origami do Universo, Lisa Randall e un «brane new world»

O pasado 1 de xullo na Cidade da Cultura o Salón de Actos do CINC deixou espazo para unha das maiores eminencias vivas sobre o modelo do universo multidimensional, encadrado dentro da cosmoloxía das branas e baseado na Teoría de Cordas e a Teoría M : a investigadora da Universidade de Harvard, Lisa Randall [acompañada polos físicos José Edelstein, Javier Mas e Jorge Mira].

«Deixou espazo» é un dicir.O lugar elixido para a conferencia tiña capacidade para menos da metade das persoas que nos achegamos ata alí dende toda Galiza [unha das físicas téoricas máis célebres do mundo -un mundo tan XY e unha XX aí, metida na fariña cuántica!-, de balde, por vez primeira aquí… era visto]. A Cidade da Cultura aparecéusenos de novo -ademais de como pista espacial de aterraxe- como un monstroso continente con problemas para se encher de contidos. Ou para prever cando se vai encher.

Non hai dimensións ocultas na Cidade da Cultura, para desgraza das ducias de persoas que tiveron que volver saír do Salón de Actos porque non collían e, por razóns de seguridade, non puideron sentar no chan ou nunhas cadeiras exentas. A porta única dese salón é estreita e alta, iso si, altirma: se cadra deseñada para cando o ser humano desenvolva ás e poida saír voando en caso de emerxencia, ademais de reptando. Namentres, seguimos ancorados á nosa querida forza de gravidade [«rameira desapiadada!»], por débil que sexa, e daí que moitas físicas, investigadores, estudantes e curiosos quedaran fóra dese pregue ganchillado de Universo no Gaiás, que nos custara un disparate aos galegos…

Non me quedou outra que converter ao meu fillo -que sentara rápido coma un lóstrego na única butaca libre – nunha escultura-oda á multidimensión: puiden ficar como espectadora se el sentaba no meu colo. E sobre os seus xeonllos un libraco de 5 quilos, por se aburría. Nai-fillo-libraco.Tres obxectos voluminosos do universo coñecido repregados sobre unha soa cadeira. Acabei feita unha brana. Unha brana por ti, Lisa. Pero non adiantemos conceptos.

Lisa Randall

A propia Lisa Randall -ademais dos organizadores e presentadores- desculpouse pola xente que quedou fóra. Con todo, o acontecido pode lerse como sinal de que se cadra a física de partículas e a cosmoloxía interesan máis do que parece. E, sen dúbida, a iniciativa de traela foi estupenda, un luxazo. Os tres anfitirións, tras certos intentos de negociación -sen froito- deron inicio ao acto ante menos de 200 persoas.

Javier Mas e José Edelstein, profesores ambos da área de física teórica na Facultade de Física de Santiago de Compostela, prepararon o terreo cuns relatorios amenos sobre o quid da cuestión, é dicir, a gravidade, Einstein e furados negros, incidindo no motivo do acto: o Ano da Luz que, entre outros eventos, homenaxea a publicación hai 100 anos do artigo sobre teoría de relatividade xeral [e o efecto fotoeléctrico derivado] de Albert Einstein. De la manzana al agujero del gusano: cien años de Relatividad General era o título da charla de Javier Mas Sole; El universo de Einstein: del Big Bang a los agujeros negros a de José Edelstein.

«Es bonito que los humanos vivamos en el lugar donde el tiempo transcurre más despacio», dixo Edelstein lembrando unha das consecuencias da relatividade: canto máis preto do chan desta Terra nosa, a gravidade é máis forte e o tempo transcorre máis lento -e más rápido lonxe do efecto gravitarorio-. [Ese foi o punto de drama familiar do que tirou partido Interstellar, de C. Nolan].

