Trabajo final de investigación

Andrés Felipe Torres-Sebastián Botero

10°A

Investigación

Cristina Restrepo Olaya

Fecha de entrega:

10 /septiembre/2013

Colegio San José de la Salle

Medellín, Antioquia

2013

La teoría de cuerdas redefine el Big Bang

La Teoría de Cuerdas – la idea de que todas las partículas pueden representarse

como cuerdas o bucles de cuerdas de longitud increíblemente diminuta, oscilando

en varias frecuencias-fue desarrollada inicialmente para ayudar a explicar porque

los quarks las minúsculas partículas fundamentales que crean a los protones y

neutrones, están siempre confinados en partículas compuestas mayores. Sin

embargo, la Teoría de Cuerdas ha evolucionado para permitir a los científicos

trabajar con temas más amplios.

Por ejemplo pueden usar la Teoría de Cuerdas para idear explicaciones para

algunos de los mayores problemas en la cosmología, tales como el estado de

Universo-su forma, tamaño etc.-justo tras el Big Bang, cuando los quarks vagaban

libremente.

En estas líneas, un grupo de físicos teóricos han publicado recientemente un

interesante escenario de Teoría de Cuerdas que describe una nueva forma de

aproximarse al desarrollo del Big Bang. Proponen que el Universo comenzó como

un tipo objeto teórico relleno de espacio llamado “Brana”

Este trabajo se publico el 27 de enero de 2006 en la edición digital de Physical

Review Letters.

“Quizá el problema más ambicioso de la cosmología es la cuestión de las

condiciones iniciales del Universo-como era antes de expandirse en las estrellas y

planetas que vemos hoy”, dijo un físico involucrado en el estudio, Robert Leigh de

la Universidad de Illinois, a PhysOrg.com. “Proponemos que el Universo, antes de

su expansión era una brana inestable que decayó en innumerables bucles de

cuerdas para formar el Universo tal y como lo conocemos hoy”

El modelo convencional para la expansión del Universo asume que el Universo

existió una vez como un volumen muy pequeño, casi un punto llamado

“Singularidad”. Entonces tuvo lugar el Big Bang,y el Universo se expandió

rápidamente. Una extensión de este, y uno de los principales competidores del

modelo brana, en la Teoría del Big Crunch/Big Bang, la cual asume que el

Universo una vez fue vasto, entonces se “colapso” en una singularidad antes de

expandirse. El modelo del Big Bang/Big Crunch implica que el tiempo existió antes

del Big Bang.

El problema con el modelo del Big Crush/Big Bang es que las leyes matemáticas

de la Relatividad General Clásica no funcionan en un singularidad. Y si los

científicos no pueden comprender matemáticamente la singularidad, no pueden,

en teoría, comprender por completo la geometría del espacio-tiempo, ya sea antes

del Big Crunch o tras el Big Bang.

“Nuestro modelo de brana nos permite especificar matemáticamente que podría

haber pasado en el Big Bang, y también nos da una novedosa interpretación del

tiempo en la Teoría de Cuerdas”, dijo Leigh

El y su grupo proponen que el tiempo comenzó cuando, a través de un evento

similar al Big Bang, la brana decayó en cuerdas cerradas (bucles) que se

propagaron crenado la materia común que conforma el Universo. Este escenario,

además de evitar los problemas matemáticos de una singularidad, también ayuda

a explicar algunos otros temas. Por ejemplo, para nosotros, el Universo podría

explicarse como resultado de un Universo joven con condiciones iniciales

homogéneas, tal como una brana que llenase el espacio por partes iguales.Leigh y

sus colegas pueden continuar explorando esto en estudios adicionales.

RESUMEN

Es una idea interesante el que las branas puedan decaer en cuerdas cerradas

para representar el tiempo, pero hay que recordar que es el espacio que debería

decaer en una cuerda cerrada y el tiempo en una abierta que conecte con sus

extremos la variedad de branas como debe ser. Todas las cuerdas abiertas tiene

sus extremos anclado en branas, por otra parte, el hecho de que postular cuerdas

cerradas para el tiempo implica una súper simetría o SUSY espacio-temporal para

el modelo teórico que se denomina “Teoría de Cuerdas” y eso conlleva un gran

problema puesto que no existe tal simetría como simetría propia de la teoría y por

lo tanto solamente generalizaciones de esta simetría se pueden apreciar en la

Teoría de Cuerdas, por no ser exacta y propia de estas.

ENSAYO

“Una teoría para gobernarlas a todas”

La teoría de cuerdas es un modelo físico que trata de unificar todas las fuerzas de

la naturaleza, actualmente se conocen cuatro tipos de fuerzas que son las que se

están intentando unificar: la gravedad, el electromagnetismo y las dos fuerzas de

los átomos las fuerzas nucleares débiles y fuertes. El problema de la física con

respecto a estas fuerzas se da cuando se pretende explicar las interacciones entre

ellas. De las cuatro fuerzas anteriormente citadas la más conocida es sin duda la

de la gravedad que Newton (Mecánica clásica) nos dio a conocer y

que Einstein (Mecánica relativista) revisó diciendo que el espacio en si está siendo

retorcido y curvado continuamente por la materia y la energía moviéndose dentro

de él, y el tiempo fluye a diferentes velocidades para distintos observadores.

Esto significa que la gravedad es una deformación de la geometría del espacio

tiempo representada como una maya que es deformada por la tierra. Además

puesto que la tierra gira, esta curvatura se distorsiona hasta un vórtice poco

profundo.

Ahora, incluso la teoría de Einstein parece que no ofrece una explicación

completa, ya que la mecánica cuántica es incompatible con la teoría de Einstein ya

que cuando estas dos teorías se usan conjuntamente, las ecuaciones combinadas

producen soluciones sin sentido. Ante esta problemática surge la teoría de las

cuerdas, como una imaginativa solución que podría funcionar.

