ENTRE LAZOS INVISIBLES




Como comentamos en la entrada anterior, de la necesidad de unificar la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica surgió, a principios de los años setenta, la muy polémica y controvertida teoría de cuerdas.



La idea principal de esta teoría es que todas las partículas elementales, que como vimos en la entrada “¿Existimos Realmente?” son muchas y muy diversas, están formadas por unos diminutos hilos de energía vibrante en forma de lazo denominados “cuerdas” y dependiendo de la forma en la que vibre dicha cuerda “interpretará la música” de cada una de las distintas partículas elementales. La longitud de una estas cuerdas es de 10 -35 (longitud de Planck) algo tan extremadamente pequeño que sería complicado poder ver alguna vez.




Según los cálculos matemáticos en las que se apoya esta teoría, el espacio-tiempo debe poseer 10 dimensiones: las tres dimensiones espaciales, el tiempo y otras seis no visibles porque están enrolladas sobre las otras cuatro.




¿Qué significa que las dimensiones estén enrolladas?

Según nos explica Brian Greene en su libro “El Universo Elegante” podemos entenderlo observando una manguera desde lejos. Desde nuestra posición la veríamos como una línea recta y si una hormiga se paseara por dicha manguera pensaríamos que ésta sólo podría avanzar de izquierda a derecha como correspondería a una sola dimensión. 








Sin embargo, no hay que olvidar que se trata de una manguera, es decir, un objeto de dos dimensiones enrollado sobre sí mismo, por lo que la hormiga también podría caminar alrededor de la misma. Lo que sucede es que la longitud de la manguera se puede ver fácilmente, pero su grosor es difícil de distinguir (sobre todo desde lejos), sin embargo, ahí está.







Siguiendo este razonamiento, en nuestro universo podemos observar fácilmente las dimensiones extendidas (las tres dimensiones habituales), pero no podríamos observar las adicionales que estarían estrechamente enrolladas en un espacio inimaginablemente pequeño. Si la hormiga se redujera a un tamaño un billón de veces menor podría recorrer esta dimensión circular.


¿Cómo influyen las dimensiones adicionales en las cuerdas?

Documental "El Universo Elegante"

Estas seis retorcidas dimensiones se trenzan y se envuelven unas a otras de manera que terminan afectando a la vibración de las cuerdas dando lugar así a las diferentes tipos de partículas e incluso se supone que mantiene al universo en los valores justos compatibles con la vida.




¿Cómo elude la teoría de cuerdas el problema de la singularidad del Big Bang?
A medida que retrocedemos en el tiempo hacia el origen del universo la curvatura espacio-tiempo se va incrementando, pero en lugar de llegar a un valor infinito, alcanza un máximo y luego decrece.
¿Por qué sucede esto?
Si retomamos la manguera de la comparación que hace Greene con las dimensiones enrolladas del universo, si ésta se fuese reduciendo cada vez más hasta llegar a un punto donde el radio de la dimensión circular fuese la longitud de Planck e intentase reducirse más daría como resultado una expansión.


A finales de los ochenta, los físicos Brandenberger y Vafa nos mostraron cómo la teoría de cuerdas modificaba las conclusiones de la teoría cosmológica estandar:
Si hacemos retroceder el tiempo hasta el origen del universo la temperatura se eleva hasta que el universo alcanza la longitud de Planck en todas las direcciones, sin embargo, a partir de ahí la temperatura empieza a descender. Es decir, la temperatura y la energía ya no llegan a ser infinitas (como en la teoría estándar).  Esto es debido a que las dimensiones espaciales del universo la suponen circulares (como la manguera).



Documental "El Universo Elegante"


Al retroceder el tiempo, los radios disminuyen hasta la longitud de Planck y a partir de ese tamaño comienza a hacerse mayores. Como las temperaturas descienden cuando el universo se expande, la temperatura dejaría de subir al alcanzar ese máximo.

En ese momento todas las dimensiones espaciales de la teoría de cuerdas son simétricas y están enrolladas en una nuez del tamaño de Planck, cuando intentan expandirse las cuerdas envolventes lo impiden haciendo que vuelvan a sus tamaños originales, pero al final una fluctuación térmica hace que tres dimensiones crezcan y se expandan, es decir, las tres dimensiones que conocemos.



Gabriele Veneziano
Los físicos Veneziano y Gaperini, también se basaron en la idea de la longitud mínima para evitar la temperatura y densidad infinita de la singularidad, pero en lugar de deducir que el universo comenzaba como una nuez muy caliente del tamaño de Planck, defienden que debió existir un pre-big bang.




¿Y como era ese universo anterior?
Las ecuaciones del pre-big bang tienen dos simetrías. Una es temporal, es decir, como vimos en la entrada “En la Diana del Tiempo”, las ecuaciones físicas funcionan igual tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo. La segunda se refiere a la inversión del factor de escala, es decir, se puede reemplazar el tamaño del universo por su recíproco.  Combinando ambas simetrías obtenemos que antes del Big Bang existió un universo acelerado del que surgió el nuestro inicialmente desacelerado tras una violenta transición. Es decir, el universo se habría expandido cinco segundos antes del Big Bang igual que cinco segundo después del mismo aunque a ritmos distintos. Este universo pre-big bang era una imagen especular del universo actual.

La fase pre-big-bang y la expansiva actual 
http://cosmologiacuantica.webs.com/art/cuerdas.htm

La fase pre-big bang soluciona con su expansión superinflacionaria el problema del orígen de la inflación de nuestro universo.


Muchos han acusado a Veneziano de mover el origen del comienzo del universo a un estado anterior,  pero sin explicar cómo llegó a existir.



Referencias:
El Universo Elegante. Brian Greene

    Historia de la cosmología. Helge Kragh


 cosmologiacuantica.webs.com

   

Before The Big Bang. New Scientist. Junio 2000