20150701_203949

O físico Javier Mas con unha das mazás da súa charla

20150701_205130

O físico José Eldestein, ante unha pintada da ecuación de campo de Einstein-Hilbert

A charla de Lisa Randall non despregou moita pirotecnia -vou pasar por alto que alguén na sala puxera o tradutor simultáneo a un volume obsceno e os que non o tiñamos houbemos sufrilo- e, probablemente, para alguén familiarizado con «Universos ocultos» -ese título que pode parecer new-age cando non o é en absoluto-, na estupenda edición de Acantilado, non achegou maior novidade que a exposicion da súa teoría, agás a ópera multidimensional á que aludiu ao finalizar a charla. Digo isto para tranquilizar a todos os que quedaron fóra, claro.

Expuxo o modelo Randall-Sundrum comezando polo básico: a nosa maneira de ver o mundo pérdese detalles. Detalles preciosos a ollos de física. É máis: a nosa maneira de ver o mundo depende da escala na que nos movamos.  E máis aínda: algo ten que explicar que a forza da gravidade sexa tan feble [ a máis feble das 4 forzas fundamentais coñecidas polo de agora: a nuclear forte, a nuclear débil, a electromagnética e a de gravidade]…

4678054970_579108e5ac

«Without the Heart There Can be no Understanding Between The Hand and the Mind». Libro alterado. Rachael Ashe

A idea de movernos por un universo con máis dimensións das catalogadas xorde de que alguén se fixera esta pregunta: «Por que só 3?» E a súa resposta, polo de agora e á espera de que o Colisionador de Hadróns colisione partículas como debe, é a conxectura de que han existir máis: 4 ou 5 como mínimo.

De seguido, traduzo algúns anacos de «Universos ocultos. Un viaje a las dimensiones extras del cosmos» que remiten ao tema da súa charla no CINC da CdC.

No devandito libro, Randall expuña algunhas nocións fundamentais para prepararnos para o salto de varias ordes de magnitude na que se aventuran conxecturas como a súa á espera de que en Suíza berren Eureka se se confirma.

Unha desas nocións fundamentais é o inmenso salto de enerxía ao que nos estamos movendo, mensurable noutra escala:

«Os físicos de partículas miden a enerxía en unidades de electronvoltios. TeV equivale a un billón de electronvoltios. Isto é unha enerxía altísima e desafía os límites da tecnoloxía moderna, pero resulta baixa dende a perspectiva da gravidade cuántica, cuxas consecuencias é probable que só se mostren a enerxías 16 ordes de magnitude máis altas. Esta escala de enerxía é interesante, porque sabemos que a parte da teoría non descuberta aínda, relacionada con outorgarlles masas ás partículas elementais, debería atoparse aquí.

[…]

Retrocedendo aos primeirísimos comezos, o Universo enteiro podería terse comprimido até o tamaño dunha partícula elemental. As flutuacións cuánticas terían sacudido o universo todo e debeu de existir un vínculo esencial entre a cosmoloxía e o micromundo

20150701_213831

Dimensións do espazo. Cantas? Como?

❇

A física de Harvard fixo referencia na súa obra á brecha entre matemáticas e física de cordas:

«Un detalle bastante inusual da teoría de cordas -dende o punto de vista da socioloxía e a historia da ciencia-, é que se trata dun dos poucos exemplos onde a física se viu detida pola falta das matemáticas precisas. No pasado, os físicos botaban man no andel de matemáticas xa anticuadas. Einstein empregou a xeometría non euclidiana do século XIX e os pioneiros da teoría cuántica usaron teorías de grupos e ecuacións diferenciais que en esencia levaban funcionando dende moito antes. Pero a teoría de cordas plantexa problemas matemáticos sen solución aínda e en realidade achega a física á matemática.»

E dun xeito tirando a poético -«origami», «granuloso»-, explicounos as anfractuosidades, os pregues e grutas mínimas de todo ese micromundo [cousa que me fai pensar que, de parecerse a algunha paisaxe deste planeta, a topografía cuántica ten máis de ría galega que de deserto de Atacama, por exemplo]:

