13 diciembre 2011. Los investigadores en Japón han desarrollado lo que podría ser la primera teoría de modelos de cuerdas con un mecanismo natural para explicar por qué nuestro universo parece existir en tres dimensiones espaciales, si en realidad tiene seis más. Según su modelo, sólo tres de las nueve dimensiones comenzaron a crecer en el comienzo del universo, lo que representa tanto para la continua expansión del universo y por su apariencia en tres dimensiones de la naturaleza.
La teoría de cuerdas es una potencial “teoría del todo”, uniendo a toda la materia y las fuerzas en un único marco teórico, que describe el nivel fundamental del universo en términos de cuerdas vibrantes en lugar de partículas. Si bien el marco, naturalmente, puede incorporar la gravedad, incluso a nivel subatómico, implica que el universo tiene propiedades extrañas, como nueve o diez dimensiones espaciales.
Los teóricos de cuerdas han abordado este problema mediante la búsqueda de formas de “compactar” seis o siete de estas dimensiones, o reducirlas hacia abajo. Por desgracia, Jun Nishimura del Alto Comisionado de la Organización de Energía de Investigación del Acelerador (KEK) de Tsukuba dice: “Hay muchas maneras de obtener cuatro dimensiones del espacio-tiempo, y diferentes formas de llevar la física”. La solución no es única y suficiente para producir predicciones útiles.
Estos sistemas de compactación son estudiados a través de la teoría de perturbación, en el que todas las formas posibles de cuerdas que pueden interactuar se suman para describir la interacción. Sin embargo, esto sólo funciona si la interacción es relativamente débil, con una clara jerarquía en la probabilidad de cada posible interacción. Si las interacciones entre las cuerdas son más fuertes, con múltiples resultados igualmente probables, la teoría de perturbación ya no funciona.
Matriz permite una mayor interacción
Las cuerdas de interacción débil no pueden describir el universo temprano, con sus altas energías, densidades y temperaturas, por lo que los investigadores han buscado una manera de estudiar las cuerdas que se afectan en gran medida entre sí. Con este fin, algunos teóricos de cuerdas han tratado de reformular la teoría utilizando matrices.
“La imagen de cuerda se desprende de las matrices en el límite de tamaño de la matriz infinita”, dice Nishimura. Cinco formas de la teoría de cuerdas puedeN ser descritas con la teoría de perturbación, pero sólo una tiene una forma de matriz completa – tipo IIB. Algunos incluso especulan que el tipo de matriz IIB en realidad describe la teoría-M, que se cree la versión fundamental de la teoría de cuerdas que une a los cinco tipos conocidos.
El modelo desarrollado por Sang-Woo Kim de la Universidad de Osaka, Nishimura, y Asato Tsuchiya de la Universidad de Shizuoka describe el comportamiento de las interacciones fuertes de cuerdas en nueve dimensiones espaciales más el tiempo, o 10 dimensiones. A diferencia de la teoría de perturbación, los modelos de la matriz pueden ser simulados numéricamente en las computadoras, moverse por algunas de las dificultades notorias de los cálculos de la teoría de cuerdas. A pesar de que las matrices tendrían que ser infinitamente grande para un modelo perfecto, se limitaban a los tamaños de 8 × 8 a 32 × 32 en la simulación. Los cálculos con las más grandes matrices tomó más de dos meses en una supercomputadora, dice Kim.
Las Propiedades físicas del universo aparecen en las medias de cientos o miles de matrices. Las tendencias que surgieron de aumentar el tamaño de la matriz permitió al equipo extrapolar el modelo de cómo el universo se comportaría si las matrices eran infinitas. “En nuestro trabajo, nos centramos en el tamaño del espacio en función del tiempo”, dice Nishimura.
“Nacimiento del universo”
El tamaño limitado de las matrices no puede verse mucho más allá del principio del universo en su modelo. De lo que puedo decir, que empieza como unas simétricas nueve dimensiones espaciales, con cada dimensión de unos 10 -33 cm. Esta es una unidad fundamental de longitud conocida como la longitud de Planck.
Después de algún paso del tiempo, las interacciones de cuerdas causan que la simetría del universo se rompa de manera espontánea, causando tres de las nueve dimensiones de expansión. Las otras seis se quedan atrofiados en la longitud de Planck. “El momento en que la simetría se rompe es el nacimiento del universo”, dice Nishimura.
“El documento es notable, ya que sugiere que en realidad es un mecanismo para obtener de forma dinámica las cuatro dimensiones de un modelo de matriz de 10 dimensiones”, dice Harold Steinacker de la Universidad de Viena en Austria.
Hikaru Kawai de la Universidad de Kyoto, Japón, quien trabajó con Tsuchiya y otros autores propusó el modelo de matriz IIB en 1997, también está muy interesado en la “clara señal de las cuatro dimensiones espacio-tiempo”. “Sería un gran paso hacia la comprensión del origen de nuestro universo”, dice.
A pesar de que considera que la evolución del modelo de universo en el tiempo es demasiado simple y diferente de la teoría de la relatividad general, dice la nueva dirección que abre la obra es “digno de investigar intensamente”.
No hay comentarios:
Publicar un comentario