Teoria M

Archiu:Calabi-Yau.png

Representació de la varietat de Calabi-Yau un dels candidats per a representar les dimensions compactificadas associades a la teoria M, diferent de les quatre dimensions observables (no-compactificadas) del espai-temps.

La teoria M és una teoria física, proposta com una "teoria del tot" que unifique les quatre forces fonamentals de la naturalea. La teoria M va ser esbossada inicialment per Edward Witten, la seua proposta combinava les cinc teories de supercuerdas i supergravedad en onze dimensions. Té el seu orige en la teoria de cordes, segons la qual totes les partícules són, en realitat, diminutes cordes que vibren a certa freqüència. Segons esta proposta, les partícules són cuerdo vibrant a certa freqüència en un espai-temps que requerix a lo manco onze dimensions.

Esta teoria seguix sent una proposta de treball i si be té ampli respal, no és una teoria en acceptació universal, ya que no existixen proves empíriques a favor seu, sent difícil de verificar donades les energies requerides per a verificar els detalls. Ademés la teoria conté alguns problemes matemàtics no resolts i sol conjeturados de manera aproximada.

Antecedents

Fins a el XIX, es pensava que l'àtom era el bloc més chicotet de matèria. Durant molt temps va ser considerat l'element constituent bàsic i indivisible de la matèria. En els primers anys de el XX es va comprovar que incloïa components més menuts cridats protones, neutrons i electrons, que es coneixen com a partícules subatòmiques. A partir de la década de 1960, es varen descobrir atres partícules subatòmiques. En la década de 1980, es va descobrir que els protones i els neutrons (i uns atres hadrones) estan conformats per chicotetes partícules anomenades quarks. La teoria quàntica és el conjunt de regles que descriuen les interaccions d'estes partícules.

En la década de 1980, es va consolidar un nou tipo de models matemàtics cridats teoria de cordes. Este model sugeria que totes les partícules, i totes les formes d'energia en l'univers, podrien interpretar-se en térmens d'unes hipotètiques «cordes» o objectes unidimensionals, la forma dels quals solament seria perceptible a escales de llongitut comparables en la llongitut de Planck.

Ademés, la teoria d'cuerdo conjectura que l'univers es compon de múltiples dimensions espacials, la major part de les quals estan compactar i solament són perceptibles a molt chicoteta escala. Estem familiarizados en l'altura, l'esgambi i la llongitut: les tres dimensions de l'espai, que en el temps donen un total de quatre dimensions observables, no obstant, la teoria de cordes recolza la possibilitat d'onze dimensions, encara que les 7 restants no les podem detectar directament. Estes «cordes» vibren en múltiples dimensions, i en funció de la forma en que vibren, podrien ser percebudes en l'espai de tres dimensions com matèria, llum, o gravetat. És la vibració de la «cuerdo» la que determina la seua apariència de matèria o energia, i tota forma de matèria o energia és el resultat de la vibració de les cordes.

Pero la teoria de cordes es va trobar en un problema: despuix d'una versió inicial d'equacions que la sustentava, varen ser descobertes atres equacions, igualment coherents. Hi ha cinc grans teories de cordes, totes basades en un univers d'11 dimensions, i totes semblen ser correctes, pero els científics no estaven conformes en l'aparent contradicció de cinc conjunts d'equacions per a descriure el mateix fenomen.

A mitan dels anys 90, Edward Witten, un teòric de cordes de l'Institut d'Estudis Alvançats i uns atres importants investigadors consideren que les cinc diferents versions de la teoria de les cuerdo podria descriure lo mateix vist des de diferents perspectives. Es va propondre l'unificació en una teoria anomenada «Teoria M», en que la «M» no està específicament definit, pero s'entén com a «membranes». La teoria M va agrupar totes les teories de cordes, en afirmar que les cordes són realment «anells» unidimensionals d'una «membrana» bidimensional que vibra en un espai undecidimensional (un espai de l'undècima dimensió).

Archiu:Corde caps block 2 a fortement couplée.svg

Quan

g_{s}

aumenta en la Teoria IIA, la corda fonamental adquirix una estructura més complexa que devé en una «membrana» a on el volum de l'univers és tridimensional.

Teoria de cordes

Per a entendre la teoria M és necessari entendre una miqueta de la teoria de cordes. Durant centenars d'anys la física ha operat en el paradigma de que les partícules fonamentals, com el familiar electró, són com a punts, o de zero dimensions. Si es volguera resumir la teoria de cordes en una sola idea, es resumiria dient que esta suposició és incorrecta. En lloc d'açò, la teoria de cordes propon que l'univers està fonamentalment compost per objectes unidimensionals que són similars a una corda. Estes cordes serien tan chicotetes que inclús en la diminuta escala de les partícules semblarien com a punts. En la teoria d'cuerdo cada partícula és creada d'alguna forma per diferents patrons de vibració de les cordes. Un podria preguntar-se per qué els físics s'han llimitat ells mateixos a punts de zero dimensions durant tot este temps; la resposta és que és molt més difícil treballar en objectes d'una dimensió i que en freqüència causen problemes en la causalitat i violacions de la llei de la relativitat especial que diu que res pot viajar més ràpit que la velocitat de la llum.

