que el tamaño de

una cuerda, a ese punto podría comenzar a expandirse.

[editar]El problema de las dimensiones

Aunque el universo físico observable tiene tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal, nada

prohíbe a una teoría describir un universo con más de cuatro dimensiones, especialmente si existe un

mecanismo de "inobservabilidad aparente" de las dimensiones adicionales. Ése es el caso de las teoría

de cuerdas y la teoría de supercuerdas que postulan dimensiones adicionales compactificadas y que

sólo serían observables en fenómenos físicos que involucran altísimas energías. En el caso de la teoría

de supercuerdas, la consistencia de la propia teoría requiere un espacio-tiempo de 10 ó 26 dimensiones.

El conflicto entre la observación y la teoría se resuelve compactando las dimensiones que no se pueden

observar en el rango de energías habituales. De hecho, la teoría de supercuerdas no es la primera

teoría física que propone dimensiones espaciales extra; a principios del siglo XX se propuso una teoría

geométrica del campo electromagnético y gravitatorio conocida como teoría de Kaluza-Klein que

postulaba un espacio-tiempo de 5 dimensiones. Posteriormente la idea de Kaluza y Klein se usó para

postular la teoría de la supergravedad de 11 dimensiones que también utiliza la supersimetría.

La mente humana tiene dificultad visualizando dimensiones mayores porque solo es posible moverse en

3 dimensiones espaciales. Una manera de tratar con esta limitación es no intentando visualizar

dimensiones mayores del todo sino simplemente pensando, al momento de realizar ecuaciones que

describan un fenómeno, que se deben realizar más ecuaciones de las acostumbradas. Esto abre las

interrogantes de que estos 'números extra' pueden ser investigados directamente en cualquier

experimento (donde se mostrarían resultados en 1, 2, 2+1 dimensiones a científicos humanos). Así, a su

vez, aparece la pregunta de si este tipo de modelos que se investigan en este modelado abstracto (y

aparatos experimentales potencialmente imposibles) puedan ser considerados 'científicos'. Las formas

de seis dimensiones de Calabi-Yau pueden contar con dimensiones adicionales por la teoría de

supercuerdas.

Una teoría que la generaliza es la teoría de branas, en donde las cuerdas son sustituidas por

constituyentes elementales de tipo "membrana", de ahí su nombre. La existencia de 10 dimensiones es

matemáticamente necesaria para evitar la presencia de incongruencias matemáticas en su enunciado.

[editar]Cantidad de teorías de supercuerdas

Los físicos teóricos fueron perturbados por la existencia de cinco diferentes teorías de cuerdas. Esto

aconteció bajo la denominada segunda revolución de supercuerdas en los años 1990 donde fueron

postuladas las 5 teorías de cuerdas, siendo diferentes casos límite de una única teoría: la teoría M.

Teoría de Cuerdas

TiposDimensiones Espaciales

Detalles

Bosonica 26Solo bosones no fermiones, significa solo fuerzas, no materia, con cuerdas abiertas y cerradas; mayor defecto: una partícula con masa imaginaria llamada taquión

I 10Supersimetría entre fuerza y materia, con cuerdas abiertas y cerradas, libre de taquiones, grupo de simetría SO(32)

IIA 10Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones, fermiones sin masa que giran a ambas direcciones

IIB 10Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones. fermiones sin masa que giran en una sola dirección

HO 10Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones, heterótica, difieren entre cuerdas de movimiento derecho e izquierdo, grupo de simetría es SO(32)

HE 10Supersimetría entre fuerza y materia, solo con cuerdas cerradas, libre de taquiones, heterótica, difieren entre cuerdas de movimiento derecho e izquierdo, grupo de simetría E8×E8

Las cinco teorías de supercuerdas consistentes son:

La teoría de cuerdas Tipo I tiene una supersimetría en sentido diez-dimensional (16 supercargas).

Esta teoría es especial en el sentido de que está basada en una orientación abiertay cerrada,

mientras el resto se basan en cuerdas con orientaciones cerradas.

La teoría de cuerdas Tipo II tiene dos supersimetrías en sentido de 10 dimensiones (32

supercargas). Hay de hecho dos tipos de cuerdas Tipo II llamadas tipo IIA y IIB. Difieren

principalmente en el hecho que la teoría IIA es no quiral (conservando la paridad), mientras que la

teoría IIB es quiral (violando la paridad).

