No lo entiendo del todo. ¿Son las cuerdas más pequeñas que los quarks en la teoría de cuerdas? ¿Cómo explicar que las cuerdas constituyen quarks?
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La física entra en el reino del Zen: el vacío del origen dependiente
Académico Zhu Qingshi
Prefacio
El siglo XX es un interesante momento de la historia de la humanidad Durante este período, mientras los humanos disfrutaban de la enorme riqueza material creada por las ciencias naturales: energía nuclear, láseres, tecnología electrónica, etc., no entendían ni aceptaban algunos de sus conceptos básicos. De hecho, estos conceptos tienen una base científica muy rigurosa, pero muy pocas personas realmente los entienden, por lo que la gente no los toma en serio ni los acepta.
La siguiente noticia ilustra esta situación:
[Servicio de Noticias de China] Noticias de Beijing el 19 de agosto: Hawking solo ganó dos o tres veces durante el informe de divulgación científica de ayer Hubo aplausos y casi ningún sonrisa de complicidad en la audiencia: su teoría era tan misteriosa que la mayoría de los estudiantes de la Universidad de Pekín y la Universidad de Tsinghua dijeron que no la entendían del todo. Según el Beijing Morning Post, ayer por la tarde se formó una cola de cientos de metros en el Centro Internacional de Convenciones de Beijing. Alguien vendía entradas de forma privada en la puerta: al menos 500 yuanes por entrada. También hay mucha gente preguntando sobre reembolsos y todos esperan ver a Hawking. Sin embargo, el informe científico público de dos horas aún no ha terminado y algunas personas ya abandonaron el lugar temprano; realmente no entienden.
El "Origen del Universo" del que habla Hawking esta vez se basa en el último logro de las ciencias naturales contemporáneas: la teoría de cuerdas. Cualquiera que realmente comprenda esta teoría tendrá una fuerte sensación de asombro, sorpresa y conmoción. Este artículo intenta explicar brevemente los conceptos principales de la teoría de cuerdas en un lenguaje que todos puedan entender, con la esperanza de que los lectores experimenten algo de asombro y conmoción, y puedan vislumbrar los misterios del universo.
Comenzamos con una cita célebre escrita por el célebre filósofo contemporáneo Wolfgang Stegmuller en el libro "Mainstream of Contemporary Philosophy" [1]. Escribió: "Las generaciones futuras se preguntarán algún día: ¿Cuáles fueron los errores del siglo XX? A esta pregunta responderán: En el siglo XX, por un lado, la filosofía materialista (que describía la materia como la única realidad real) no Sólo forma parte de la actual visión oficial del mundo en muchos países del mundo, pero a menudo también domina en la filosofía occidental, por ejemplo en el llamado debate mente-cuerpo. Pero, por otro lado, es precisamente este concepto de materia. "El que siempre ha dominado es el concepto que hace que la ciencia en este siglo se sienta más difícil, más difícil de resolver y más difícil de entender", es decir, por un lado, la filosofía marcada por el "materialismo". es muy popular y, por otro lado, ¿qué es la "materia"? Pero no puedo decirlo claramente. Fue aquí donde Steigermüller vio el “error del siglo XX” [2].
Te preguntarás, ¿qué es exactamente la materia? ¿Por qué es el concepto más difícil, difícil de resolver y más difícil de entender en la ciencia?
Ya en la antigua Grecia, los atomistas conjeturaban que la materia es el ladrillo eterno que constituye el universo. Todo proviene de ella y finalmente regresa a ella. Ni crea ni muere, no aumenta ni aumenta. La resta es el punto de partida y el punto final absolutamente idénticos del proceso mundial. Como cosa universal e inmutable, la materia debe ser la entidad y el sustrato absoluto. La entidad es el llamado objeto "real". La materia y sus propiedades deben existir independientemente de la conciencia humana y son entidades objetivas.