El desenroll de la teoria de cordes ha vingut principalment per un problema extremadament important que ha existit en la física durant casi 100 anys. El problema és que la relativitat general, la teoria desenrollada per Albert Einstein que explica coses en escales molt grans o cosmológicas, és irreconciliable en la mecànica quàntica i el model estàndar, que explica l'univers a escala subatòmica. També existixen atres problemes en el model estàndar: té uns 20 paràmetros lliures que deuen ser ajustats a mà, i té un gran número de partícules que declara fonamentals (per a cada partícula existixen tres còpies organisades en generacions, que solament es diferencien entre sí en la massa). Ademés, degut a que no pot ser reconciliada en la relativitat general, carix d'una descripció de la gravetat.

Usar objectes unidimensionals en lloc de partícules puntuals resol molts d'estos problemes. El número de paràmetros lliures de la teoria cau de 20 a un (un paràmetro que correspon al tamany de les cordes), i s'espera que els detalls de la teoria expliquen per qué existixen les tres famílies de partícules. Encara més important, els teòrics de les cordes varen trobar que la teoria de cordes conté gravitones de forma necessària, és dir, la partícula que causa la gravetat. Edward Witten, l'autor de la teoria-M, chanceja que la teoria de cordes té la notable evidència experimental que la gravetat existix al nostre entorn. Per tant, la teoria de cordes unix de forma satisfactòria la Relativitat General en la Mecànica Quàntica.

No obstant, la teoria de cordes presenta alguns problemes. En primer lloc, requerix 10 dimensions per a que les cuerdo puguen vibrar, en contraposició a les 4 dimensions (3 espacials i 1 temporal) que podem observar comunament. Açò pot semblar incongruent; no obstant, és possible que les 6 dimensions extra siguen extremadament chicotetes i curvades. Per eixemple, si es mira a un tubo des d'una gran distància, sembla ser una llínea (unidimensional). Una inspecció més propenca del tubo revela 2 dimensions: una a lo llarc del tubo (la que vàrem vore des de llunt) i una al voltant del tubo. Per tant, el tubo és realment una superfície bidimensional a pesar del fet que sembla ser una llínea des de llunt.

Un atre problema en la teoria de cordes és que presenta 5 formulació diferents. Este fet és clau per a entendre on encaixa la teoria-M. Les 5 teories diferixen en quina classe de cordes permeten i en cóm implementen la supersimetría, una part tècnica de la teoria de cordes que conduïx al nom comunament usat de teoria de supercuerdas. Estes 5 teories diferents, cridades esotéricamente Tipo I, Tipo IIA, Tipo IIB, SO(32) i I₈×I₈ (llegit E8 "per" E8), són en certa forma un excés de riquea per als teòrics de les cordes. ya que la teoria de cordes proclama ser una teoria de tot, deuria haver una sola formulació consistent de la teoria, pero en el seu lloc hi ha 5. Ací és a on apareix al rescat la teoria-M.

Introducció de la teoria M

En 1995, Edward Witten va iniciar lo que ha segut cridat la Segona Revolució de les Supercuerdas en presentar al món la teoria-M. Esta teoria combina les cinc diferents teories de cordes (junt en l'intent prèviament abandonat d'unificar la Relativitat General i la Mecànica Quàntica cridat supergravedad onze-dimensional) en una única teoria. Açò es conseguix teixint una ret de relacions entre les teories anomenades dualidades (específicament, dualitat-S, dualitat T, i dualitat-O). Cada una d'estes dualidades proveïx un modo de convertir una teoria de cordes en una atra.

La T-dualitat és provablement la més fàcilment explicable de les dualidades. Té que vore en el tamany, denotat per R, de les dimensions curvades de les teories de cordes. Es va descobrir que si es pren una teoria de cordes de tipo IIA en un tamany R, i es canvia el radi a 1/R, s'obté lo que és equivalent a una teoria de tipo IIB de tamany R. Esta dualitat, junt en les atres, crea conexions entre les 5 teories (o 6, si es conta la supergravedad).

De fet, l'existència d'estes dualidades es coneixia abans que Witten presentara l'idea de la teoria-M. Lo que va fer Witten va ser predir el fet de que totes estes diferents teories estigueren conectades és un resultat de que hi ha una teoria subjacent de la qual són totes aproximacions. Adicionalment, es va trobar que les equacions que requerixen que la teoria de cordes existixca en 10 dimensions són també aproximacions. La teoria-M proposta (encara que alguna cosa nebulosa) seria una teoria que es realisaria en 11 dimensions, encara que els detalls no s'han fixat encara.