La teoría de la cuerda heterótica está basada en un peculiar híbrido de una supercuerda de tipo I y

una cuerda bosónica. Hay 2 tipos de cuerdas heteróticas que difieren en su diez-dimensional grupo

de gauge: la cuerda heterótica E8×E8 y la SO(32). (el nombre heterótico SO(32) es un poco inexacta

en el SO(32) del Grupo de Lie, las teorías son un cociente deSpin(32)/Z2 que no es equivalente a

SO(32).)

Las teorías quirales de gauge pueden ser inconsistentes en sus anomalías. Esto ocurre cuando un bucle

del Diagrama de Feynman causa un rompimiento de la mecánica cuántica de lasimetría de gauge.

Anulando anomalías se limita a las posibles teorías de cuerdas.

[editar]Integrando relatividad general con mecánica cuántica

La relatividad general normalmente se refiere a situaciones que envuelven objetos masivos grandes en

lejanas regiones del espacio-tiempo donde la mecánica cuántica se reserva para escenarios a escala

atómica (regiones pequeñas de espacio-tiempo). Las dos son muy difícilmente usadas juntas, y el caso

más común en donde se combina su estudio son losagujeros negros. Teniendo "picos de densidad" o

máximo cantidades de materia posible en el espacio, y un área muy pequeña, las dos deben ser usadas

en sincronía para predecir condiciones en ciertos lugares; aun cuando son usados juntos, las

ecuaciones se desmoronan y brindan respuestas imposibles, tales como distancias imaginarias y menos

de una dimensión.

El mayor problema con su congruencia es que, a dimensiones menores a las de Planck, la relatividad

general predice una certeza, una superficie fluida, mientras que la mecánica cuántica predice una

probabilidad, una superficie deformada; que no son compatibles. La teoría de supercuerdas resuelve

este requerimiento, remplazando la idea clásica de partículas puntuales con bucles. Esos bucles

tendrían un diámetro promedio de una longitud de Planck, con variaciones extremadamente pequeñas,

que ignora completamente las predicciones de la mecánica cuántica a dimensiones menores a las de

Planck, y que para su estudio no toma en cuenta esas longitudes.

[editar]Falsacionismo y teoría de supercuerdas

La Teoría de cuerdas o la Teoría M podrían no ser falsables, según algunos críticos.1 2 3 4 ¿Habría que revisar el

concepto de qué se considera científico o habría que desechar el falsacionismo propuesto por Popper como requisito

para que una teoría pueda ser considerada científica? Si así fuera, ¿cómo sería posible delimitar con objetividad qué

es ciencia y qué pseudociencia?.

Muchos científicos han declarado su preocupación de que la Teoría de cuerdas no sea falsable y que

además, carezca de poder predictivo, y como tal, y siguiendo las tesis del filósofo de la ciencia Karl

Popper, la Teoría de cuerdas sería equivalente a unapseudociencia.5 6 7 8 9 10

Tal y como se entiende en la actualidad, tiene un número gigantesco de posibles soluciones.11

El filósofo de la ciencia Mario Bunge ha manifestado recientemente:

La consistencia, la sofisticación y la belleza nunca son suficientes en la investigación

científica.

La Teoría de cuerdas es sospechosa (de pseudociencia). Parece científica porque aborda un

problema abierto que es a la vez importante y difícil, el de construir una teoría cuántica de la

gravitación. Pero la teoría postula que el espacio físico tiene seis o siete dimensiones, en

lugar de tres, simplemente para asegurarse consistencia matemática. Puesto que estas

dimensiones extra son inobservables, y puesto que la teoría se ha resistido a la confirmación

experimental durante más de tres décadas, parece ciencia ficción, o al menos, ciencia fallida.

La física de partículas está inflada con sofisticadas teorías matemáticas que postulan la

existencia de entidades extrañas que no interactúan de forma apreciable, o para nada en

absoluto, con la materia ordinaria, y como consecuencia, quedan a salvo al ser indetectables.