Más tarde, la física clásica basada en la mecánica newtoniana heredó los puntos de vista antes mencionados de la antigua teoría atómica y redujo la materia a un conjunto de partículas con ciertas propiedades absolutamente invariantes. El concepto de partícula es originalmente una abstracción de un sólido que se mueve como un todo, pero su aplicación en líquidos, gases e incluso fenómenos térmicos también ha tenido éxito. A todas estas formas materiales que pueden tener movimiento mecánico, la física las llama objetos físicos. En la filosofía natural de la época. También llamado entidad. Reducir la materia a objetos y luego tratarla como entidades está relacionado con el estatus especial y el papel de la calidad en la mecánica newtoniana. La razón por la que Newton definió la calidad como una medida de "la cantidad de materia" es porque la calidad es siempre la misma durante cualquier movimiento mecánico, e incluso en reacciones químicas.
La calidad se da por sentada como algo absolutamente intrínseco a la sustancia misma y se considera una manifestación concreta del principio de la inmortalidad de la materia o de la invariancia de la sustancia.
El gran éxito de la física clásica representado por la mecánica newtoniana a finales del siglo XIX convirtió al materialismo, que creía que la materia es una entidad absoluta, en la filosofía dominante en el siglo XX, como cita arriba la célebre cita de Steigermüller. .
Sin embargo, la teoría de la relatividad inventada por Einstein en el siglo XX comenzó a revelar la falacia de la visión de entidad de la materia. En primer lugar, la teoría de la relatividad demuestra que la calidad está relacionada con la velocidad. La calidad de un mismo objeto tiene diferentes valores en relación con diferentes sistemas de referencia.
Imagínese una persona empujando un carrito pequeño sin ninguna resistencia. Mientras siga empujándolo, la velocidad será cada vez más rápida, pero a medida que pase el tiempo, su calidad también aumentará, al principio. Era como si el carro estuviera lleno de leña, luego parecía estar lleno de acero, y finalmente parecía estar lleno de tierra... Cuando el carro alcanzó la velocidad de la luz, el universo entero parecía estar montado en él - su calidad llegó al infinito. En este momento, no importa cuánta fuerza se ejerza, no puede moverse más rápido.
Cuando un objeto se mueve cerca de la velocidad de la luz, se aplica energía constantemente al objeto, pero se vuelve cada vez más difícil aumentar la velocidad del objeto. Entonces, ¿adónde va la energía aplicada? De hecho, la energía no desaparece, sino que se transforma en calidad. Al explicar la relación de conversión mutua entre la calidad y la energía de un objeto, Einstein propuso la famosa ecuación masa-energía: la energía es igual a la calidad multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz. Poco después, los científicos descubrieron la fisión nuclear y las reacciones en cadena, que convertían parte de la calidad en energía enorme y la liberaban. Hoy en día, quienes conocen la bomba atómica creen que la calidad se puede convertir en energía.
Ahora que la calidad ya no es un atributo inmutable, el concepto de que la calidad es una medida de sustancia pierde su significado. Dado que la materia y la energía pueden transformarse entre sí, la energía no es una "entidad" y la materia ya no puede considerarse como una entidad.
Al mismo tiempo, la comprensión de los científicos sobre la estructura de la materia también se ha desarrollado rápida y profundamente. Antes de la década de 1930, la física clásica siempre había creído que la materia estaba compuesta de moléculas y que las moléculas estaban compuestas de átomos. Los átomos son los "ladrillos" más pequeños que forman la materia. En 1932, los científicos confirmaron mediante investigaciones que los átomos están compuestos de electrones, neutrones y protones. En el futuro, los científicos considerarán las partículas pequeñas que se encuentran un nivel por debajo del núcleo, como los protones y los neutrones, como el tercer nivel de la microestructura de la materia, denominadas colectivamente partículas elementales. En 1964, el físico estadounidense Marley? Gell-Mann propuso audazmente una nueva teoría: los protones y los neutrones no son las partículas más básicas, sino que están compuestos de algo más pequeño: los quarks. Para buscar quarks, destacados físicos de todo el mundo han luchado durante 20 años. Aunque algunos fenómenos experimentales han confirmado la existencia de quarks, hasta ahora no se ha encontrado ni un solo quark y la gente nunca ha reconocido la verdadera cara de Lushan. En este sentido, los científicos de partículas explican que los quarks son partículas extremadamente inestables con una vida útil extremadamente corta. Sólo pueden existir de forma estable en un estado ligado y no pueden existir solos.
