No es fácil de explicar pero lo intentaré. Por favor corrígeme si encuentras algo mal.
Veamos primero algunos antecedentes. Los átomos están formados por partículas subatómicas como electrones, protones y neutrones. De hecho, estos tres son los más populares, hay cientos de partículas subatómicas. Después de esta explosión de partículas subatómicas, los científicos comenzaron a preguntarse si hay algo más profundo que estos. La respuesta llegó en forma de Quarks y Leptons. Entonces el protón está hecho de quarks y el electrón es el leptón más famoso. En total, hay seis tipos de quarks y seis tipos de leptones.
Hasta ahora todo bien, usando estas 12 partículas, puedes crear tu propio universo. Pero espera, tienes módulos para crear el universo, pero ¿cómo interactuarán entre ellos? Esa interacción se presenta en forma de cuatro tipos de fuerzas. La fuerza fuerte, la fuerza débil, la gravedad y el electromagnetismo.
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Todavía conmigo, ¿cómo funcionan estas fuerzas? Quantum Electro Dynamics o QED, que se llama la joya de la física, sugiere que los quarks y los leptones intercambian pequeñas partículas que resultan en su interacción. Estas pequeñas partículas que transportan la fuerza se llaman fotones, gluones y bosones. Imagine que dos electrones se acercan, se repelerán mientras transfieren un fotón. Del mismo modo, las fuerzas fuertes necesitan 8 gluones para transferirse, los electrones necesitan fotones para interactuar y las fuerzas débiles necesitan w bosones z para interactuar.
Muy bien, si todavía estás leyendo. Déjame elaborar más. ¿Notaste lo que falta en el párrafo anterior? Gravedad. Eso es correcto. No sabemos cómo interactúa la gravedad. Llegaré a este punto más tarde, que responderá a su pregunta. Hasta ahora, tenemos algunos de los ingredientes para crear nuestro propio universo. Tenemos partículas hechas de quarks y leptones, tenemos fuerza que transporta pequeñas partículas para interactuar. Pero espera, los fotones no tienen masa, pero los gluones y los bosones tienen masa. ¿Por qué? Entonces, aquí viene la partícula faltante (¿has oído hablar de la partícula de Dios?). ¿Alguna suposición? ¿No? Genial, déjame presentarte a los bosones de Higgs. Hay muchos tipos de bosones de Higgs, pero no vayamos allí. Se cree que los bosones de Higgs dan masa a otras partículas. Se postula que, el universo está lleno de bosones de Higgs y se adhieren a otras partículas y, por lo tanto, les dan masa, como los estudiantes rodean a un profesor experto cuando camina por el césped pero dejan a otros estudiantes solos. Se dice que el profesor adquiere masa en virtud de los bosones circundantes (¡todas las analogías están mal en Física!).
Uf, tienes partículas, fuerza de interacción con ellas y una razón de por qué tienen y no tienen masa. ¿El único elemento que falta es cómo interactúa la gravedad? No hay una respuesta probada a esta pregunta. Solo teorías. Una teoría es que interactúan usando fuerzas que transportan partículas llamadas gravitones. A diferencia de los bosones, gluones y fotones, no se ha encontrado un solo gravitón. Ahí vas. Algo sobre lo que investigar. Ahora estamos en la frontera de la probada física.
El problema que surge ahora es que 12 partículas estándar más 4 partículas portadoras de fuerza y con el descubrimiento de positrones y antineutrinos, también se prueba la antimateria que lleva el total a 32 partículas que forman nuestro universo y quién sabe, puede haber más. Es la misma vieja historia de nuevo. Explosión demográfica. Tal complejidad irrita a los físicos. Anhelan teorías y explicaciones simples y elegantes. Esta teoría simple y elegante viene en forma de teoría de cuerdas.
La teoría de cuerdas va más allá y sugiere que los quarks y los leptones no son la frontera final. Hay algo aún más pequeño llamado cadenas. Pequeñas cuerdas vibrantes diminutas. Todas las demás partículas no son más que vibraciones diferentes de estas cuerdas. Parece simple, correcto. Pequeñas cuerdas, vibrando alegremente, diferentes tipos de vibraciones que se manifiestan en nuestro mundo como partículas diferentes. No tiene que hacer un seguimiento de 32 partículas, sino solo una pequeña cuerda.