Puesto que estas teorías se encuentran en discrepancia con el conjunto de la Física, y violan

el requerimiento de falsacionismo, pueden calificarse de pseudocientíficas, incluso aunque

lleven pululando un cuarto de siglo y se sigan publicando en las revistas científicas más

prestigiosas.

Mario Bunge, 2006.12

La crítica principal de que es objeto la Teoría de cuerdas es de que sea, fundamentalmente, imposible

de falsear, debido a su naturaleza intrínseca: tiene la suficiente flexibilidad matemática como para que

sus parámetros se puedan moldear para encajar con cualquier tipo de realidad observada.1 2

Para ilustrar la confusa situación que domina este campo de investigación, baste citar el

reciente escándalo Bogdanov, dos hermanos que consiguieron publicar en prestigiosas revistas

científicas teorías absurdas y carentes de sentido. El físico alemán Max Niedermaier concluyó que se

trataba de pseudociencia, escrita con una densa jerga técnica, para evitar el sistema de revisión por

pares de la física teórica. Según el físico-matemático John Baez, su trabajo "es una mezcolanza de

frases aparentemente plausibles que contienen las palabras técnicas correctas en el orden

aproximadamente correcto. Pero no hay lógica ni cohesión en lo que escriben." Según el físico Peter

Woit en la prestigiosa revista Nature: "El trabajo de los Bogdanoff resulta significativamente más

incoherente que cualquier otra cosa publicada. Pero el creciente bajo nivel de coherencia en todo el

campo les permitió pensar que habían hecho algo sensato y publicarlo."13

Este articulo tiene ya diez años, pero su contenido aún está vigente. Además, hay un científico argentino que está en el frente de batalla, y es reconocido por todos sus colegas: Juan Martín Maldacena, el Stephen Hawking argentino. Al final del post, una biografia suya sacada de la Wikipedia 

La Teoría de las Supercuerdas 

Resumen 

Desde hace tiempo se conoce una teoría llamada "teoría de campos cuánticos" que describe el funcionamiento de tres de las cuatro fuerzas que se conocen en el universo: la fuerza nuclear fuerte, que mantiene unidos los núcleos de los átomos, la fuerza nuclear débil, que gobierna la radioactividad, y el electromagnetismo, encargado de la electricidad y el magnetismo. La que nunca logró incorporarse a este esquema es la fuerza de gravedad. Es decir, desde niveles cósmicos hasta los moleculares, las cosas funcionaban de acuerdo a la teoría general de la relatividad, pero a niveles atómicos y subatómicos, esta ya no funciona, y se tienen que aplicar otras leyes, las de la mecánica cuántica. 

 

Buscando una explicación para la fuerza fuerte, se desarrolló la teoría de cuerdas, que habla de partículas formadas por pequeñas cuerdas vibrando en múltiples dimensiones. Luego la teoría cuántica logró la inclusión de la fuerza fuerte en sus cálculos, por lo que la teoría de las cuerdas quedó un poco de lado. Pero algunos físicos la siguieron desarrollando, y encontraron que podía servir para describir la fuerza de gravedad en vez de la fuerza fuerte. Le agregaron a la teoría un nuevo elemento: las p-branas, que son lo que es una membrana en un espacio tridimensional, pero en un espacio p-dimensional. Un tipo especial de estas branas, son las D-branas, que actúan como los límites de las cuerdas vibrantes, con características similares a las de un agujero negro, succionando los extremos de las cuerdas. (¿No es más delirante que cualquier ciencia ficción? =) 

Estas D-branas son el elemento fundamental del trabajo de Maldacena. Con ellas construyó una teoría de cuerdas de 10 dimensiones (con 5 ocultas y las otras 5 reflejadas en el espacio-tiempo cuatridimensional tal como una imagen holográfica refleja un objeto tridimensional en una superficie plana), que describe el funcionamiento de la fuerza de gravedad. Y basándose en las mismas D-branas, construyó una teoría equivalente a la cuántica en las cuatro dimensiones ordinarias, que describe las otras 3 fuerzas. 

El poder explicar todo "en un mismo idioma", es un gran paso hacia la unificación total que fue el sueño de Einstein, la "Teoría de Todo". 

