El universo puede tener la misma geometría surrealista como parte de la mayoría de las imágenes alucinantes del arte . Ese es el resultado de un estudio realizado por uno de los científicos vivientes más famoso del mundo , Stephen Hawking de la Universidad de Cambridge.
El hallazgo podría deleitar a los fans del artista holandés MC Escher, pero el equipo de Hawking afirma que su estudio proporciona una manera de conciliar las exigencias geométricas de la teoría de cuerdas, una aún hipotética "teoría del todo", con el universo que observamos.
Sus cálculos se basan en un giro matemático que antes se consideraba imposible. Si se mantiene, podría explicar cómo surgió el universo desde el big bang y unir a la gravedad con la mecánica cuántica.
"Tenemos una nueva ruta hacia la construcción de modelos de la teoría de cuerdas de nuestro mundo", dice el colega de Hawking, Thomas Hertog, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Católica de Lovaina (KUL), en Bélgica.
En vista de ello, la idea de que las imágenes de Escher pueden describir el diseño del universo parece contradecir lo que sabemos acerca de él.
Las imágenes en cuestión son teselados, arreglos de formas repetidas, como las imágenes ensambladas de murciélagos y ángeles que se ven en Círculo Límite IV. Aunque estas son planas, ellas sirven como "proyecciones" de una geometría alternativa llamada espacio hiperbólico, antes de parecerse a un mapa plano del mundo es una proyección de un globo. Por ejemplo, aunque los murciélagos en la proyección plana parecen encogerse a un ritmo exponencial en los bordes, en el espacio hiperbólico son todos del mismo tamaño. Estas distorsiones de la proyección surgen porque el espacio hiperbólico no puede ser plano. En cambio, se asemeja a un paisaje movediso y con torsión, de colinas parecidas a una silla de montar.
circulo límite IV.Crédito.MC Escher.
Eso no es a lo que nuestro universo se parece. Las mediciones de la radiación cósmica de fondo-el eco del Big Bang-y las distancias a las supernovas han puesto de manifiesto que nuestro universo es plano, no torcido.
También se está expandiendo a un ritmo acelerado, debido a una misteriosa entidad conocida como energía oscura. No sabemos lo que es la energía oscura o de dónde viene, pero el lenguaje matemático proporcionado por la teoría de Einstein de la relatividad general tiene una forma de describir esta expansión acelerada. Al añadir una constante - conocida como la constante cosmológica –a las ecuaciones de la relatividad general se mantiene la expansión del universo para siempre, pero sólo si la constante tiene un signo positivo. Hasta ahora, decir que vivimos en un universo en constante expansión ha sido lo mismo que decir que nuestro universo tiene una constante cosmológica positiva.
Sin embargo existen algunos problemas pendientes. La relatividad general cubre este aspecto del universo, pero ella no puede describir el Big Bang. Tampoco puede unir a la gravedad, que trabaja a gran escala, con la mecánica cuántica, la cual trabaja en escalas muy pequeñas. "Eso significa que usted no puede predecir porqué vivimos en el universo en que vivimos", dice Hertog.
La teoría de cuerdas, mientras tanto, ofrece una imagen maravillosamente completa de la historia del universo y conecta a la gravedad con la mecánica cuántica -, pero es más cómoda en un universo con una curvatura negativa, parecida a la geometría de Escher y con una constante cosmológica negativa.
Esto deja a los físicos con un profundo abismo que cruzar: por un lado es un universo que funciona, pero carece de una teoría completa, y por el otro es una teoría completa que no describe el universo real.
Ahora, Hawking, Hertog y James Hartle de la Universidad de California en Santa Bárbara, se proponen un puente. Ellos han encontrado una manera de producir universos en expansión acelerada con una constante cosmológica negativa. Esto significa que la teoría de cuerdas puede, después de todo, describir el universo que observamos. La propuesta surgió de una idea que Hawking y Hartle tenían en la década de 1980 acerca de las deficiencias de la relatividad general mediante la búsqueda de una imagen cuántica de la cosmología.
