¿Realmente descubrió Garrett Leith la Teoría del Todo?

Cuando Albert Einstein publicó su artículo sobre la relatividad especial en 1905, parecía estar traduciendo la física de Isaac Newton a su propia teoría, pero en realidad estaba basándose en la física de Isaac Newton y, basándose en esto, estableció su propia teoría. El universo es demasiado complejo para que una persona lo entienda por sí solo, por lo que los físicos deben confiar en los hallazgos combinados de sus pares para comprender por qué funciona el universo. Esto incluye el modelo estándar de física de partículas propuesto por Max Planck en 1900, que se puede decir que es una de las teorías más influyentes hasta la fecha.

Aunque muchas teorías han contribuido al estudio de la física, no todas han demostrado ser correctas o incluso inútiles. Algunas teorías fueron restauradas, otras fueron abandonadas por completo. Muchos investigadores se han pasado la vida intentando desarrollar teorías que luego resultaron ser inexactas. Sobre la base de este entendimiento, Anthony Garrett Leahy propuso al mundo su teoría del todo: su "teoría del todo extremadamente simple".

La física newtoniana describe por qué la pelota finalmente se detiene. La teoría de la relatividad explica por qué no se sale inmediatamente de la Tierra en rotación hacia el espacio. La mecánica cuántica explica por qué la misma fuerza que te atrae a la Tierra no te hará pedazos. El único problema es que ninguna de estas teorías físicas puede explicar completamente todos los aspectos del universo. Y, si bien sabemos que el universo se ve afectado por la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil, no sabemos cómo funciona la gravedad con las otras tres fuerzas. Pero debe haber un hilo común que los una a todos: la teoría del todo.

Los físicos han estado buscando pistas para combinar la teoría de la relatividad con el modelo estándar de la física de partículas. Si se descubre, promete revelar la composición del tejido que constituye todo el universo. En la década de 1970, el físico Michio Kaku propuso la teoría de cuerdas. La teoría predice que pequeñas cuerdas vibrantes son la base de toda la materia y que sus vibraciones constituirán las cuatro fuerzas de nuestro universo.

Sin embargo, la teoría de Michio Kaku requiere 11 dimensiones para ser válida. Hasta ahora sólo conocemos cuatro dimensiones. Aunque no es fácil demostrar que es correcta, la teoría de cuerdas ha dado vida a la búsqueda de una teoría de todas las cosas, y la comunidad física ha estudiado intensamente la teoría.

Utilizar aspectos no descubiertos de la física para hacer predicciones científicas no es nada nuevo. El hecho de que los científicos no hayan descubierto cuerdas diminutas mediante observaciones científicas no descarta la teoría de cuerdas. La teoría de la relatividad de Einstein predice matemáticamente la existencia de agujeros negros. En los primeros días no había evidencia de la existencia de agujeros negros.

Las matemáticas son el lenguaje del universo. Todo, desde accidentes aéreos hasta pigmentos de la piel y formas esféricas, se puede expresar en ecuaciones matemáticas. Este último ejemplo es el más importante de la búsqueda de Ricci de la Teoría del Todo. Es posible que Reese haya utilizado la descripción de objetos geométricos simétricos para revelar la relación entre el modelo estándar de la física de partículas y la teoría de la relatividad.

En el siglo XIX, el matemático Sophus Lie creó fórmulas algebraicas que describen las formas de objetos simétricos. Estas fórmulas se denominan campos de Lie. Su trabajo fue establecido por matemáticos exitosos. En la década de 1890, William Keeling descubrió un grupo de campos de Lie que describen las formas más complejas de nuestro universo, el grupo E8. El grupo E8 es un objeto simétrico de 248 dimensiones interconectado y es un objeto extremadamente complejo.

De hecho, este objeto denso es tan complejo que fue mapeado por primera vez por computadora en 2007. Un grupo de 18 matemáticos (la Colección de Proyectos del Grupo Lie del Instituto Americano de Matemáticas) necesitó cuatro años para calcular y llegar a la fórmula de E8. El equipo pasó dos años haciendo los cálculos y otros dos años descubriendo cómo calcular la forma en las computadoras existentes.