«A teoría de cordas é o enfoque dominante agora, e colleitou xa algúns éxitos, pero a cousa é se vai desenvolver até o punto de que sexamos en verdade quen de resolver problemas demostrables empiricamente. Se non salvamos a brecha entre esta teoría de dez dimensións e o que observamos, paralizarase en seco. Na meirande parte das versións da teoría de cordas, as dimensións extra por riba das tres habituais están todas enrodeladas moi preto, de xeito que cada punto do noso espazo ordinario é como un intrincado deseño de origami en seis dimensións. Vemos só tres dimensións, o resto son invisibles para nós porque están moi enrodeladas. Se ollas unha agulla semella unha liña de unha soa dimensión dende lonxe, pero en verdade é tridimensional. De xeito análogo, as dimensións extra poderían observarse se ollases as cousas dende moi moi preto. O espazo a unha escala diminuta é granuloso e complexo: a súa lisura é unha ilusión da grande escala. Tal é o punto de vista convencional nestas teorías de cordas.»

[…]

«Segundo esta teoría habería outros universos, se cadra separados do noso por unha distancia microscópica; sen embargo, esa distancia mídese na cuarta dimensión, da que non somos conscientes. Prisioneiros das nosas tres dimensións, non somos quen de detectar directamente esoutros universos. É como unha morea de bichiños a se arrastar nunha enorme folla de papel bidimensional, e que nunca saberá da outra morea de bichos a se arrastaren por outra folla de papel, se cadra a moi pouca distancia na terceira dimensión.»

20150701_214934

Lisa Randall and her brane new world

Como explica Francisco R. Villatoro no blog La ciencia de la mula Francis, «Su idea [de Randall] es que las partículas del modelo estándar están en una brana 4D y las partículas supersimétricas están “secuestradas” en otra brana 4D diferente a la nuestra, ambas formando parte de un universo 5D (llamado bulk)».

Brana é unha abreviatura de membrana. É dicir, membranas que son outra cousa. Como profana, resúltame difícil imaxinalas. Quizais unha especie de circuítos, de vías de tren, que manteñen atadas as partículas a un determinado número de dimensións. Non obstante, a idea de brana ten algo brando, algo flexible, que me despista.

Así se comportan as partículas no modelo Randall-Sundrum, un «brane new world» que pode soar estraño:

«As branas son especiais, particularmente no contexto da teoría de cordas, porque existe un mecanismo natural que confina as partículas á brana; deste xeito, non todo ten por que desprazarse por dimensións extra, mesmo se esas dimensións existen. As partículas confinadas na brana terían un momentum e un movemento só ao longo da brana, igual que as pingas de auga na superficie da túas cortinas de baño. As branas dan pé a todo un conxunto de posibilidades na física das dimensións extra, porque as partículas confinadas á brana terán máis ou menos o aspecto que terían nun mundo de tres-dimensións-máis-unha; nunca se aventuran alén diso. Protóns, electróns, quarks, todo tipo de partículas elementais poderían estar obrigadas a ficar na brana. Nese caso, cabería preguntarse para que nos han importar o máis mínimo as dimensións extra, se malia a súa existencia as partículas que conforman o noso mundo non as penetran xamais. Porén, aínda que todas as partículas coñecidas no modelo estándar fican na brana, isto non se cumpre para a gravidade. Os mecanismos para confinar partículas e forzas mediatizadas polo fotón ou o protón electrogauge á brana non funcionan na gravidade. A gravidade, segundo a teoría xeral da relatividade, debe existir necesariamente nunha xeometría completa do espazo. Alén diso, unha teoría gravitacional consistente esixe que o gravitón, a partícula que media na gravidade, ten que se emparellar a calquera fonte de enerxía, tanto se esa fonte está confinada á brana coma se non. Dese xeito, o gravitón tería que atoparse na rexión que envolve a xeometría completa de maiores dimensións: unha rexión coñecida como o bulk [o vulto, a mole] -porque podería haber fontes de enerxía alí-. Finalmente, existe unha explicación na teoría de cordas a por que o gravitón non está pegado a brana ningunha: o gravitón vai vencellado á corda pechada, e só as cordas abertas poden ancorarse a unha brana.»

Entre o público, algo que chamou a atención das inquedanzas de Randall foi o seu interese pola arte e a ciencia e por mesturar nocións da súa teoría con expresións artísticas, en concreto a ópera. En Hypermusic, Prologue. A projective opera in seven planes, con texto da propia Randall e música do compositor Héctor Parra, unha muller [a soprano] adéntrase na quinta dimensión en tanto que o home [o barítono] non a segue. Mmmm, dá para matinar no tema.

