Descargo de responsabilidad: no entiendo la teoría de cuerdas en sí. Entonces, alguien con conocimiento puede complementar la respuesta con ejemplos reales de lo que tal vez podrían entenderse los efectos detallados utilizando la física de cuerdas.
Sin embargo, fundamentalmente, piense en el estado actual de la física en términos muy simples. Consulte esta pregunta para comprender qué es una cadena: ¿Cuáles son las cadenas en la teoría de cuerdas, en términos simples?
La humanidad siempre ha tratado de descifrar de qué están hechas las cosas. Hace mucho tiempo, se pensaba que todo era “Tierra, Viento y Fuego”. Más tarde, el griego propuso la idea de que los átomos son las cosas más pequeñas que se hacen.
La idea de los átomos fue extremadamente exitosa y fue la base para la clasificación de elementos por Mendeleeev (tablas periódicas) a mediados del siglo 90. Los elementos (átomos) están agrupados por pesos atómicos y consisten en electrones, neutrones, protones.
También a mediados del siglo XIX, Alexander Maxwell formuló las leyes del electromagnetismo describiendo las fuerzas eléctricas y magnéticas de manera unificada. Esto se sumó a la comprensión de las fuerzas mecánicas desarrolladas por Newton.
El descubrimiento de la radiactividad agregó otra fuerza a la comprensión del mundo. Se llama la fuerza nuclear débil.
Entonces, algo a principios del siglo XX. Los físicos entendieron la existencia de tres fuerzas. Gravitación, electromagnetismo, fuerza nuclear débil y material de pensamiento formado por electrones, protones y neutrones. En gran medida, estas fuerzas y partículas aún hoy pueden usarse para describir con precisión lo que sucede en el mundo natural que nos rodea en la tierra.
A principios del siglo XX, la mecánica cuántica comenzó a unificar partículas y fuerzas. Se entendió que las fuerzas electromagnéticas son interacciones entre estados de energía cuantificados de los fotones con electrones (Quantum Electro Dynamics – QED).
Al mismo tiempo, Albert Einstein explicó la gravitación como la curvatura del espacio-tiempo.
Así comenzó a lo largo del siglo XX la búsqueda de una comprensión más profunda de las partículas y fuerzas y sus unificaciones basadas en el modelo cuántico, extremadamente exitoso y verificable. La fuerza nuclear fuerte se agregó a las otras tres fuerzas para explicar el hecho de que los núcleos atómicos no se desintegran, aunque las fuerzas electromagnéticas lo separan (dinámica cuántica cronológica o QCD).
Esta búsqueda condujo al descubrimiento de más y más partículas a medida que se explicaban ciertos fenómenos. Murray Gell-Mann identificó un patrón numérico en muchas de estas partículas y propuso la existencia de tres quarks con una variedad de sabores para poner orden en este zoológico de partículas.
Entonces, terminamos en el cuarto trimestre del siglo XX con la siguiente comprensión del universo:
El modelo estándar en física de partículas describe nuestra comprensión de las fuerzas y los componentes básicos en el mundo subatómico.
Hay doce bloques de construcción básicos. Seis quarks quintos sabores de arriba, abajo, encanto, extraño, inferior y superior. (Un protón, por ejemplo, está formado por dos quarks arriba y uno abajo) y seis leptones. Son el electrón y los compañeros más pesados, el muón y el tauon, así como tres neutrinos. Tenga en cuenta que estas partículas no se pueden ver y algunas tienen una vida media muy corta. Son locos visibles a través de las fuerzas en Colliders y la tierra. Las estrellas, los agujeros negros y el universo primitivo los tenían “naturalmente”.
Luego hay cuatro fuerzas fundamentales en el universo: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débiles y fuertes. Cada uno de estos es producido por partículas fundamentales que actúan como portadores de la fuerza. El más familiar de estos es el fotón, una partícula de luz, que es el mediador de las fuerzas electromagnéticas. (Esto significa que, por ejemplo, un imán atrae un clavo porque ambos objetos intercambian fotones). El gravitón es la partícula asociada con la gravedad. La fuerza fuerte es llevada por ocho partículas conocidas como gluones. Finalmente, la fuerza débil es transmitida por tres partículas, W +, W- y Z.
Estas partículas tienen todas las propiedades que se les atribuyen: masa, giro y carga.
De hecho, las cosas son aún más complejas: por ejemplo: hay antimateria. Las partículas pueden existir en su forma anti, con una carga inversa. Como ejemplo, el positrón es la antipartícula del electrón.
Las teorías actuales unifican estas partículas y fuerzas con la excepción de la gravitación y las partículas asociadas.
Ahí es donde entra en juego la teoría de cuerdas. Está interesado en unificar todo. Hay caminos diferentes y, a veces, conflictivos para lograr esto.
Establece que todas las fuerzas y partículas podrían describirse de cadenas unidimensionales existentes en muchas dimensiones. Al definir inteligentemente estas vibraciones, los físicos de cuerdas intentan explicar las propiedades de las partículas y las fuerzas de interacción como una especie de vibración de esa cuerda (que es una vista clásica y se usa solo de forma gráfica). Las diversas frecuencias y modos de vibraciones definirían las propiedades de la partícula y la interacción. Es matemáticamente muy complejo y las soluciones de las ecuaciones matemáticas revelan soluciones que pueden no existir en la naturaleza. En cierto modo, la teoría de cuerdas es una extensión lógica de la búsqueda de los físicos para unificar el mundo observable en partes más fundamentales. Por así decirlo desde la Tierra, Viento, Fuego a Cuerdas.
La teoría de cuerdas tiene en este momento muy pocas (si alguna) observaciones predecibles que puedan ser probadas. De hecho, se cree que tales observaciones solo serían posibles a niveles de energía no concebibles en colisionadores o en la tierra. También vale la pena señalar que la “existencia de cuerdas” no se comparte entre todos los físicos. Existen métodos competitivos para lograr la unificación total.
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