Finalmente, el proyecto Atlas dividió el cálculo del E8 en varias partes y las distribuyó a otros ordenadores. Tomaron respuestas incompletas de cada parte y las ensamblaron en la supercomputadora Sage, completando la tarea en 77 horas. No hay comentarios sobre las capacidades de Sage: si la fórmula E8 y la respuesta resultante se escribieran en letra pequeña en una hoja de papel, el papel cubriría un área de 7 millas cuadradas.

Aunque Atlas es el primer proyecto que mapea E8, los matemáticos conocen la existencia de formas simétricas desde hace años. También lo hacen los físicos. Algunos incluso han considerado el E8 como una posible teoría del todo, pero ninguno se ha acercado tanto como Matteo Ricci.

Entonces, ¿cómo se convierten las formas simétricas en las llaves del universo? Primero, recuerda que las formas geométricas son sólo representaciones gráficas de fórmulas matemáticas.

Esto se aplica al diamante que elaboraste en la clase de matemáticas de la escuela secundaria o en un juego de ráquetbol. Esta es una representación matemática de un patrón que forma una forma cuando se dibuja. En este sentido, E8 puede ser el marco dentro del cual encajan todas las fuerzas y partículas en nuestro universo.

¿Confundido? Considérate miembro del club. Garrett lisi, E8, La teoría del todo es un rasguño. Pero Ricci en realidad utilizó matemáticas relativamente básicas, utilizando E8 como la posible clave para todas las teorías.

Rees no es el primer físico que ve el E8, un objeto simétrico interconectado de 248 dimensiones, como una posible clave para una teoría del todo. Pero se le ocurrió una forma inteligente de superar el espinoso problema del aumento de la gravedad. Antes de su intento, los físicos creían en general que la gravedad no podía expresarse matemáticamente como el electromagnetismo, pero que las fuerzas nucleares fuerte y débil sí podían expresarse. Es un poco como combinar párrafos en chino y español e intentar traducir el documento resultante al inglés usando sólo un diccionario inglés-español.

Pero Rees había oído hablar de un método matemático para expresar la gravedad descubierto en 1977. Este método se llama gravedad McDowell-Mansouri. Usando esta expresión, Matteo Ricci podría usar expresiones matemáticas para sustituir la gravedad, la fuerza electromagnética y las fuerzas nucleares fuerte y débil en E8.

Las cuatro fuerzas del universo tienen un impacto significativo en todas las formas más básicas de materia subatómica, llamadas partículas elementales. Cuando estas partículas interactúan con portadores de fuerza, llamados bosones, se convierten en partículas diferentes. Por ejemplo, una de las partículas cuánticas más básicas, un leptón, se convierte en neutrino cuando se encuentra con un bosón de fuerza débil. Los leptones (bosones con carga electromagnética) que interactúan con los fotones se convierten en electrones. Por lo tanto, aunque el número de partículas más básicas es limitado, se convertirán en partículas diferentes al encontrar fuerzas diferentes. Además, para cada partícula existe una antipartícula igualmente diferente, como un antiquark o un neutrino. Estos números totales * * * forman las partículas elementales, de las cuales hay 28 * * *.

Cada una de estas diferentes partículas elementales tiene ocho números cuánticos, dependiendo de la carga de cada partícula. Esto eleva el número de partículas diferentes a 224. Estos números ayudaron a Reese a colocar las partículas en el modelo E8. Aunque E8 se representa de una manera como un objeto de 248 dimensiones, también se puede representar como un objeto de 8 dimensiones con 248 simetrías. Rees utiliza E8 para calcular en ocho dimensiones. Para los 24 lugares restantes no poblados por partículas conocidas, Rees utilizó partículas teóricas que aún no han sido observadas.

