Supercuerdas, revolució o somni?

1992/04/01 Martin Axpe, Iñaki Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Segons aquesta teoria, que ha atret l'atenció de tants premis Nobel, les fraccions no serien punts minúsculs, sinó cordes vibrants. A més, el nostre Univers tindria quatre dimensions no i deu: les tres espacials, el temporal i altres sis que no veiem. Què comeria! D'on anem amb tot això?

De tant en tant sorgeixen teories que qüestionen les nostres creences anteriors i creen visions revolucionàries des de nous punts de vista. La majoria d'elles s'obliden del silenci, altres poques competeixen i només algunes d'elles són acceptades per tots.

Figura . Una corda de violí vibra de moltes maneres. I és que cadascuna d'aquestes formes correspon a una nota diferent. En el cas de les fraccions, cada forma de vibració de la corda correspon a una fracció de diferent massa. Per exemple, el muón té més massa que l'electró. Segons les teories de les supercuerdas, ambdues són una corda, però mentre l'electró vibra com la primera corda de la imatge, el muón vibra com la segona.

Aquest exemple no és real sinó una imatge similar

Les teories de les supercuerdas també van aconseguir atreure l'atenció dels científics més prestigiosos i aprendre en les millors universitats fa cinc anys. Fins ara no han estat més que un somni bonic i desitjable, però algun dia podrien arribar a ser una revolució. Per tant, és preferible estar informat.

Evolució històrica

La primera aparició de les cordes va ser un fracàs. En 1968, abans que aparegués la teoria dels quarks, els científics estaven preocupats pel comportament dels hadrons (vegeu “Fraccions bàsiques: el nucli de la matèria” Elhuyar Z. i T. Núm. 55. gener 1992). Sokena era una teoria proposada per a explicar aquest comportament. Segons això, els hadrons no eren fraccions puntuals, sinó entenimentades girant. Fins i tot quan el model de Quarke va demostrar la seva solidesa, van intentar explicar que les teories de les cordes es descartaven, és a dir, que no sempre estaven dins dels hadrons i mai lliures (veure quadre).

Tot en va; en 1974 la cromodinámica quàntica (QCD) es va expandir i va acceptar, deixant a un costat les propostes sobre les cordes.

No obstant això, conscient que algunes ciències demanaven una fracció especial de les teories de la corda, va seguir endavant. Aquesta peça especial tenia les característiques del gravitó i es va pensar a utilitzar les cordes per a explicar la gravitació. En 1980, a més, van aplicar una supersimetría que intercanvia totes les fraccions, creant teories sobre supercuerdas. La supersimetría uneix fermions i bosons que treballen en la naturalesa. Per tant, la teoria de les supercuerdas faria realitat, com mai, la major unitat de les lleis de la física.

Per a l'any 1986, tota la comunitat científica (excepte algunes excepcions) es va mostrar molt interessada en els supercuerdas.

En què consisteix el valor dels supercuerdas?

Mecànica quàntica vs relativitat general

XX. El fet que les dues bases de la física del segle XX, la teoria de la relativitat i la mecànica quàntica, siguin útils i incompatibles, ha provocat sempre una inquietud en els científics.

I és que totes dues teories són correctes en àmbits d'ús habitual. Els problemes apareixen a molt poca ^distància, 10-35 m. D'una banda, per a aplicar la mecànica quàntica al camp gravitatori cal reconèixer que la curvatura espaciotemporal és molt petita, ja que en cas contrari sortirien infinits eventros absurds. Però d'altra banda, la mecànica quàntica reivindica la incertesa de l'energia, i com la massa i l'energia són el mateix, la incertesa de l'energia es materialitza mitjançant la generació espontània de fraccions imaginàries en buit.

Si la ^distància és menor de 10-35 m, l'energia (i la seva incertesa) és tan gran que, segons la relativitat general, es creguin forats negres virtuals. I com sabem, els forats negres tenen una curvatura molt gran. Per tant, podem considerar l'espai com molt corb a aquestes distàncies, però, com hem dit al principi, si la curvatura és gran, les solucions de la mecànica quàntica són infinits absurds.

Aquest és, per tant, el XX. La contradicció de la física del segle XX: tant la Teoria de la Relativitat com la Mecànica Quàntica són correctes en la majoria de les aplicacions (l'astronomia i la microelectrònica local), però a petita distància una de les dues teories (o totes dues) està equivocada.

Els científics creuen que poden tenir solució en les supercuerdas per a alliberar aquest duro nu.