 

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Casi Con Un Miedo Reverencial, Físicos Estudian "La Teoría Definitiva" 

Por George Johnson, New York Times 

La última vez que muchos fanáticos escucharon esta sintonía, los físicos que están en la búsqueda de los secretos más profundos del universo ponían sus esperanzas en una

deslumbrantemente hermosa y sorprendente invención llamada teoría de supercuerdas. Se prometía la explicación definitiva de la naturaleza si uno se imaginaba los cientos de partículas subatómicas como notas musicales producidas por cuerdas increíblemente pequeñas vibrando en un espacio de 10 dimensiones. No importa que el universo parece estar compuesto por solo cuatro dimensiones (contando el tiempo). Las otras seis se decía que estaban convenientemente enroscadas dentro de pelotitas tan pequeñas que se desvanecen, fuera del alcance de la vista y del pensamiento. 

Desde sus silenciosos comienzos en la década de 1960, la idea brilló y se opacó a través de una primera "revolución de las supercuerdas" a mediados de los 80, y una segunda revolución una década más tarde. En los últimos meses, una nueva ola de descubrimientos está fomentando lo que algunos físicos entusiastamente saludan como una tercer revolución, que nos guiará al día en que todas las leyes de la creación encajen en un único y elegante marco. 

 

Pero el tema del último entusiasmo ya no es más la teoría de supercuerdas. En el camino, el nombre ha cambiado a teoría M, donde M representa "mágica", "misteriosa", "madre" (como madre de todas las teorías) o, más prosaicamente, "meta", "matriz", o "membrana". A las temblorosas supercuerdas, que eran al menos vagamente visualizables, se le unieron (y posiblemente las suplanten) unas entidades aún más abstractas: membranas, o "branas", que vienen en tanto como nueve dimensiones. 

 

Toda la creación, de acuerdo a algunas especulaciones recientes, puede forjarse a partir de estos difícilmente imaginables objetos: los rastis de Dios. Si esta concepción es correcta, los físicos están más cerca que nunca a redactar la elusiva teoría de la gravedad cuántica, una hazaña que unificaría la mecánica cuántica y la relatividad general (los hasta ahora irreconciliables dos pilares de la física moderna), y explicaría todas las fuerzas de la naturaleza en los mismos términos. 

 

"La gente mirará hacia atrás a este como uno de los periodos más importantes de la física del siglo XX, tan significativo como el desarrollo de la mecánica cuántica y la relatividad", predijo el Dr. John Schwarz, un físico del Instituto de Tecnología de California y uno de los primeros pioneros de la teoría de cuerdas. 

Los pronunciamientos entusiastas de los mismos teóricos de las cuerdas no son nada nuevo. Pero la exaltación también está contagiando a otros dominios, como la cosmología. 

El Dr. Andrew Strominger, un físico de la Universidad de Harvard que recientemente usó la teoría M para saltar de una disciplina a otra y resolver un problema que involucraba agujeros negros, dijo: "Nosotros éramos considerados semi-chiflados trabajando en una idea extravagante. Aunque eso aún puede ser cierto, al menos ya no somos vistos de esa manera". 

Una tarde este pasado verano en la fiesta anual de las supercuerdas, String ’98, en Santa Barbara, California, unos 200 físicos proclamaban los últimos descubrimientos bailando La Macarena, o más bien, una nueva versión llamada La Maldacena, en honor a un joven teórico argentino, el Dr. Juan Maldacena de la Universidad de Harvard, cuya nueva teoría es el origen de la última conmoción: 

You start with the brane and the brane is B.P.S. Then you go near the brane and the space is A.D.S. Who knows what it means I don"t, I confess Ehhhh! Maldacena! Comienzas con la brana y la brana es B.P.S. Luego vas cerca de la brana y el espacio es A.D.S. Quién sabe que significa Yo no, lo confieso ¡Ehhhh! ¡Maldacena! 

Mientras el Dr. Jeffrey Harvey, un teórico de la Universidad de Chicago, rapeaba la letra, un esotérico verso tras otro, los físicos intentaban seguir los 14 pasos del baile. 

