Simulan el origen del Universo desifrando la Teoría de la Supercuerda

Un grupo de tres investigadores de la KEK, la Universidad de Shizuoka y la Universidad de Osaka han revelado por primera vez la manera en como nació nuestro universo con tres dimensiones espaciales a partir de la teoría de supercuerdas 10-dimensional en la que el espacio-tiempo tiene 9 direcciones del espacio y una dirección temporal. Este resultado se obtuvo mediante la simulación numérica en una supercomputadora.

Según la cosmología del Big Bang, el universo se originó en una explosión desde un punto invisible, pequeño. Esta teoría es fuertemente apoyada por la observación del fondo cósmico de microondas y la abundancia relativa de elementos. Sin embargo, una situación en la que todo el universo es un pequeño punto excede el alcance de la teoría general de la relatividad de Einstein, y por esa razón no ha sido posible aclarar cómo funciona el universo y como en realidad se originó.

En la teoría de supercuerdas, la cual es considerada como la “teoría del todo”, todas las partículas elementales se representan como varios modos de oscilación de las cuerdas muy pequeñas. Entre los modos de oscilación, hay una que corresponde a una partícula que media la gravedad, y por lo tanto la teoría de la relatividad general puede ser, naturalmente, extendida a la escala de las partículas elementales.

Por lo tanto, se espera que la teoría de supercuerdas permita la investigación del nacimiento del universo. Sin embargo, el cálculo real ha sido intratable debido a que la interacción entre las cadenas es muy fuerte, por lo que todas las investigaciones hasta ahora se ha limitado a la discusión de varios modelos o escenarios.

La teoría de supercuerdas predice un espacio de 9 dimensiones, lo que plantea el gran enigma de cómo esto puede ser compatible con el espacio de 3 dimensiones que vivimos

Un grupo de tres investigadores, Jun Nishimura (profesor asociado de la KEK), Tsuchiya Asato (profesor asociado de la Universidad de Shizuoka) y Sang-Woo Kim (investigador del proyecto en la Universidad de Osaka) ha conseguido simular el nacimiento del universo, utilizando una supercomputadora para cálculos basados ??en la teoría de supercuerdas. Esto demostró que el universo tenía nueve dimensiones espaciales al principio, pero sólo tres de estos se sometieron a la expansión en algún momento en el tiempo.

Este trabajo será publicado en breve en la revista Physical Review Letters.

En este estudio, el equipo estableció un método para el cálculo de matrices de gran tamaño (en el modelo de matriz IKKT), que representan las interacciones de las cadenas, y se calcula como el espacio 9-dimensional cambia con el tiempo. En la figura, la extensión espacial en 9 direcciones están en función del tiempo.

Si uno va lo suficientemente lejos en el tiempo, el espacio es de hecho extendido en nueve direcciones, pero en algún momento sólo tres de esas direcciones empiezan a expandirse rápidamente. Este resultado demuestra, por primera vez, que el espacio 3-dimensional que estamos viviendo en la verdad surge del espacio de nueve dimensiones que predice la teoría de supercuerdas.

Este cálculo se llevó a cabo en el superordenador Hitachi SR16000 (teórico de rendimiento: 90,3 TFLOPS) en el Instituto Yukawa de Física Teórica de la Universidad de Kyoto.

Hace casi 40 años desde que la teoría de supercuerdas se propuso como la teoría del todo, que extiende la teoría de la relatividad general a la escala de las partículas elementales. Sin embargo, su validez y su utilidad sigue siendo poco clara debido a la dificultad de realizar los cálculos reales.

La solución recién obtenida del rompecabezas dimensión espacio-tiempo apoya la validez de la teoría.

Además, el establecimiento de un nuevo método para analizar la teoría de supercuerdas utilizando computadoras, abre la posibilidad de aplicar esta teoría a los diversos problemas. Por ejemplo, ahora debería ser posible una comprensión teórica de la inflación que se cree que han tenido lugar en los inicios del universo, y también la expansión acelerada del universo, cuyo descubrimiento obtuvo el Premio Nobel de Física de este año. Se espera que la teoría de supercuerdas se desarrollará aún más y jugará un papel importante en la solución de rompecabezas como en la física de partículas, como la existencia de la materia oscura que es sugerida por las observaciones cosmológicas, y la partícula de Higgs, que se espera a ser descubierta por los experimentos del LHC * 7.