No solo eso, entre las más de 300 partículas fundamentales conocidas hasta ahora, excepto algunas partículas estables con una vida útil particularmente larga (como fotones, neutrinos, electrones y protones), todas las demás son fugaces. es decir, muchas veces mueren en el momento de nacer. Por ejemplo, hay más de 20 tipos de partículas que se desintegran mediante interacciones débiles. Entre ellos, la vida útil del mesón π± es de aproximadamente 2,6 × 10-8 segundos, es decir, el mesón π± se desintegra en otras partículas después de una cienmillonésima de segundo. Hay dos tipos de partículas que se desintegran mediante interacciones electromagnéticas y su vida útil es mucho más corta. La vida útil del mesón π0 es de 0,84 × 10-16 segundos y la vida útil del mesón eta es de 3 × 10-19 segundos. En comparación con los mesones π±, su vida útil es en realidad entre 8 y 11 órdenes de magnitud más corta. Las que tienen una vida útil más corta son las "partículas oscilatorias" que se desintegran mediante interacciones fuertes (como partículas Δ, partículas Σ, etc.). Tienen muchas parejas y representan más de la mitad de los miembros de la familia de partículas elementales, con más de 200 especies. Su vida útil es tan corta que a las personas les resulta difícil utilizar adjetivos precisos para describir su proceso de desintegración; incluso con los mejores métodos experimentales, los físicos de partículas ya no pueden medirlas directamente, sino que sólo pueden utilizar métodos indirectos para medirlas. para calcular su esperanza de vida. Sólo pueden vivir aproximadamente una billonésima de segundo, es decir, su esperanza de vida es de aproximadamente 10 a 28 segundos.
¿Por qué la mayoría de las partículas elementales tienen una vida tan corta? ¿Cómo entender que nuestro mundo material está construido sobre estos "ladrillos" fugaces?
A finales del siglo XX, el desarrollo de la teoría de cuerdas, un campo puntero de la física, llevó nuestra visión de la materia un paso más allá.
¿Qué es la teoría de cuerdas? Durante el resto de su vida, Einstein buscó una teoría de campo unificado, una teoría que pudiera describir todas las fuerzas de la naturaleza dentro de un marco matemático único y global. Anhelaba revelar los misterios de la actividad cósmica con una claridad que nadie antes había logrado lograr, revelando así la conmovedora belleza y elegancia de la naturaleza. Einstein no pudo realizar su sueño porque en ese momento se desconocían muchas características básicas de la naturaleza. Pero en el medio siglo transcurrido desde su muerte, la gente ha construido teorías cada vez más completas sobre el mundo natural. Ahora, un número considerable de físicos creen haber descubierto finalmente un marco que permite unir este conocimiento en un todo: una teoría única que puede describir todos los fenómenos. Esta es la teoría de cuerdas. Es hacer realidad el ideal de una teoría unificada que Einstein persiguió con tanta pasión.
La teoría de cuerdas se puede utilizar para describir la gravedad y todas las partículas elementales. Uno de sus puntos básicos es que las unidades básicas de la naturaleza, como electrones, fotones, neutrinos, quarks, etc., parecen partículas, pero en realidad son diferentes modos de vibración de cuerdas unidimensionales muy pequeñas. Al igual que las cuerdas de un violín, las cuerdas cósmicas en la teoría de cuerdas (llamamos a las cuerdas en la teoría de cuerdas cuerdas cósmicas para evitar confusión con las cuerdas ordinarias) pueden vibrar en ciertos patrones. Cada modo de vibración corresponde a una frecuencia de vibración y una longitud de onda especiales. Una frecuencia de vibración de una cuerda de violín corresponde a una escala musical, mientras que diferentes frecuencias de vibración de una cuerda cósmica corresponden a diferentes cualidades y energías. Todas las partículas elementales, como electrones, fotones, neutrinos, quarks, etc., son diferentes modos de vibración o estados de vibración excitados de las cuerdas cósmicas. El tamaño típico de cada cuerda cósmica es aproximadamente la unidad básica de longitud, la longitud de Planck (10-33 centímetros). En resumen, si se considera el universo como un mar compuesto de hilos cósmicos, entonces las partículas elementales son como espuma en el agua: se crean y aniquilan constantemente. ¡Nuestro mundo material real es en realidad una magnífica sinfonía tocada por cuerdas cósmicas (ver [3])!