El mensaje es el siguiente: los físicos tienen una exitosa arquitectura llamada teoría de campos cuánticos que describe tres de las cuatro fuerzas. La fuerza fuerte mantiene unido el núcleo atómico; la fuerza débil gobierna procesos radioactivos, y el electromagnetismo combina efectos electrónicos y magnéticos. Las tres pueden describirse como campos transmitidos por partículas llamadas quanta. Para el electromagnetismo los portadores son los fotones, para la fuerza fuerte los gluones, y

para la fuerza débil las partículas W y Z. Pero nadie ha sido capaz de meter la gravedad en este cuadro. Se asume que esta fuerza debe ser transportada por partículas llamadas gravitones, pero hacer que estos obedezcan las leyes de la teoría de campos cuánticos ha resultado imposible. 

Sin embargo, la gravedad puede describirse con la teoría de las supercuerdas, o teoría M, usando el vocabulario completamente diferente de cuerdas y branas. La hipótesis de Maldacena, elaborada en una explosión de más de 100 escritos recientes de los teóricos de las supercuerdas, sugiere la posibilidad de una profunda, oculta conexión entre la teoría de campos cuánticos y la teoría de cuerdas, estas dos aparentemente incompatibles visiones del mundo. 

"Esta es una pretensión muy dramática", dijo el Dr. Nathan Seiberg, un teórico del Instituto para el Estudio Avanzado en Princeton, New Jersey. Además de acercar la gravedad y las otras fuerzas, el vínculo tentativo que Maldacena ha encontrado puede proporcionar una nueva y poderosa herramienta de cálculo para resolver difíciles problemas en la física de partículas. 

El Origen: Una Nueva Visión Para Una Incertidumbre 

La teoría de las cuerdas apareció por primera vez a finales de la década de 1960 y principio de los 70’s como un malogrado intento por entender la fuerza fuerte. Analizar el mundo en términos de partículas y campos ya había llevado a la espectacularmente exitosa teoría del electromagnetismo, y la fuerza nuclear débil estaba al borde de sucumbir ante una explicación similar. 

Pero la fuerza fuerte parecía, en esos momentos, tercamente resistente. Algunos físicos estaban tomando esto como un signo de que la teoría de campos necesitaba ser extirpada y reemplazada con una visión totalmente nueva. Lo que surgió fue la posibilidad de que las partículas fueran realmente diferentes notas producidas por cuerdas vibrantes. 

Los beneficios potenciales parecían inmensos. Uno de los grandes problemas al tratar con las partículas infinitesimales de la teoría de campos, era que causaban la aparición de absurdos matemáticos en las ecuaciones, equivalentes a tratar de dividir un número por cero. El resultado era términos infinitos que volvían los cálculos algo sin sentido. El problema, que había sido resuelto para el electromagnetismo, hacía infructuosos los intentos de explicar la fuerza fuerte. Si las partículas sin tamaño eran reemplazadas por pequeñas cuerdas, algunos proponían que quizás los cancerosos infinitos desaparecieran. 

 

Pero habían numerosos problemas por surgir. Si uno podía creer en las ecuaciones, las cuerdas deberían estar vibrando en un espacio de 25 dimensiones (con una 26º representando el tiempo). ¿Dónde estaban las 22 extras? Las ecuaciones también escupían permanentemente una extravagante partícula sin masa cuyo spin (un elemento de la mecánica cuántica equivalente a la rotación) era de 2. La única partícula con esas características de la que se tenía noticias era el puramente hipotético gravitón. Si alguna vez los físicos logran desarrollar una teoría de campos cuánticos de la gravedad, el gravitón sería el portador. Pero ¿qué hacía en una teoría de la fuerza fuerte? 

De todas formas, los físicos pronto tuvieron éxito en explicar la fuerza fuerte con una teoría de campos llamada comodinámica del quantum, o Q.C.D. por sus siglas en inglés (Quantum Chromodynamics), y la mayoría de los teóricos le dieron la espalda a las cuerdas. 

De acuerdo a la Q.C.D., lo bloques elementales de construcción llamados quarks vienen en tres "colores" (un tanto análogos a la carga eléctrica). Los quarks se mantienen unidos por gluones, los portadores de la fuerza fuerte, para formar protones, neutrones y sus parientes subatómicos. Hacia el final de los 70’s, la Q.C.D. había sido incorporada al Modelo Estándar, una amalgama de teorías de campos cuánticos que describían la fuerza fuerte, la fuerza débil, y el electromagnetismo. Los teóricos más osados estaban buscando una "gran teoría unificada" en la cual las tres fuerzas se mostrasen como manifestaciones de una única superfuerza. Pero la gravedad permanecía totalmente fuera de este juego. 

