Las dimensiones extra podrían explicar la gravedad en el universo primitivo
Es posible que se requieran dimensiones adicionales para explicar cómo funcionaba la gravedad en el universo primitivo y condujo a las condiciones que experimentamos hoy. Esta es la conclusión de un par de investigadores de Japón, que están tratando de conciliar teorías superficialmente contradictorias de diferentes áreas de la física. Esto incluye la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que se refiere a cómo los objetos con masa distorsionan el tejido del espacio y el tiempo, un efecto que experimentamos como gravedad.
Si bien la relatividad general explica con éxito cómo funciona la gravedad en la mayoría de los casos, la teoría comienza a fallar en ciertas condiciones extremas.
(Tales incluyen dentro de las singularidades en el corazón de los agujeros negros y la «sopa cósmica» primordial a partir de la cual se formó originalmente toda la materia y energía visibles en el universo).
Puede ser posible resolver muchos de estos problemas a través de la «teoría de supercuerdas», a través de la cual algunos físicos esperaban explicar todas las partículas y las fuerzas fundamentales de la naturaleza como vibraciones de pequeños objetos unidimensionales llamados «cuerdas».
De esta forma, la teoría de supercuerdas podría proporcionar una vía para reconciliar la relatividad general, en la que los eventos son continuos y deterministas, con la mecánica cuántica, en la que los eventos ocurren a través de saltos cuánticos y los resultados son probabilísticos.
El problema, sin embargo, es que la evidencia requerida para respaldar esta propuesta hasta ahora ha resultado difícil de alcanzar.
Sin embargo, un nuevo estudio dirigido por el profesor Yasuaki Hikida del Instituto Yukawa de Física Teórica de la Universidad de Kioto puede ayudar a allanar el camino hacia una validación de la teoría de las supercuerdas.
En su estudio, los investigadores han estado explorando un concepto conocido como «espacio de Sitter», en honor al astrónomo holandés Willem de Sitter, quien fue colega de Einstein en la década de 1920.
Los modelos teóricos del profesor de Sitter describen la solución cosmológica más simple a las ecuaciones de campo de Einstein, que relacionan la geometría del espacio-tiempo con la materia que contiene.
En el espacio de De Sitter, el universo espacial tridimensional es plano (aunque curvo en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones) y se desprecia la materia ordinaria.
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En consecuencia, la dinámica del universo de De Sitter está dominada por la llamada constante cosmológica, la parte de las ecuaciones de campo que explica la expansión del universo.
Lo que han hecho el profesor Hikida y su colega Heng-Yu Chen es desarrollar un método concreto para calcular las llamadas «funciones de correlación», que describen la distribución de la materia y las galaxias en el cosmos, para las fluctuaciones del universo primitivo.
Hicieron esto usando holografía, en la que las dimensiones superiores existen como una proyección en el universo espacial tridimensional, al igual que los hologramas de seguridad en las tarjetas de crédito y débito parecen mostrar imágenes tridimensionales en una superficie bidimensional.
(Las dimensiones más altas, por cierto, son una característica común de las teorías de supercuerdas, que exigen que el universo tenga al menos seis dimensiones «hiperespaciales» adicionales además de las tres dimensiones espaciales más familiares y la cuarta dimensión del tiempo).
Los investigadores comenzaron con los métodos existentes para manejar la gravedad en el llamado «espacio anti-de Sitter», en el que el espacio-tiempo se curva en la dirección opuesta al espacio «regular» de De Sitter, y los remodelaron para trabajar en el último modelo. .
El Prof. Hikida dijo: «Nos dimos cuenta de que nuestro método se puede aplicar de manera más genérica de lo que esperábamos al tratar con la gravedad cuántica».
Con su estudio inicial completo, agregó, el equipo «ahora está ampliando nuestro análisis para investigar la entropía cosmológica y los efectos de la gravedad cuántica».
Si bien el presente estudio solo consideró un universo tridimensional como caso de prueba, el análisis puede extenderse «fácilmente» a un cosmos de cuatro dimensiones, dijeron los investigadores.
Esto puede permitir que el equipo extraiga información del mundo real.
El profesor Hikida concluyó: «Nuestro enfoque posiblemente contribuya a validar la teoría de las supercuerdas y permita cálculos prácticos sobre los cambios sutiles que se produjeron en la estructura de nuestro universo primitivo».
Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Physical Review Letters.