Mira nuevamente E8 y observa cómo la línea irradia desde cada punto:

Reese asigna cada uno de los 248 puntos a una partícula, usando Los ocho números de su carga sirven como coordenadas en las ocho dimensiones. Descubrió que la relación entre las partículas cuánticas en objetos simétricos es la misma que la simetría en el grupo E8. Espera haber encontrado una manera de descifrar todas las teorías porque cuando hizo girar E8 lleno de partículas cuánticas afectadas por fuerzas, incluida la gravedad, descubrió un patrón entre partículas y fuerzas, como fotones y leptones. La interacción entre ellas crea electrones. La conexión que se muestra en el punto E8 coincide con las conexiones reales conocidas entre partículas en nuestro mundo físico.

Si el enfoque de Reese resulta correcto, la evaluación de E8 podría mostrar a los físicos cómo la gravedad macroscópica interactúa con otras tres fuerzas altamente localizadas.

¿Pero realmente funciona? ¿Cómo un objeto de 248 dimensiones se convirtió en la teoría del todo? Lea a continuación para ver lo que algunos críticos tienen que decir sobre las opiniones de Reese.

La teoría de Reese de que E8 podría ser la respuesta a cómo interactúan la gravedad y otras fuerzas tiene algunos problemas. Lisboa explica que ésta es la más elemental de las etapas. "Soy el primero en admitir que esto es una visión", dijo Rees a New Scientist.

Una hipótesis clave que podría probar o refutar la teoría del todo de Reese podría confirmarse en 2008. Al igual que la teoría de cuerdas de Michio Kaku, el enfoque de Reese podría predecir y afirmar la existencia de materia que aún no se ha descubierto. Después de utilizar todas las partículas elementales, rellenó los huecos restantes con partículas teóricas. Cuando el acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, esté construido y puesto en funcionamiento en el laboratorio suizo de física de partículas CERN, será posible detectar la presencia de estas partículas. La existencia de estas partículas contribuiría en gran medida a demostrar que las ideas de Reese pueden ser las que señalen el camino hacia una teoría del todo.

Sin embargo, hay otras cuestiones más espinosas a la hora de utilizar el E8 como base de toda teoría.

Algunos físicos rechazaron rotundamente el enfoque de Reese simplemente porque utilizó la misma terminología para la gravedad que para la fuerza electromagnética y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Las leyes de la física establecen que la gravedad simplemente no existe como las otras tres fuerzas porque opera en un rango mucho más pequeño. Estos científicos insisten en que la gravedad no se puede expresar de la misma manera que las otras tres fuerzas. Este ha sido un punto de fricción para muchos físicos en su búsqueda de una teoría del todo, y algunos creen que es cuestionable si Ricci podría integrar con precisión la gravedad y las otras tres fuerzas a nivel matemático.

Rees también ha sido criticado por añadir valores que hasta ahora han sido imposibles de añadir, especialmente fermiones y bosones. Los fermiones son partículas que no pueden rotar con números enteros (expresados ​​en decimales, como 3/2), mientras que los bosones (partículas transmisoras de fuerza) usan números enteros para expresar la rotación, como 1 o 2. La unión de estas dos partículas enfurece a algunos físicos. Un astrofísico expresó su indignación por los hallazgos de Reese. Agregar bosones y fermiones, escribe, ni siquiera es como agregar manzanas y naranjas, sino más bien agregar manzanas y relámpagos.

Esto no significa que las ideas de Reese sobre las diferentes propiedades de vencer la gravedad y otras fuerzas estuvieran equivocadas. Es importante recordar que Reese no fue el primero en intentar utilizar E8 como una forma de observar las interacciones entre fuerzas y partículas en el universo. Pero puede haber sido un hombre que tomó un camino inteligente en el que nadie más había pensado, descubriendo sus primeras impresiones sobre el funcionamiento básico del universo. ¿Pero cómo un objeto simétrico se convierte en una teoría del todo?

Lisboa no solucionó este problema. Si su idea resulta correcta, podría ser que la estructura E8 proporcione un marco infinitamente pequeño e inobservable para toda la materia y fuerzas del universo. E8 también puede ser una imagen de todo nuestro universo. Pero antes de estudiar lo que representa E8, primero debemos demostrar que Reese predijo E8.