Cordes vibrants

Figura . Les cordes de les fraccions no serien obertes, sinó tancades, com a anells vibrants.

Per què es produeixen les estimacions infinites anteriorment esmentades? Perquè les fraccions es consideraven punts, és a dir, sense dimensions. El problema és com quan alguna cosa es divideix per zero. Les cordes, no obstant això, tenen una dimensió (longitud) en la qual els infinits desapareixen.

Segons la teoria de les supercuerdas, per tant, totes les fraccions bàsiques són les sokas. A més, una corda pot vibrar de diverses formes (veure figura 1). Cadascun d'aquests estats de vibració correspondria a una fracció de diferent massa. És a dir, la diferència entre dues fraccions conegudes és l'estat de vibració. A major energia, major massa i estat de vibració. D'altra banda, segons els casos més acceptats, les cordes serien tancades (veure figura 2).

Si és cert, ha dit això que el “model estàndard” de les fraccions bàsiques està equivocat? Ni molt menys. Recordeu que la mecànica d'Einstein no desmentió la de Newton, sinó que la va estendre, és a dir, la mecànica de Newton era el cas especial i restringit d'una altra més general, la d'Einstein.

La situació actual és la mateixa. Les fraccions “en grans distàncies” semblen ser puntuals, tenen una activitat puntual i el model estàndard és perfectament correcte. A poca distància ^(10-35 m), no obstant això, veurem que les fraccions són veritablement anells vibrants de corda i una altra sorpresa.

10 dimensions

La teoria de les supercuerdas requereix que el nostre Univers tingui 10 dimensions. La solució per a superar aquest obstacle és la següent: quatre dimensions (tres espacials i temporal) són les que percebem diàriament, i les altres sis dimensions estan emmarcades en una petita boleta. Així, un punt de l'espai és en realitat ^una boleta semidimensional recollida a 10-35 m. La mesura és tan petita que no podem veure altres dimensions.

Admetent de nou que l'Univers té quatre dimensions en grans distàncies, no hi ha cap error. Però una vegada ^descendim als 10-35 m, es notarien les 10 dimensions.

I és veritat?

Les noves condicions són que la fracció tingui cordes i que l'Univers tingui 10 dimensions. Què hem guanyat a canvi?

En primer lloc, eliminar les contradiccions entre la Teoria de la Relativitat i la Mecànica Quàntica. En segon lloc, que totes les fraccions i forces diferents apareguin en un únic model, és a dir, que tota la naturalesa es redueixi a unes poques lleis.

Però per als qui estan en contra de les supercuerdas, en canvi, aquesta teoria no ha demostrat res i no proposa experiments d'afirmació. La seva característica principal és la seva bellesa i, al marge d'això, diuen que no és més que una retolica de la gent que somia.

Aquests últims tenen una mica de raó. De fet, les aportacions de la teoria ^estan disponibles durant 10-35 m, però l'accés a aquesta distància és totalment impossible amb l'instrumental actual, és a dir, no hi ha cap manera d'experimentar.

No obstant això, sempre necessitem saber més sobre el nostre món, i si a aquesta teoria s'esgota el cabal, necessitem un altre. A més, si fos correcte, guanyaríem més que perdre. Per això, malgrat somiar, molts científics han començat a explotar la línia de supercuerdas. El temps té la paraula.

Derrota en l'origen de les cordes

Quan van aparèixer les cordes, van intentar explicar l'estructura dels hadrons. Per a això, deien que els hadrons eren entenimentades girant. A mesura que la corda gira, la longitud s'allarga. Quan la longitud és suficient perquè els extrems es moguin amb la velocitat de la llum, la força centrífuga assimila la tensió. Aquest model, no obstant això, estava equivocat. Es va imposar el model de quarks i es rebutja el de cordes.

Quan es va descobrir que els hadrons estaven composts de quarkes, es van utilitzar per a explicar el rebuig de les cordes. Com sabem, els quarks no poden sortir dels hadrons i en caure es crea una fonda. Les teories de la corda ho van explicar així:

Les quarkas són els extrems de les cordes (a), en la grandària dels hadrons la força forta (identificada amb la tensió de la corda) és petita (b), però si tractem de comparar-la apareix una força enorme (c). I si alliberem el quarca (és a dir, trenquem la corda) apareix un nou hadró i fonda (d). Aquest segon model també va haver de ser descartat quan va aparèixer la Cromodinámica Quàntica (QCD).