Dicha teoría describe a todas las diversas partículas fundamentales como

manifestaciones diferentes de una partícula básica “una cuerda”.

Estas cuerdas oscilarían, y según la manera en que lo hiciesen se formarían unas

partículas u otras. Así pues según esta teoría, absolutamente todas las partículas

estarían formadas por un mismo elemento, las cuerdas.

Para que esto pueda ser posible, la teoría de las cuerdas necesita ampliar las

cuatro dimensiones que conocemos (las tres espaciales y el tiempo), pero aquí

hay disparidad de opiniones, unos opinan que serían necesarias hasta 11

dimensiones diferentes y otros que con 10 serían suficientes. La forma de explicar

la existencia de estas dimensiones suplementarias y que no se hayan descubierto

todavía es que estas dimensiones estarían dentro de las cuatro fundamentales

pero no reconocibles por que se darían a nivel subatómico (si se ve una pelota

desde lejos aparentemente parece que es un punto de una sola dimensión pero si

nos acercamos observamos que tiene un ancho, un alto y un largo).

El número de dimensiones necesarias, no es el único punto en el que se discrepa

a la hora de definir la teoría de las cuerdas, de hecho existen cinco variantes:

1. La teoría de tipo I, donde aparecen tanto “cuerdas” y D-branas abiertas como

cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-

branas tienen 1, 5 y 9 dimensiones espaciales.

2. La teoría de tipo IIA, es también una teoría de 10 dimensiones pero que emplea

sólo cuerdas y D-branas cerradas. Incorpora dos gravitones (partículas teóricas

asociadas al gravitón mediante relaciones de supersimetría). Usa D-branas de

dimensión 0, 2, 4, 6, y 8.

3. La teoría de tipo IIB.

4. La teoría de heteróclita-O, basada en el grupo de simetría O(32).

5. La teoría de heteróclita-E, basada en el grupo de Lie excepcional E8. Fue

propuesta en 1987 por Gross, Harvey, Martinec y Rohm.

.

ANALISIS DE ELEMENTOS

TEMA: La Teoría de Cuerdas

PROBLEMA: Las leyes matemáticas de la Relatividad General Clásica no

funcionan en una singularidad.

PROBLEMA 2: La mecánica cuántica es incompatible con la teoría de Einstein ya

que cuando estas dos teorías se usan conjuntamente, las ecuaciones combinadas

producen soluciones sin sentido

PREGUNTA: ¿Podrá la Teoría de Cuerdas redefinir la teoría del Big Bang?

OBJETIVOS: Con este tema de investigación se quiere conseguir poder demostrar

que no todo ha sido como creíamos, qué quizás existen más Universos y que la

Teoría del Big Bang es errónea.

ETICA INVESTIGATIVA: El respeto por las creencias de los demás científicos al

evitar el plagio, y el hurto de información, también se maneja discreción entre los

postulantes.

PERTINENCIA: La mayoría de la comunidad científica lo considera esta teoría

como la mejor candidata para ofrecer una teoría unificada porque la teoría de

cuerdas no solo hace consistente los dos paradigmas de la mecánica cuántica y la

relatividad general, sino que en el mismo paquete te ofrece una teoría que

contiene el resto de las interacciones fundamentales de la naturaleza. Es una

teoría cuántica y relativista, los dos pilares siguen intocables. La principal novedad

es que todas las partículas fundamentales corresponden a diferentes modos de

vibración de cuerdas extremadamente diminutas.

COHERENCIA: Maneja la Coherencia dado el orden del ensayo, inicia con una

introducción, sigue con un desarrollo y finaliza con un cierre.

ADECUACION: Se presenta al inicio de la investigación cuando me refiero a los

lectores y no me refiero a como si estuviera en un lugar inapropiado, ejempló: Es

adecuado que cuando alguien llegue al salón de clase en este caso un profesor y

saludarlo como “Buenos días maestro” a saludarlo “Entonces que muchachón”

METODOLOGIA: Se postulo un artículo referente a la Teoría de Cuerdas, luego se

prosiguió con un pequeño resumen y para finalizar se realizo un ensayo sobre

dicho tema.

RESULTADOS: Los resultado obtenidos mediante esta investigación es que

dados las teorías que involucra esta siempre tratara de explicar y dar sentido a

otras teorías, que es posible que existan más dimensiones ,aun mas de las que se

conoce

CONCLUCIONES: Sin importar el resultado que nos depara la Teoría de Cuerdas,

los científicos seguirán adelante. La humanidad siempre se ha guiado por la

curiosidad, y exploramos lo desconocido, y dentro de cien o mil años el concepto

actual del cosmos parecerá absolutamente incompleto. Pero sin duda, lo que

llamamos Teoría de Cuerdas es un legado del poder de la creatividad humana. Ha

abierto un nuevo espectro de posibles respuestas a unas preguntas históricas y

con ello hemos realizado un intento de llegar a comprender este universo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

http://www.cienciakanija.com/2007/04/02/la-teoria-de-cuerdas-redefine-el-big-

bang/

Physical Review Letters ,27 de enero de 2006 edición digital.

https://www.google.com.co/#q=teoria+de+cuerdas

http://www.nuclecu.unam.mx/~alberto/physics/cuerdas.html

Para mayor información sobre la Teoría de Cuerdas adjuntamos unos videos:

http://www.youtube.com/watch?v=pGX-JsenDYI (PARTE 1)

http://www.youtube.com/watch?v=UEyRePkRh4o (PARTE 2)

http://www.youtube.com/watch?v=Zgdo8d0njHo (PARTE 3)

http://www.youtube.com/watch?v=1MKtIw1Adzc (PARTE 4-FINAL-)