Algunas personas dirían que ver el mundo material como una sinfonía tocada por cuerdas cósmicas es algo similar a la conciencia, lo opuesto a la materia. Sí. Según la opinión popular actual, la conciencia existe enteramente sobre una base material (nuestro cerebro), pero la conciencia no es una realidad física específica, porque nadie ha encontrado ninguna "conciencia" tangible dentro del cráneo durante la existencia de una cirugía cerebral. Todos conocemos las sinfonías de Beethoven y se pueden tocar con varios instrumentos. Pero este conjunto de instrumentos no es una sinfonía per se. La conciencia es una sinfonía tocada por el cerebro. Esta imagen abre una nueva forma de entender la "unidad de mente y materia", es decir, la unidad de conciencia y materia.
Algunas personas también pueden decir que no importa cuán pequeñas sean las cuerdas cósmicas, no importa si las personas pueden observarlas o no, las cuerdas cósmicas son siempre una realidad objetiva. Son las unidades básicas que componen la materia. mundo, por lo que el mundo material también debería ser una realidad objetiva. Esta afirmación no es exacta. La unidad básica que constituye el mundo material son las diversas vibraciones posibles de la cuerda cósmica, no la cuerda cósmica en sí, del mismo modo que la única unidad que constituye una sinfonía es cada nota emitida por el instrumento, no el instrumento en sí.
Antes de la teoría de cuerdas, la realidad de la materia se reflejaba en el hecho de que los ladrillos que componen el mundo objetivo son cientos de átomos, los cuales están compuestos por partículas básicas como protones, neutrones y electrones. Estas partículas básicas se consideran entidades materiales y todas ellas son "superladrillos" que componen el mundo material. Por lo tanto, el mundo material puede considerarse una entidad material. En la teoría de cuerdas, la situación cambia fundamentalmente. Las partículas básicas que alguna vez fueron consideradas los ladrillos que componen el mundo objetivo son ahora varias "notas" en las cuerdas cósmicas. Los diversos mundos materiales realmente se han convertido en "todos los fenómenos condicionados, como los sueños y las burbujas, como el rocío y los relámpagos, y deben ser vistos como tales ("Sutra del diamante")". La física ha entrado ahora en el "vacío original de su propia naturaleza". "¡reino!
Algunas personas pensarán: ¡Dios mío! La materia ya no es una realidad objetiva, entonces ¿hay algo más en el mundo que sea real? La respuesta es sí. La relación entre las cosas es real. Con base en los avances de las ciencias naturales en el siglo XX, podemos reemplazar las entidades materiales absolutas con la realidad relacional, lo que significa que las cosas no son entidades aisladas compuestas de cualidades inherentes, sino que son el resultado del origen y manifestación de múltiples factores potenciales.
Cada ser está basado en algo más y se crea a partir de una combinación de factores potenciales. “Fenómenos, realidad y existencia se limitan a un conjunto de estructuras relacionales esencialmente inseparables” [4].
El vocabulario filosófico utilizado por los filósofos cuando discuten la "realidad relacional" puede que no le resulte familiar, por lo que utilizaremos ejemplos para explicarlo.