Pero, hay un pequeño problema. Hay 5 teorías de cuerdas. La búsqueda para encontrar el último bloque de construcción del universo es difícil, por decir lo menos. Y sí, sugieren que vivimos en … umm … 10 dimensiones. ¡Si! 3 del espacio 1 del tiempo y otras 6 dimensiones muy pequeñas. Es intuitivamente imposible de imaginar. Al menos para mi. ¡Pero no temas, Edward Witten al rescate! Él es el tipo que ha teorizado sobre la teoría M, que es la teoría de cuerdas 2.0.
La teoría M sugiere que vivimos no en 10 sino en 11 dimensiones. Pequeñas cuerdas que cuando se estiran forman membranas o simplemente branas. Estas branas con suficiente energía pueden ser tan grandes como el universo mismo. Y vivimos dentro de estas branas llamadas el bulto. Nuestro universo es una rebanada de esta gran barra de pan (de nuevo, las analogías están mal). Puede haber otros universos con diferentes conjuntos de leyes. Sci Fi eh !!!
Volviendo a las viejas preguntas. ¿Por qué la gravedad es débil y cómo interactúa? Quizás, la gravedad no es débil, simplemente parece ser débil. De alguna manera, está goteando a otras dimensiones. Tratemos de entender esto usando una analogía, en una mesa de billar (bidimensional), las bolas no pueden salir de la superficie, pero el sonido de las bolas colisionantes puede salir de la superficie y así es como escuchamos el sonido. Suficientemente fácil. Es decir, la energía puede viajar desde el universo 2D de la mesa de billar a nuestro universo 3D. La energía del sonido podría viajar entre dimensiones. Correcto. Con E = mc ^ 2, toda la materia es energía, lo que significa que las bolas de billar son bolas de energía pero un tipo diferente de energía condensada que no les permite salir de la mesa, pero la energía del sonido es un tipo diferente de energía que puede dejar 2- D mundo en otras dimensiones. Dando así la percepción de que la energía del sonido es débil y la energía de la bola de billar es fuerte.
Una última forma de verlo, considera la mermelada en una rebanada de pan. Se adhiere. No puede dejar la dimensión del pan, pero el azúcar no se adhiere al pan. Simplemente se desliza a otras dimensiones. Ahora puede comprender fácilmente que la mermelada y el azúcar son diferentes, al igual que la bola de billar y el sonido. Pero como toda la materia es energía, los diferentes tipos de energía se comportan de manera diferente. Lo que les permite dejar sus dimensiones. Sonido de 2-D pool a 3-D nuestro mundo y azúcar para dejar el mundo del pan en otras dimensiones.
Si todavía estás conmigo pensando qué tiene que ver todo esto con la gravedad. Aquí está tu respuesta. Recuerde cuerdas, pequeñas cuerdas vibratorias. Pueden ser abiertos o cerrados. Gluones, fotones y bosones, están hechos de cuerdas abiertas que de alguna manera están unidas a nuestro mundo como bolas de billar o mermelada y, por lo tanto, parecen ser fuertes. Los gravitones, por otro lado, son cadenas cerradas, que no están unidas a nuestro universo de ninguna manera que les permita filtrarse en otras dimensiones como el sonido o el azúcar.
Al final, si encuentras un gravitón. Sabes que puede viajar a otras dimensiones. Controlar esto puede ser un medio para comunicarse con otras dimensiones como microondas y ondas de radio. Y quién sabe, los seres en otras dimensiones están tratando de contactarnos usando gravitones (si existen), pero no podemos detectarlos de la misma manera que no pudimos detectar ondas de radio hace un par de siglos. A partir de ahora, el universo se explica utilizando la teoría cuántica, que es el estudio de la relatividad pequeña y general que se ocupa de la gravedad. QM explica las fuerzas fuertes, débiles y electromagnéticas y tiene muchas ideas extravagantes y fascinantes. Aún no se ha encontrado una gran teoría unificada que explique todas las fuerzas. ¿Puede la teoría M ser la indicada? Solo el tiempo dirá (sea el momento que sea …).