La Revolución: Atando La Gravedad Con

Supercuerdas 

Pero no todos se rindieron respecto a las cuerdas. A mediados de los 70’s, dos físicos, el Dr. Schwartz y el Dr. Jöel Scherk, trataron de transformar uno de los defectos de la teoría de cuerdas en una virtud: quizás la persistente aparición del gravitón en las ecuaciones no era accidental. Quizás lo que estaban viendo no era un modelo de la fuerza fuerte, sino un modelo de la gravedad (una nueva forma de expresar la teoría general de la relatividad de Einstein). Y si la gravedad se podía describir con la teoría de cuerdas, luego quizás también las otras fuerzas podrían reformularse de la misma manera. Todo se unificaría en un mismo paquete. 

En esta época, los teóricos de las cuerdas encontraron que podrían recortar las 26 dimensiones del espacio-tiempo requeridas por la teoría original a solo 10. En el camino, la teoría vino a llamarse "de supercuerdas" cuando fue dotada de una calidad hipotética llamada supersimetría, en la cual las partículas portadoras de fuerzas como los gluones y las partículas que forman la materia como los quarks se entrelazan íntimamente. 

 

Diez dimensiones todavía eran demasiadas para tragar. Y, en un derroche sin igual, parecía que uno potencialmente podría construir un número infinito de diferentes teorías de cuerdas 10-dimensionales. ¿Cómo podrían saber nunca los físicos cuál describía este universo? Una salida apareció a mitad de los 80’s cuando, en la primera revolución, se demostró que de todas las teorías de cuerdas posibles, solo cinco eran sólidas; el resto se venía abajo debido a inconsistencias varias. Pero esto todavía era 4 teorías de más. Aún peor, todavía había decenas de miles de formas diferentes de enrollar las seis dimensiones extrañas para lograr que las teorías describieran un mundo cuatridimensional. 

Una pequeña banda de obstinados se mantuvo optimista. El Dr. Edward Witten, una joven estrella emergente de la teoría de cuerdas, la describe románticamente como "una pieza de la física del siglo XXI que por casualidad cayó en el siglo XX". 

Se mantuvieron bregando silenciosamente hasta la segunda revolución de mediados de los 90’s. Se descubrió que las muchas formas de esconder las dimensiones extras estaban estrechamente relacionadas. Y las cinco teorías 10-dimensionales resultaron ser simplemente diferentes vistas de una única teoría 11-dimensional subyacente. Todo podría conectarse por "dualidades", lentes matemáticas a través de las cuales lo aparentemente diferente resulta ser lo mismo. 

 

"Me recuerda la historia de la gente ciega examinando el elefante", dijo Seiberg, el teórico de Princeton. "Acostumbramos mirar diferentes partes y no vemos el cuadro completo". 

Tratando de reducir la multitud de teorías a una sola, los físicos se dieron cuenta de que sus ecuaciones hablaban de un mundo hecho no solo de cuerdas, sino también de cosas membranosas llamadas p-branas, donde p representa el número de dimensiones. Lo que uno se imagina normalmente como una membrana es una superficie bidimensional, como una sábana, desplegándose en un espacio tridimensional. Esto ahora se llama una 2-brana. Un punto es una 0-brana, y una línea una 1-brana. Extendiendo la idea en la otra dirección, uno puede tener 3-branas, 4-branas, 5-branas, y así hasta 9-branas: superficies 9-dimensionales flameando dentro de un mundo 10-dimensional. 

 

Especialmente importante para la teoría M es un tipo especial llamado D-brana, nombrada en honor al matemático del siglo XIX Peter Dirichlet. En 1995, el Dr. Joseph Polchinsky de la Universidad de California mostró en Santa Barbara que las D-branas, que también vienen en tanto como 9 dimensiones, describían superficies en las cuales pueden terminar las cuerdas. Pero estas superficies son más que meros límites: las D-branas son vistas ahora como entidades al menos tan fundamentales como las cuerdas. De acuerdo a una controversial versión de la teoría M llamada teoría Matriz, las D-branas pueden ser los objetos fundamentales a partir de lo que están hechas las cuerdas y todo lo demás. 