Vemos un haz de luz roja, que es un evento y un "resultado". Este resultado se produce por la convergencia de múltiples causas y condiciones. La primera es el valor de la longitud de onda de la luz. Para usar el lenguaje familiar de los filósofos, este es el "primer tipo de propiedad". Este tipo de propiedad también incluye la extensión del objeto, que no es inherente al objeto mismo. depende del observador, no depende de nada más, es decir, se establece sin ningún emparejamiento. A estas primeras cualidades las llamamos "causas". En segundo lugar, también necesitamos otras condiciones, como abrir bien los ojos, no tener daltonismo, mirar en la dirección correcta y no haber obstáculos entre los ojos y la fuente de luz, etc. A estas condiciones las llamamos "parámetros de relación", también conocidos como "condiciones". La convergencia de estas causas y condiciones produce el efecto de la luz roja. Las propiedades de color como el "rojo" son "propiedades secundarias" cuya existencia depende, al menos en parte, del observador. "Realismo relacional" significa que los parámetros relacionales no se pueden eliminar sin ellos, no habría efecto de "ver luz roja", por lo que es real.
Pongamos un ejemplo más claro. Para conseguir un manzano, primero debes tener una semilla de manzana, que es la "causa". Pero esta semilla por sí sola no crecerá hasta convertirse en un manzano. Por ejemplo, si la semilla se coloca en un almacén, no importa cuánto tiempo se deje, el árbol no crecerá. Por lo tanto, la causa por sí sola no puede dar fruto. Las semillas deben colocarse en el suelo y deben tener humedad, luz solar, temperatura, fertilizante, etc. adecuados, para que las semillas germinen y crezcan, y finalmente se conviertan en un manzano y produzcan manzanas. El suelo, la humedad, la luz solar, la temperatura, el fertilizante, etc. aquí son el "destino". Por lo tanto, la "causa" debe coincidir con la "condición" adecuada. Sólo cuando se combinan la causa y la condición se puede producir el efecto.
El destino son muchas condiciones coincidentes. Hay karma bueno y karma malo ("malo"). Por lo tanto, aunque sea la misma semilla, el fruto que se producirá será muy diferente. Por ejemplo, si pones semillas en un suelo pobre, o si no fertilizas lo suficiente, el manzano no crecerá mucho y las manzanas que produzca no serán deliciosas. Si las semillas se colocan en tierra fértil y se cuidan con cuidado, el fruto será dulce y delicioso. De esto se puede ver que cuando la misma causa encuentra diferentes condiciones, los resultados serán muy diferentes. Al mismo tiempo, debido a que el destino está formado por la combinación de muchas condiciones, el destino seguirá cambiando. Dado que el destino afecta el efecto, y el destino funciona bajo la cooperación de tantas condiciones, si una determinada condición cambia o incluso desaparece, es posible que el efecto ya no exista. En el caso de las manzanas, si hay sequía y falta de agua, los manzanos se marchitarán. Entonces, cuando las causas y condiciones desaparezcan, el efecto desaparecerá. En otras palabras: "Nacen de la armonía de causas y condiciones, y son destruidos por la dispersión de causas y condiciones".
Algunos lectores pueden haber descubierto que las palabras anteriores sobre las manzanas son paráfrasis de "de Pan Zongguang" Budismo y vida" [5] Un libro sobre el origen dependiente. La llamada "relación" se refiere a "condición", y el "realismo de relación" es en realidad consistente con la idea básica de la teoría budista del origen dependiente.
En resumen, a principios del siglo XXI, la física representada por la teoría de cuerdas ha entrado verdaderamente en el reino Zen del origen dependiente y el vacío. Mirando las noticias al comienzo de este artículo, no es difícil entender por qué a las personas les resulta difícil entender el vívido informe de Hawking. ¡La razón es que el concepto de materia como entidad es demasiado persistente en los corazones de las personas!
El budismo cree que la esencia del mundo material es el vacío del origen dependiente. El Mar de la Conciencia Oculta (también conocido como Mar del Tathagata) es la ontología del universo. Todo en el mundo material son las olas del mar causadas por el viento. En otras palabras, el mundo material es la sinfonía producida por el viento que toca la esencia del universo.