En la mecánica cuántica, una simple ecuación llamada la función de onda describe todos los posibles estados en que un objeto cuántico puede estar, y asigna a cada uno de ellos una cierta probabilidad. Hawking y Hartle buscaban una función de onda similar que pueda generar la probabilidad de que universos diferentes surgan desde el Big Bang. Ello podría describir todos los universos posibles que podrían haber surgido, incluyendo aquellos en los que nunca se formó el sistema solar, o en los que la vida podría haber evolucionado de manera muy diferente.
En los últimos 30 años, Hawking y Hartle han estado forzando a una constante cosmológica positiva en su función de onda, ya que se consideró necesario. Pero eso significaba sacrificar la precisión: ya que no podían obtener sino universos que eran aproximaciones toscas de la realidad.
Los teóricos de cuerdas han estado también luchando con universos con constantes cosmológicas positivas, los cuales tienden a ser inestables. Su construcción es un poco como tratar de equilibrar un lápiz sobre su punta: podría funcionar por un tiempo, pero el estado más estable de energía del lápiz es el de acostarse sobre la mesa, y, finalmente, se caerá. Las versiones de mayor éxito de la teoría de cuerdas prefieren vivir en la versión -Escher.
"La teoría de cuerdas con una constante cosmológica negativa funciona mucho mejor", dice Hertog.
Pero el último trabajo de Hawking sugiere que este supuesto fallo puede ser en realidad lo que una a la teoría de cuerdas con la realidad. En un artículo publicado online, Hawking y sus colegas describen cómo se produce una gran cantidad de universos a partir de funciones de onda, con constantes cosmológicas negativas , algunos de los cuales se están expandiendo y acelerando (ver aquí).
"Algunos de esos universos se están acelerando, al igual que nuestro universo", dice Hertog. "Resulta que el estado cuántico incluye ambos tipos de universos, de forma automática." Para una función de onda determinada, estos universos que se aceleran y expánden, incluso llegar a ser los más probables.
La clave de esta visión fue reconocer que los universos generados por la función de onda del equipo podría evolucionar para parecerse mucho a una formulación particular de la teoría de cuerdas, producida por Juan Maldacena, del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey en 1997 (vr aquí). "Había una relación matemática, una conexión muy elegante", dice Hertog.
Una vez que habían visto la relación con su función de onda, el equipo de Hawking decidió poner a prueba a las dos juntas, escribiendo una nueva función de onda con una constante cosmológica negativa. Ellos pensaron que esto les permitiría pedir prestado la imagen matemática maravillosamente completa del universo proporcionada por la teoría de cuerdas y producir universos que aceleren hacia el exterior.
¿Qué pasa con las observaciones que sugieren que nuestro universo es plano? Similar a cómo las leyes de Newton del movimiento funciona para los objetos cotidianos, pero dándo paso a las leyes más completas de Einstein en escalas cosmológicas, el equipo de Hawking cree que la planitud aparente del universo se puede describir así tan lejos como podamos ver, pero en última instancia, dará paso a una subyacente geometría como la de Escher.
Es demasiado pronto para declarar resuelto el universo. Maldacena dice que el modelo del equipo de Hawking deja de lado los aspectos de la versión completa de la teoría de cuerdas, como las disposiciones para la estabilidad de algunas partículas. "Sería maravilloso si fuera todo lo que necesitamos hacer", dice. "Pero creo que es demasiado simplificada. Es difícil ver cómo se puede ampliar a una teoría más completa."
Hertog está de acuerdo en que su trabajo no ha terminado - pero cree que la constante cosmológica negativa, eventualmente dará lugar a una descripción completa, del universo que observamos. "Es una ventana que se abre ahora", dice, "no es algo que aún tengamos ".
fuente de la información:
http://www.newscientist.com/article/mg21428682.600-hawkings-escherverse-could-be-theory-of-everything.html