En seguida, físicos como el Dr. Strominger de Harvard encontraban que algunos de los rompecabezas acerca de los agujeros negros podrían ser mejor entendidos si se los imaginaba como hechos de D-branas. De hecho, las D-branas mismas pueden concebirse como agujeros negros extremadamente pequeños. Una cuerda termina porque el resto de ella fue succionado por uno de estos pozos infinitesimales. Una cuerda cerrada, con forma de lazo, se vuelve una cuerda abierta, de dos extremos, cuando un pedazo de ella es mordido por una D-brana. 

Y las D-branas son una parte esencial de la coreografía del baile matemático llamado la Maldacena, en la que la teoría de cuerdas y la teoría de campos danzan en el misma pista. El Dr. Maldacena usó D-branas para construir una teoría de campos cuánticos similar a la Q.C.D., en las cuatro dimensiones ordinarias. 

También usó D-branas para construir una teoría de cuerdas 10-dimensional (con 5 de las dimensiones enrolladas y escondidas). Por naturaleza, las teorías de cuerdas incluyen la gravedad. De aquí la excitación cuando Maldacena mostró que las dos teorías estaban íntimamente relacionadas. La unificación de las cuatro fuerzas puede estar un paso más cerca de ser realidad. 

El Universo: Uniendo El Espacio Interior Al Espacio Exterior 

Pero el hallazgo es todavía una hipótesis, que vaga en un reino entre corazonadas y

teorías totalmente desarrolladas. Para hacer que este modelo funcione, Maldacena tuvo que hacer algunos sutiles trucos teóricos. En la Q.C.D., los quarks vienen en tres "colores". A partir de una idea del físico holandés Gerard ‘t Hooft, simplificó los cálculos usando una teoría ficticia con muchos más colores. 

Y hasta ahora, la conexión que encontró Maldacena solo funciona en algo llamado espacio Anti-de Sitter (en honor al astrónomo holandés Willem de Sitter). Un universo anti-de Sitter debería "curvarse" en una forma tal que la expansión desde el big bang gradualmente se desaceleraría y colapsaría en un big crunch. 

 

Evidencia reciente sugiere que en nuestro universo la expansión puede estar acelerándose eternamente. Pero estamos lejos de tener una certeza. 

Tomando en cuenta estos dos requisitos, la moraleja de la hipótesis de Maldacena es la siguiente: La curvatura del espacio-tiempo descrita por la teoría de cuerdas es equivalente al número de colores de la teoría de campos; más colores implican menos curvatura. Puede haberse encontrado un inesperado puente entre dos diferentes mundos teóricos. 

Los físicos están ahora tratando de extender el trabajo para que se aplique a situaciones más realistas. El Dr. Strominger, por ejemplo, apuesta a que la relación se encontrará y se mantendrá en escena, mostrando que "la teoría de cuerdas y la teoría de campos cuánticos son simplemente dos caras de la misma moneda". 

"No hemos llegado a tanto aún", dice. "Todos estamos de buen humor porque pensamos que hay mucho más para aprender". 

El trabajo de Maldacena también sostiene una nueva teoría que se puso de moda, que dice que el universo es holográfico. En holografía láser, un objeto tridimensional se proyecta en un plano bidimensional, manteniendo la riqueza de la imagen original. En el modelo de Maldacena, la teoría de campos cuatridimensional puede imaginarse como una proyección holográfica de la teoría de cuerdas 5-dimensional (recuérdese que las otras cinco dimensiones están enrolladas y escondidas). En un universo holográfico, la información acerca de todo en un volumen de espacio puede mostrarse de alguna manera en su superficie. Las extravagantes consecuencias de esta noción recién se están empezando a descubrir. 

El Significado : ¿Es Sólo Matemática Fantástica, O Ciencia Real? 

Maldacena admite que esta hipótesis carga con el peso de la crítica que se aplica a toda la teoría M: aún no puede ser probada mediante experimentos. 