Tradución ao galego de Estíbaliz…Espinosa

❇

No vello debate sobre se a sintaxe conforma ou non o pensamento matemático – a linguaxe prodixiosa que semella ir aproximándose, non sabemos se asintoticamente ou non, ao que existe aí fóra-, vou romper unha lanza a favor da poesía como magma onde metemos os ollos para dexergar posibilidades, torsións espaciais, esguinces de perspectiva.

No libro Árbol adentro o poeta Octavio Paz escribía un longo e mesmerizante poema: La casa de la mirada. Se ben o pretexto era a pintura coido que, sendo como era un poeta leviatán, saíuse de si mesmo, foise e non regresouse para brindarnos un mantra sobre arquitecturas imposibles e sobre canto saber temos os humanos na caixa do cranio. Todo remexido coa súa palabra untuosa, de pranta carnívora. Unha xoia de ritmo e drogaína lírica.

Que foi primeiro? O noso devezo semático polo imposible ou a deriva matemática que nos conduce ao imposible? Igual é unha simbiose, unha cooperación. Non sabemos que pensaría Octavio Paz, pero a súa verba, a súa mirada, reverberan. Eis un anaco desa marabilla de poema:

[…]

Sigues el rumor de tu sangre por el país desconocido que inventan tus ojos
y subes por una escalera de vidrio y agua hasta una terraza.
Hecha de la misma materia impalpable de los ecos y los tintineos,
la terraza, suspendida en el aire, es un cuadrilátero de luz, un ring magnético
que se enrolla en sí mismo, se levanta, anda y se planta en el circo del ojo,
géiser lunar, tallo de vapor, follaje de chispas, gran árbol que se enciende y apaga y enciende:
estás en el interior de los reflejos, estás en la casa de la mirada,
has cerrado los ojos y entras y sales de ti mismo a ti mismo por un puente de latidos:
EL CORAZÓN ES UN OJO.

Estás en la casa de la mirada, los espejos han escondido todos sus espectros,
no hay nadie ni hay nada que ver, las cosas han abandonado sus cuerpos,
no son cosas, no son ideas: son disparos verdes, rojos, amarillos, azules,
enjambres que giran y giran, espirales de legiones desencarnadas,
torbellino de las formas que todavía no alcanzan su forma,
tu mirada es la hélice que impulsa y revuelve las muchedumbres incorpóreas,
tu mirada es la idea fija que taladra el tiempo, la estatua inmóvil en la plaza del insomnio,
tu mirada teje y desteje los hilos de la trama del espacio,
tu mirada frota una idea contra otra y enciende una lámpara en la iglesia de tu cráneo,
pasaje de la enunciación a la anunciación, de la concepción a la asunción,
el ojo es una mano, la mano tiene cinco ojos, la mirada tiene dos manos,
estamos en la casa de la mirada y no hay nada que ver, hay que poblar otra vez la casa del ojo,
hay que poblar el mundo con ojos, hay que ser fieles a la vista, hay que
CREAR PARA VER.

La idea fija taladra cada minuto, el pensamiento teje y desteje la trama,
vas y vienes entre el infinito de afuera y tu propio infinito,
eres un hilo de la trama y un latido del minuto, el ojo que taladra y el ojo tejedor,

al entrar en ti mismo no sales del mundo, hay ríos y volcanes en tu cuerpo, planetas y hormigas,
en tu sangre navegan imperios, turbinas, bibliotecas, jardines,
también hay animales, plantas, seres de otros mundos, las galaxias circulan en tus neuronas,
al entrar en ti mismo entras en este mundo y en los otros mundos,
entras en lo que vio el astrónomo en su telescopio, el matemático en sus ecuaciones:
el desorden y la simetría, el accidente y las rimas, las duplicaciones y las mutaciones,
el mal de San Vito del átomo y sus partículas, las células reincidentes, las inscripciones estelares.