Qué significa la "M"

D'acort en el seu creador, Edward Witten, com es va acotar en el documental de la PBS basat en el llibre de Brian Greene "L'univers elegant", la "M" en la teoria-M "significa màgia, misteri o membrana (este últim terme pel que originalment va nàixer la M) d'acort en el gust d'cada cual". També va afegir: "Alguns cínics han sugerit ocasionalment que la M també significa murky (cenagoso), ya que el nivell de comprensió de la teoria és en realitat primitiu". Llavors, humorísticamente, va afegir: "¡Pot ser que no deguera haver-li-ho dit!".

Uns atres donen significat a la M com "Matriu", "Mare de totes les cuerdo" o "Madness" (locada).

Els escèptics de la teoria-M han chancejat que la "M" significa "Moronic" (estúpit), o "Mud" (fanc), que representa la brutea. Alguns també sugerixen que la M és una W donada el regrés, per "Witten".

Descripció de la teoria

Archiu:Edward Witten.jpg

Edward Witten

En física, la Teoria-M (a voltes denominada Teoria-O) és la proposició d'una “Teoria universal” que unifique les cinc teories de les supercuerdas. Basada en els treballs de varis científics teòrics (inclosos: Chris Hull, Paul Townsend, Ashoke Sen, Michael Duff i John H. Schwarz), Edward Witten, de el “Institute for Advanced Study”, va sugerir l'existència de les supercuerdas en una conferència en l'Universitat del Sur de Califòrnia en 1995, usant a la Teoria-M per a explicar un número de dualidades prèviament observades, donant el chispazo per a una nova investigació de la teoria de les cuerdo cridada segona revolució de supercuerdas.

En esta teoria s'identifiquen 11 dimensions, a on la supergravedad interactua entre membranes de 2 a 5 dimensions. Açò evidenciaria l'existència d'infinits univers paralels, alguns dels quals serien com el nostre en majors o menors diferències, i uns atres que serien impensables en 4 o 5 dimensions. Açò explicaria la debilitat de la gravetat, puix la partícula del gravitón seria l'única que podria passar per totes les membranes, perdent la seua força.

Al començament dels anys 1990, es va postular que les diferents teories de les supercuerdas estaven relacionades per dualidades, que permetien als físics relacionar la descripció d'un objecte en una teoria de supercuerdas per a finalment descriure un objecte diferent d'una atra teoria. Estes relacions impliquen que cada una de les teories de supercuerdas és un diferent aspecte d'una sola teoria, proposta per Witten, i cridada “Teoria-M”

La teoria-M no està completa; no obstant, pot aplicar-se a moltes situacions. La teoria del electromagnetisme també es trobava en el mateix estat a mitan de el XIX; hi havia teories separades per al magnetisme i l'electricitat i, encara que eren conegudes per estar relacionades, la relació exacta no es va clarificar fins que James Clerk Maxwell va publicar les seues equacions en el seu treball de 1864, Una Teoria Dinàmica del Camp Electromagnètic. Witten havia sugerit que una fòrmula general de la teoria-M provablement requeriria del desenroll d'un nou llenguage matemàtic. Alguns científics han qüestionat els èxits tangibles de la Teoria-M dau el seu estat incomplet i el seu poder llimitat de predicció inclús despuix d'anys d'intenses investigacions. Abans de 1998 es coneixien cinc teories de supercuerda consistents, que són cridades respectivament: Teoria de cordes de Tipo I, teoria de cordes de Tipo IIA, teoria de cordes de Tipo IIB, teoria de corda heterótica SO(32) (corda HO), i la teoria de corda heterótica I8xE8 (corda HE). Com sugerixen els seus noms, algunes d'estes teories de cordes estan relacionades entre sí. En 1990, els teòrics varen descobrir que algunes d'estes relacions eren tan fortes que es podien usar com la seua identificació. La teoria d'cuerdo Tipo IIA i la de Tipo IIB estan conectades per dualitat-T; açò significa que essencialment la descripció de la teoria d'cuerdo Tipo IIA d'un círcul de ràdio R és exactament el mateix en la descripció de el IIB de círcul de radi 1/R, que són distàncies medides en unitats de distància de Planck.