"Hasta ahora, todo lo que se ha hecho es mayormente desde el punto de vista conceptual", dijo. "Por el momento no hay predicciones experimentales, pero hay esperanzas de que las habrá en el futuro. No sabemos si esto ocurrirá pronto o no. Qué tan lejos se puede llegar con un nuevo método es una pregunta siempre difícil de responder". 

Algunos físicos aún mantienen que a pesar de las revoluciones conceptuales en la teoría de cuerdas, no hay mucho más que mostrar que sólo un montón de lindas matemáticas. 

"No se ha explicado ningún fenómeno físico observable", dijo el Dr. Steven Giddings, un teórico de la Universidad de California de Santa Barbara. "Creíamos que todo en el universo, quarks, fotones, gravitones, electrones, y demás, estaban todos hechos de cuerdas. La reciente revolución ha hecho pedazos esa visión, y todavía tenemos que encontrar una estructura lógica convincente para reemplazarla". 

Giddings continuó: "Ya no sabemos más cuáles son los constituyentes fundamentales de la teoría. Cuerdas y D-banas parecen igualmente fundamentales, y no está claro si una de ellas está hecha de la otra. Quizás ambas están hechas de algo aún más fundamental. Es como escalar una montaña para llegar a la cima y descubrir que, vista desde lejos, es sólo una colina al pie de otra montaña. Hemos realizado un enorme progreso en los últimos años, pero ahora nos damos cuenta de la gran profundidad de nuestra ignorancia". 

Él se iba ese día a una cumbre en las Sierras, para hacer algo que consideraba fácil: escalar una pared de 50 metros de hielo vertical. 

Fuente: http://www.eltacho.com.ar/maldacena.htm 

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Juan Martín Maldacena 

Martín Maldacena (n. el 10 de septiembre de 1968 en Buenos Aires) es un físico teórico argentino. Entre sus muchos descubrimientos, el más famoso es la más realista realización del principio holográfico (holographic principle), llamado la correspondencia AdS/CFT , la exitosamente probada conjetura sobre la equivalencia de la teoría de las cuerdas, o supergravedad en el espacio Anti de Sitter (w:en:Anti de Sitter space), y la teoría conforme de campos (w:en:conformal field theory) definida en el límite del espacio AdS, conocida como "conjetura Maldacena". 

 

Investigaciones 

Juan Maldacena ha realizado importantes avances relacionados con la teoría de cuerdas, un marco de unificación teórica de los dos grandes pilares de la física contemporánea: la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general, de Einstein. Maldacena ha propuesto una relación sorprendente entre dos sistemas aparentemente diferentes: 

La teoría de cuerdas IIB propagándose en un espacio-tiempo con una geometría dada por el producto de un espacio anti de Sitter 5-dimensional y una 5-esfera. Una teoría cuántica de campos en 4 dimensiones con simetría gauge SU(N) y supersimetría N=4. Su descubrimiento es conocido como "la conjetura de Maldacena", la "correspondencia AdS/CFT" o la "correspondencia gauge/cuerda". Se trata de una relación explícita del principio holográfico (de ´t Hooft y Susskind), que relaciona una teoría con intracciones gravitationales con una teoría sin gravedad y en un número menor de dimensiones. Tiene profundas implicaciones para el estudio de la gravedad cuántica. Por ejemplo, la correspondencia permite en principio estudiar la descripción microscópica y la dinámica de un agujero negro, y el problema de la pérdida de información en agujeros negros, utilizando el punto de vista dual de un proceso en una teoría cuántica de campos. Esto implica automáticamente que la formación y evaporación de agujeros negros es un proceso descrito de forma unitaria en mecánica cuántica, y que la información no se pierde al caer a un agujero negro. Por otro lado, la correspondencia tiene también aplicación al estudio de fenómenos de interacción fuerte en teorías gauge mediante el dual gravitacional. De hecho, el uso de técnicas basadas en la correspondencia AdS/CFT han supuesto nuevos puntos de vista sobre problemas de QCD como el del confinamiento, y están encontrando aplicación en el análisis de las propiedades del plasma de quarks-gluones, experimentalmente obtenido en el experimento RHIC.

La propuesta de esta correspondencia por parte de Maldacena, y su amplia y profunda investigación sobre sus diversas ramificaciones, le han significado un reconocimiento mundial de la comunidad científica.