Introducción a la teoría M

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String theory
Fundamental objects
String Cosmic string Brane D-brane
Perturbative theory
Bosonic Superstring (Type I, Type II, Heterotic)
Non-perturbative results
S-duality T-duality U-duality M-theory F-theory AdS/CFT correspondence
Phenomenology
Phenomenology Cosmology Landscape
Mathematics
Geometric Langlands correspondence Mirror symmetry Monstrous moonshine Vertex algebra K-theory
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History Glossary
v t e

En términos no técnicos, la teoría M presenta una idea sobre la sustancia básica del universo . Aunque no se conoce una formulación matemática completa de la teoría M, el enfoque general es el principal candidato para una " Teoría del Todo " universal que unifique la gravedad con otras fuerzas como el electromagnetismo . La teoría M tiene como objetivo unificar la mecánica cuántica con la fuerza gravitatoria de la relatividad general de una manera matemáticamente consistente. En comparación, otras teorías como la gravedad cuántica de bucles son consideradas por los físicos e investigadores como menos elegantes, porque postulan que la gravedad es completamente diferente de fuerzas como la fuerza electromagnética. ^{[1] [2] [3]}

A principios del siglo XX, se demostró que el átomo  (que durante mucho tiempo se creyó que era el bloque de construcción más pequeño de la materia  ) estaba formado por componentes aún más pequeños llamados protones , neutrones y electrones , que se conocen como partículas subatómicas . En la década de 1960, comenzaron a descubrirse otras partículas subatómicas. En la década de 1970, se descubrió que los protones y los neutrones (y otros hadrones ) están compuestos a su vez de partículas más pequeñas llamadas quarks . El Modelo Estándar es el conjunto de reglas que describe las interacciones de estas partículas.

En la década de 1980, surgió un nuevo modelo matemático de física teórica , llamado teoría de cuerdas . Demostró cómo todas las diferentes partículas subatómicas conocidas por la ciencia podrían construirse mediante "cuerdas" unidimensionales hipotéticas, bloques de construcción infinitesimales que solo tienen la dimensión de longitud, pero no altura o anchura. Estas cuerdas vibran en múltiples dimensiones y, dependiendo de cómo vibren, podrían verse en el espacio tridimensional como materia, luz o gravedad. En la teoría de cuerdas, se dice que cada forma de materia es el resultado de la vibración de cuerdas.

Sin embargo, para que la teoría de cuerdas sea matemáticamente consistente, las cuerdas deben vivir en un universo con diez dimensiones . La teoría de cuerdas explica nuestra percepción del universo como si tuviera cuatro dimensiones (tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal) imaginando que las seis dimensiones adicionales están "enrolladas", tan pequeñas que no pueden observarse día a día. El término técnico para esto es compactificación . Estas dimensiones suelen adoptar la forma de objetos matemáticos llamados variedades de Calabi-Yau .

Se desarrollaron cinco teorías de cuerdas principales y se descubrió que eran matemáticamente coherentes con el principio de que toda la materia está formada por cuerdas. Tener cinco versiones diferentes de la teoría de cuerdas se consideraba un enigma.

En su intervención en la conferencia sobre teoría de cuerdas celebrada en la Universidad del Sur de California en 1995, Edward Witten, del Instituto de Estudios Avanzados, sugirió que las cinco versiones diferentes de la teoría de cuerdas podrían estar describiendo la misma cosa vista desde diferentes perspectivas. ^[4] Propuso una teoría unificadora llamada " teoría M ", que reunía todas las teorías de cuerdas. Lo hizo afirmando que las cuerdas son una aproximación de membranas bidimensionales enrolladas que vibran en un espacio-tiempo de 11 dimensiones . Según Witten, la M podría significar "magia", "misterio" o "membrana" según el gusto, y el verdadero significado del título debería decidirse cuando se descubra una mejor comprensión de la teoría. ^[5]

La teoría M no está completa y las matemáticas de su planteamiento aún no se comprenden bien. La teoría M es una teoría de la gravedad cuántica y, como todas las demás, no ha obtenido evidencia experimental que confirme su validez. ^[1] Tampoco distingue a nuestro universo observable como algo especial y, por lo tanto, no pretende predecir a partir de principios básicos todo lo que podemos medir sobre él.

Sin embargo, algunos físicos se sienten atraídos por la teoría M debido a su grado de singularidad y su rico conjunto de propiedades matemáticas, lo que despierta la esperanza de que pueda describir nuestro mundo dentro de un marco único.

Una característica de la teoría M que ha generado gran interés es que predice naturalmente la existencia del gravitón , una partícula de espín 2 que se supone que media la fuerza gravitatoria. Además, la teoría M predice naturalmente un fenómeno que se asemeja a la evaporación de un agujero negro . Las teorías de unificación competidoras, como la gravedad asintóticamente segura , la teoría E8 , la geometría no conmutativa y los sistemas fermiónicos causales , no han demostrado ningún nivel de consistencia matemática.

• Historia de la teoría de cuerdas

• Greene, B. (1999). El universo elegante: supercuerdas, dimensiones ocultas y la búsqueda de la teoría definitiva . WW Norton . ISBN 978-0-375-70811-4.
• Greene, B. (2004). La trama del cosmos: espacio, tiempo y la textura de la realidad . Alfred A. Knopf . Bibcode :2004fcst.book.....G. ISBN 978-0-375-41288-2.
• Miemic, A.; Schnakenburg, I. (2006). "Conceptos básicos de la teoría M". Fortschritte der Physik . 54 (1): 5–72. arXiv : hep-th/0509137 . Código Bib : 2006ParaPh..54....5M. doi :10.1002/prop.200510256. S2CID  98007313.
• Musser, G. (2008). Guía completa para idiotas sobre la teoría de cuerdas . Alpha Books . ISBN 978-1-59257-702-6.
• Smolin, L. (2006). El problema de la física . Houghton Mifflin . ISBN 978-0-618-55105-7.
• Woit, P. (2006). Ni siquiera equivocado: el fracaso de la teoría de cuerdas y el desafío continuo de unificar las leyes de la física . Basic Books . ISBN 978-0-465-09275-8.

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• The Elegant Universe: miniserie de tres horas con Brian Greene de NOVA (fechas de emisión originales en PBS: 28 de octubre y 4 de noviembre de 2003). Varias imágenes, textos, videos y animaciones que explican la teoría de cuerdas y la teoría M.