El "Entra en el Lankavatara Sutra" dice: "Es como una enorme ola del océano. Se eleva debido a un fuerte viento. El torrente tamborilea en el valle profundo. No hay tiempo para cortarlo. El mar de conciencia oculta siempre está ahí. El reino es movido por el viento. Todo tipo de olas de conciencia." "Salta y reencarna".
Este verso dice: Es como un mar con olas en calma. Y un silencio claro cuando soplan fuertes vientos, el mar en calma generará olas interminables. Al igual que el aullido de decenas de miles de personas, el cielo y la tierra se oscurecen y no hay tiempo para detenerse y aclarar. La ontología del universo, el mar de la conciencia (Tathagatagarbha), es originalmente clara y pacífica, y permanece en constante cambio según las circunstancias. Debido al soplo del viento en el ambiente interno y externo, el cuerpo puro y silencioso se transformará en ondas ondulantes, seguidas por los diversos efectos de las siete conciencias anteriores.
A partir de esto, las olas chocan entre sí y avanzan, reencarnando en todos los reinos sin fin. Como dice la Escritura: "Colores verde y rojo. Leche y miel de hueso. Flores y frutas con sabor ligero. El sol y la luna y la luz. Ni diferentes ni iguales. El agua del mar hace olas. Lo mismo ocurre con las siete conciencias. . La mente es armoniosa y unida." (Citado de [6]). Este verso dice: Debes saber que todas las formas en el mundo, incluso los minerales en la tierra, las plantas en el bosque y el sol y la luna en el cielo, etc., que se remontan a sus orígenes, son todas formas transformadas del Tathagata. conciencia del tesoro. Estos objetos y la conciencia almacenada no son de naturaleza diferente, pero una vez que se han convertido en todas las cosas, no se puede decir que tengan la misma función que la mente. Por ejemplo, dado que el agua de mar se ha transformado en olas, la forma y función de las olas son diferentes a las del agua de mar entera; sin embargo, la raíz de las olas todavía se transforma a partir del agua de mar; Desde el punto de vista de la materia, las diferencias (diferenciación y clasificación) de todas las categorías también se derivan de esta unidad. Desde la perspectiva de la mente, las diferentes funciones de los siete tipos de conciencia también se reencarnan en la conciencia del tesoro del Tathagata. Y debido a la armonía de la mente y la materia, ocurren varias cosas en el mundo, por lo que el mar de conciencia originalmente claro nunca tendrá paz. (Nota: Los objetos verdes, rojos y otros se refieren a los objetos de color en la base de los ojos. Kepei se refiere a los objetos de sonido y polvo en la base de los oídos. La leche y la miel de piedra se refieren a los objetos de fragancia y polvo. en la base de la nariz las flores y frutos de sabor claro se refieren a la base de la lengua. Los objetos que saborean el polvo (el sol, la luna y la luz se refieren a los objetos que tocan el polvo). La relación entre el agua de mar y las olas aquí es exactamente la relación entre las cuerdas y la música. También son la relación entre el mundo material y la ontología del universo. Cuando entendí esta verdad, me llené de asombro y conmoción. Después de leer esto, puede que sientas: "¡Cuando los científicos suben a la cima de la montaña con grandes esfuerzos, los maestros budistas llevan mucho tiempo esperando aquí!"
[1] Steiger Müller: "La corriente principal de Filosofía Contemporánea", página 536, The Commercial Press, 1992.
[2] Luo Jiachang: "De la entidad material a la realidad relacional", Prefacio, China Social Sciences Press, 1996.
[3] B. Green: "Las cuerdas del universo", traducido por Li Yong, Hunan Science and Technology Press, 2005.
[4] Luo Jiachang: "Realismo relacional: esquema y programa de investigación", "Campo y ser" (1), página 78, Oriental Publishing House, 1994.
[5] Pan Zongguang: "Budismo y vida", Fudan University Press, 2005.
[6] Nan Huaijin: "Obras seleccionadas de Nan Huaijin", Volumen 9 "Traducción moderna de Leng Jia Dayi", Capítulo 3, Fudan University Press, 2005.
Sobre el autor:
Zhu Qingshi, expresidente de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China