Est és un resultat molt profunt. Primer, és un resultat intrínsecament mecànic-quàntic: l'identificació no és verdaderament clàssica. Segon, perque podem construir un espai en unir círculs en vàries formes, es pot notar que qualsevol espai descrit per la teoria de corda IIA també pot ser vista com un espai diferent al descrit per la teoria IIB. Açò significa que podem identificar la teoria IIA en la teoria IIB: qualsevol objecte que pot ser descrit per la teoria IIA té una descripció equivalent, encara que aparentment diferent, en térmens de la teoria IIB. Açò sugerix que tant la teoria IIA com la teoria IIB, són aspectes d'una mateixa teoria.

Característiques

La teoria M conté molt més que cuerdo. Conté tant objectes de major com a menor dimensionalidad. Estos objectes són cridats P-branas a on P denota la seua dimensionalidad (aixina, una 1-brana és una corda i 2-brana una membrana, etc.) o D-branas (si són cuerdo obertes). Objectes de majors dimensions sempre varen estar presents en la teoria de cordes pero mai varen poder ser estudiats abans de la Segona Revolució de les Supercuerdas per la seua naturalea no-perturbativa. Inclús s'ha sugerit que el Big Bang va ser produït per la colisió de dos d'estes membranes, brotant el nostre univers.

Objectes de la teoria

AP La teoria M concep una jerarquia d'esferes i membranes sense fi pero en un orde subjacent. Per a esta hipòtesis, cridada "orde holográfico", definirà entre uns atres, el dinamisme i/o relacions dins del sistema.

Vore també

Referències

Bibliografia

arXiv:9908142. (Text en espanyol)

Brian Greene ha escrit varis llibres explicant la teoria de cordes i la teoria-M:

L'univers elegant: The Elegant Universe, 1999, ISBN 0-375-70811-1
The Fabric of the Cosmos, 2004, ISBN 0-375-41288-3.
Michael J. Duff, The Theory Formerly Known as Strings, Scientific American, February 1998, online at The University of Michigan.
John Gribbin, The Search for Superstrings, Symmetry, and the Theory of Everything, ISBN 0-316-32975-4, Little, Brown & Company, 1ST BACK B Edition, August 2000, specifically pages 177-180.
Brian Greene, The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, ISBN 0-393-04688-5, W.W. Norton & Company, February 1999 [existix una edició espanyola, L'univers elegant, Ed. Critica, Drakontos, ISBN 84-8432-781-7, 2006].
Banks, T., W. Fischer, S. H. Shenker, L. Suskind (1996). M Theory As A Matrix Model: A Conjecture
B. de Wit, J. Hoppe, H. Nicolai, "On The Quàntum Mechanics Of Supermembranes". Nucl.Phys. B305:545 (1988).
Duff, Michael J., M-Theory (the Theory Formerly Known as Strings), International Journal of Modern Physics A, 11 (1996) 5623-5642, online at Cornell University's arXiv ePrint server [1].
Gribbin, John. The Search for Superstrings, Symmetry, and the Theory of Everything, ISBN 0-316-32975-4, Little, Brown & Company, 1ST BACK B Edition, August 2000, specifically pages 177-180.
Greene, Brian. The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, ISBN 0-393-04688-5, W.W. Norton & Company, February 1999
Kaku, Michio (December 2004). Parallel Worlds: A Journey Through Creation, Higher Dimensions, and the Future of the Cosmos. Doubleday. ISBN 0-385-50986-3, 448.
Taubes, Gary. "String theorists find a Rosetta Stone." Science, v. 285, July 23, 1999: 512-515, 517. Q1.S35

Witten, Edward. Magic, Mystery and Matrix, Notices of the AMS, October 1998, 1124-1129
Duff, Michael J. [2], "The Theory Formerly Known As Strings". Scientific American, February 1998, pages 64–69.

Enllaços externs

M-Theory-Cambridge
M-Theory-Caltech [3] archivat en Wayback Machine.
The Elegant Universe Conté una série de videos de divulgació on line sobre les principals teories cosmológicas, des de la Relativitat d'Einstein fins a les Teoria M.
Documental L'univers Elegant, la teoria de cordes (en tres parts)
The Elegant Universe - Una miniserie de tres hores en Brian Greene per NOVA (original PBS Broadcast Dates: October 28th, 8-10 p.m. and November 4, 8-9 p.m., 2003). Conté vàries imàgens, texts, vídeos i animacions explicant la teoria de cordes i la teoria-M.
Superstringtheory.com - El "Sitie web oficial de la teoria d'cuerdo", creat per Patricia Schwarz. Presenta excelents referències sobre la teoria de cordes i de la teoria-M per al llec i l'expert.
Basics of M-Theory [4] archivat en Wayback Machine. per A. Miemiec i I. Schnakenburg són unes notes de classe sobre la teoria-M publicades en Fortsch.Phys.54:5-72,2006.
Documental L'univers Elegant, la teoria de cordes (doblat a l'espanyol i dividit en tres parts)

Este artícul conté una traducció derivada de «Teoría M» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.