Teoria de cordes
De Viquipèdia
La teoria de cordes és una proposta de descripció quàntica unificada de totes les interaccions, incloent-hi la gravetat, que considera que els constituents fonamentals de la matèria no són partícules puntuals sinó objectes unidimensionals (cordes).
La idea bàsica és que els components fonamentals del món físic són cordes d'una longitud de l'ordre de la longitud de Planck (uns 10-35 m) que vibren a freqüències de ressonància. La tensió que haurien de tenir aquestes cordes (8,9·1042 N) és al voltant de 1041 vegades la tensió d'una corda de piano habitual (735 N). Per exemple la teoria prediu que el gravitó (la proposada partícula transmissiora de la força gravitacional) seria una corda amb amplitud zero. Una altra idea clau proporcionada per la teoria és que no es pot detectar cap diferència perceptible entre cordes que es cargolen al voltant de dimensions més petites que elles mateixes i les que es mouen en dimensions més grans (és a dir, els efectes en una dimensió de magnitud R igualen als de magnitud 1/R).
La teoria de supercordes és una versió de la teoria de cordes estàndar que inclou els fermions (cosa que l'estàndar no feia) i incorpora la supersimetria (una simetria de les partícules fonamentals que relaciona bosons i fermions). Un aspecte destacable d'aquesta versió és que, per tal que la descripció de la natura sigui consistent, cal requerir que l'espai-temps tingui 10 dimensions, enlloc de les 4 dimensions observades (3 espacials i 1 temporal). Hom generalmet suposa que de les 10 dimensions n'hi ha 6 que es troben cargolades (compactificades) en escales properes a la longitud de Planck, i per aquest motiu resten invisibles.
Aquesta teoria, o més ben dit teories (vegeu més endavant), és una solució possible al problema de la gravetat quàntica (és a dir, una descripció quàntica de la gravetat)i, a més de la gravetat, pot descriure de forma natural les altres forces de la natura (força electrodèbil i força forta). Les teories de supercordes inclouen fermions i incorporen supersimetria. No se sap encara si la teoria és capaç de descriure un univers amb la quantitat precisa de forces i matèria que observem, ni quanta llibertat dóna la teoria per escollir aquests detalls. La teoria de cordes (i menys les seves ampliacions, com la teoria M) encara no ha fet prediccions falsables que permetin comprovar-la experimentalment, encara que alguns aspectes especials de la teoria són accessibles a observacions i experiments.
[edita] 5 teories de cordes diferents?
Inicialment teoria de cordes es referia a la teoria de cordes bosònica (de 26 dimensions i que només inclou bosons), creada durant la dècada de 1960. Actualment, però, el terme s'aplica a qualsevol de les 5 teories de cordes que inclouen fermions i supersimetria (les supercordes, de 10 dimensions). Com a resultat dels treballs en la teoria de cordes, cap als anys 1990 semblava clar que hi havia 5 versions diferents de la teoria de (super)cordes, consistents però aparentment incompatibles entre sí. Les 5 teories difereixen en el tipus de cordes que permeten i en com implementen la supersimetria; són les següents:
- Tipus I: Les cordes no tenen orientació (qualsevol de les dues orientacions és equivalent) i considera cordes tancades i obertes.
- Tipus IIA: Presenta la máxima supersimetria (32 supercàrregues) en deu dimensions. Les cordes són tancades i orientades i presenta simetria quiral (esquerra-dreta).
- Tipus IIB: Igual que l'anterior però sense simetria quiral.
- Heteròtica SO(32): Com les excitacions de les cordes levògires i dextrògires són quasi independents, es pot construir una teoria en què les excitacions levògires "creuen" estar en una corda bosònica de 26 dimensions i les dextrògires en una supercorda de 10 dimensions. Les 16 dimensions de diferència es poden compactificar i hi ha dues possibilitats per fer-ho: una dóna lloc al SO(32). Les cordes són tancades.
- Heteròtica E8×E8: L'altra possibilitat de compactificar les 16 dimensions de diferència entre excitacions levògires i dextrògires. Les cordes són tancades.
Tot i que per entendre els detalls d'aquestes teories cal un nivell considerable de coneixements matemàtics, algunes propietats es poden entendre de forma intuïtiva. Per exemple, les cordes tenen tensió (de forma semblant a les cordes normals) i aquesta tensió n'és un paràmetre fonamental i està molt relacionada amb la grandària de la corda: si considerem una corda tancada, com més tensió tingui més petit serà el llaç que forma.
El 1995 Edward Witten i altres indicaren que possiblement la teoria de cordes és de fet el límit d'una teoria més general i en bona part per desenvolupar d'11 dimensions, anomenada temptativament teoria M. La teoria de cordes sería un límit particular de la teoria M. A la teoria de cordes trobariem no només cordes sinó també altres objectes no pertorbatius com ara branes (superfícies de dimensions diverses).
[edita] Èxits i problemes de la teoria de cordes
Alguns dels èxits de la teoria de cordes són:
- Donar una descripció pertorbativa de la gravetat quàntica, unificada amb les altres interaccions.
- Ser una teoria finita, és a dir, no tenir els infinits que apareixen a teoria quàntica de camps.
- Donar una descripció microscòpica de l'entropia d'un cert tipus de forat negre.
Alguns dels problemes o reptes de la teoria de cordes son:
- Manca de prediccions susceptibles de falsar. Els resultats de la teoria de cordes es refereixen a les escales de Planck, completament inaccessibles experimentalment avui en dia i, per tant, no es poden contrastar en absolut. Hom ha arribat a argumentar que la teoria de cordes no fa cap mena de prediccions i que, per tant, no es pot considerar una teoria científica.
- Manca d'una explicació convincent de per què no observem les dimensions extra.
- Manca d'una explicació de per què no observem supersimetria a la natura.
- Manca d'una descripció no pertorbativa de la teoria de cordes, anàloga a la de la relativitat general.
