¿Por qué el universo tiene once dimensiones?
¿No fue hasta principios del siglo pasado que Einstein, un empleado de la Oficina Suiza de Patentes y recién graduado con un doctorado en física, propuso una teoría física que hizo época? La teoría especial de la relatividad convierte el tiempo y el espacio en un todo llamado espacio-tiempo, y el tiempo se convierte en la cuarta dimensión del espacio-tiempo.
Sin embargo, aunque el tiempo y el espacio están unificados y el número de dimensiones ha aumentado a 4, el tiempo se añade como una dimensión especial. Aunque el tiempo y el espacio están unificados, siguen siendo fundamentalmente diferentes. Entonces, ¿Minkowski, el profesor universitario de Einstein, construyó un modelo geométrico para la relatividad especial? En el espacio-tiempo de Minkowski, las coordenadas temporales se transforman mediante números imaginarios, y las tic se utilizan para medir la dimensión temporal, donde I representa el número imaginario y ct representa la distancia espacial recorrida por la velocidad de la luz en la unidad de tiempo.
Así que en el espacio-tiempo unificado de la relatividad especial, el tiempo y el espacio siempre son diferentes, y el espacio sigue siendo tridimensional. Cuando Einstein estaba estudiando la teoría del campo unificado de la fuerza electromagnética unificada, ¿había un matemático alemán Theodore? Kaluza intentó añadir una dimensión espacial a las ecuaciones del campo gravitacional, ampliando el espacio-tiempo a cinco dimensiones. En el espacio-tiempo de cinco dimensiones, existen varios conjuntos de ecuaciones para las ecuaciones del campo gravitacional. Además de las ecuaciones originales del campo gravitacional, existe otro conjunto de ecuaciones. Kaluza descubrió que estas ecuaciones adicionales eran equivalentes a las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell, lo que significaba que la relatividad general unificaba la teoría electromagnética cuando el espacio-tiempo añadía una dimensión espacial.
Esta es realmente una muy buena idea, pero aquí surge la pregunta: ¿Dónde está la cuarta dimensión? Dado que el espacio todavía tiene grados de libertad, ¿por qué no podemos verlo ni sentirlo? ¿Y luego otro Oscar al físico sueco? Klein propuso una hipótesis: la cuarta dimensión puede estar curvada. Si ella misma estuviera curvada a la longitud de Planck, de todos modos no podríamos observarla. En este punto nació una teoría del espacio-tiempo de cinco dimensiones que puede unificar la gravedad y el electromagnetismo. La comunidad científica llamó a esta teoría teoría de Kaluza-Klein.
Pero obviamente, esta teoría es incompleta por la sencilla razón de que ignora las otras dos fuerzas básicas de la naturaleza: la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Por lo tanto, con el desarrollo de la teoría, esta teoría de cinco dimensiones se desvaneció gradualmente de la visión de la gente.
Más tarde, se propuso la teoría de la simetría de fermiones y bosones: la teoría de la supersimetría, y los científicos comenzaron a actualizar la teoría unificada de cinco dimensiones de Kaluza-Klein sobre la base de la teoría de la supersimetría, hasta la dimensión espacial aumentada a diez dimensiones. , las dimensiones espacio-temporales aumentaron a once y la teoría geométrica de la gravedad finalmente abarcó todas las fuerzas conocidas. Esta teoría de la gravedad de 11 dimensiones se llama teoría de la supergravedad.
Sin embargo, los científicos pronto descubrieron que la teoría de la supergravedad tenía dos defectos fatales: el infinito y la pérdida de quiralidad (la no conservación de la paridad en interacciones débiles está relacionada con esto). Entonces, esta compleja y hermosa teoría unificada terminó en un fracaso.
Al mismo tiempo, existe otro conjunto de teorías de alta dimensión: la teoría de supercuerdas. A diferencia de la teoría de la supergravedad, la teoría de las supercuerdas unifica todas las fuerzas fundamentales conocidas en un espacio de nueve dimensiones, no existe el infinito y, como las dimensiones del espacio son un número impar, no pierde quiralidad. ¿Surge una teoría unificada perfecta? Sin embargo, ¿los científicos también descubrieron no uno, sino cinco? Estas cinco teorías de supercuerdas diferentes obtienen el mismo resultado. Claramente, las cinco teorías de supercuerdas son correctas, al menos en teoría, ¿en cuál deberíamos creer? En ese momento apareció un pacificador. Él es Edward, un genio físico estadounidense. Witten, quien añadió una dimensión espacial a cinco conjuntos de teorías de supercuerdas de diez dimensiones, unificó cinco conjuntos diferentes de teorías de supercuerdas en una teoría de supercuerdas de once dimensiones, que incluye diez dimensiones espaciales y una dimensión temporal.
Pero debiste haber descubierto que las dimensiones espaciales se han vuelto uniformes nuevamente y la quiralidad ha desaparecido, ¿verdad? Sin embargo, Witten es aún más poderoso. Se le ocurrió una solución: el espacio sigue teniendo nueve dimensiones, y la dimensión adicional es una dimensión espacial paralela que conecta los dos espacios de nueve dimensiones. De esta manera, cada dimensión espacial individual no sólo sigue siendo un número impar, sino que también aumenta la dimensión espacio-temporal a once dimensiones. Además, Witten descubrió que la teoría de las supercuerdas de once dimensiones incluye automáticamente la teoría de la supergravedad de once dimensiones, por lo que nació una teoría unificada para explicar completamente todas las interacciones conocidas (fuerzas fundamentales) en el universo. Witten llama a esta teoría del todo teoría M.
Entonces, ¿cómo podemos probar esta gran teoría unificada? ¿Cómo podemos verificar el espacio de alta dimensión? Desafortunadamente, ¿no hay nada que podamos hacer en este momento? En teoría, sólo la gravedad puede penetrar el espacio de alta dimensión. Otras fuerzas, como la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil, etc., no pueden escapar del espacio tridimensional, por lo que no se pueden utilizar nuestros métodos de medición convencionales. ¿En cuanto a si se puede detectar mediante ondas gravitacionales? Tampoco parece funcionar. La energía penetrante de las ondas gravitacionales es demasiado fuerte para reflejar señales y la tecnología humana actualmente no tiene la capacidad de generar señales de ondas gravitacionales mensurables.
En la actualidad, lo único que la tecnología humana puede hacer es encontrar las partículas supersimétricas predichas por la teoría de la supersimetría a través del Gran Colisionador de Hadrones. Sin embargo, los científicos no saben qué tan alto debe ser el estado de energía de las partículas supersimétricas. En otras palabras, no sabemos qué tamaño de colisionador de hadrones necesitamos construir para verificar la teoría de la supersimetría. Y es solo para verificar la teoría de la supersimetría, pero aún está lejos de verificar la teoría de cuerdas real.
La teoría m tiene éxito porque unifica naturalmente todas las fuerzas fundamentales conocidas añadiendo dimensiones espaciales, pero también fracasa porque no puede hacer nada que pueda verificarse con las predicciones teóricas de la tecnología existente, lo cual es devastador para una teoría científica. porque significa que la teoría pierde su falsabilidad.
¿Se puede considerar una teoría científica una teoría que no es refutable?