[…]

bing-5

Se queredes botar un ollo aos textos orixinais de Lisa Randall, velaquí:

Particle physicists measure energy in units of electron volts. “TeV” means “a trillion electron volts.” This is a very high energy and challenges the limits of current technology, but it’s low from the perspective of quantum gravity, whose consequences are likely to show up only at energies 16 orders of magnitude higher. This energy scale is interesting, because we know that the as-yet-undiscovered part of the theory associated with giving elementary particles their masses should be found there… Back at the very beginning, the entire universe could have been squeezed to the size of an elementary particle. Quantum fluctuations could shake the entire universe, and there would be an essential link between cosmology and the microworld.

[…]

The one thing that’s rather unusual about string theory from the viewpoint of the sociology and history of science is that it’s one of the few instances where physics has been held up by a lack of the relevant mathematics. In the past, physicists have generally taken fairly old-fashioned mathematics off the shelf. Einstein used 19th-century non-Euclidean geometry, and the pioneers in quantum theory used group theory and differential equations that had essentially been worked out long beforehand. But string theory poses mathematical problems that aren’t yet solved, and has actually brought math and physics closer together.

[…]

String theory is the dominant approach right now, and it has some successes already, but the question is whether it will develop to the stage where we can actually solve problems that can be tested observationally. If we can’t bridge the gap between this ten-dimensional theory and anything that we can observe, it will grind to a halt. In most versions of string theory, the extra dimensions above the normal three are all wrapped up very tightly, so that each point in our ordinary space is like a tightly wrapped origami in six dimensions. We see just three dimensions; the rest are invisible to us because they are wrapped up very tightly. If you look at a needle, it looks like a one-dimensional line from a long distance, but really it’s three-dimensional. Likewise, the extra dimensions could be seen if you looked at things very closely. Space on a very tiny scale is grainy and complicated — its smoothness is an illusion of the large scale. That’s the conventional view in these string theories.

[…]

According to this theory, there could be other universes, perhaps separated from ours by just a microscopic distance; however, that distance is measured in some fourth spatial dimension, of which we are not aware. Because we are imprisoned in our three dimensions, we can’t directly detect these other universes. It’s rather like a whole lot of bugs crawling around on a big two-dimensional sheet of paper, who would be unaware of another set of bugs that might be crawling around on another sheet of paper that could be only a short distance away in the third dimension.

[…]

Branes are special, particularly in the context of string theory, because there’s a natural mechanism to confine particles to the brane; thus not everything need travel in the extra dimensions, even if those dimensions exist. Particles confined to the brane would have momentum and motion only along the brane, like water spots on the surface of your shower curtain. Branes allow for an entirely new set of possibilities in the physics of extra dimensions, because particles confined to the brane would look more or less as they would in a three-plus-one-dimension world; they never venture beyond it. Protons, electrons, quarks, all sorts of fundamental particles could be stuck on the brane. In that case, you may wonder why we should care about extra dimensions at all, since despite their existence the particles that make up our world do not traverse them. However, although all known standard-model particles stick to the brane, this is not true of gravity.The mechanisms for confining particles and forces mediated by the photon or electrogauge proton to the brane do not apply to gravity. Gravity, according to the theory of general relativity, must necessarily exist in the full geometry of space. Furthermore, a consistent gravitational theory requires that the graviton, the particle that mediates gravity, has to couple to any source of energy, whether that source is confined to the brane or not. Therefore, the graviton would also have to be out there in the region encompassing the full geometry of higher dimensions—a region known as the bulk—because there might be sources of energy there. Finally, there’s a string-theory explanation of why the graviton is not stuck to any brane: The graviton is associated with the closed string, and only open strings can be anchored to a brane.

Deixar unha resposta

introduce os teu datos ou preme nunha das iconas:

Logotipo de WordPress.com

Estás a comentar desde a túa conta de WordPress.com. Sair / Cambiar )

Twitter picture

Estás a comentar desde a túa conta de Twitter. Sair / Cambiar )

Facebook photo

Estás a comentar desde a túa conta de Facebook. Sair / Cambiar )

Google+ photo

Estás a comentar desde a túa conta de Google+. Sair / Cambiar )

Conectando a %s