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P-branas y D-branas

Escrito por Enunlugarenelcosmos 18-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Las P-branas o branas son términos de la teoría de supercuerdas usada para referirse a estructuras tipo membrana de una a once dimensiones, que representan objetos físicos de esta teoría. Una brana es una variedad diferenciable cuyo movimiento tiene lugar en un espacio-tiempo de gran número de dimensiones (diez u once dependiendo del tipo de teoría usada).

Se basaba originalmente en conclusiones sobre cuerdas unidimensionales. Para mediados de los años 90 llegó a ser evidente que las teorías de cuerdas se podían ampliar también hasta incluir objetos no 1-dimensionales llamados p-branas. El nombre "p-brana" viene de una generalización de la "membrana de dos dimensiones" a los p-branas de p dimensiones. Las cuerdas se pueden pensar como 1-branas. Las teorías de P-branas pueden contener varios componentes fundamentales por ejemplo objetos puntuales (0-branas), membranas de dos dimensiones (2-branas), objetos tridimensionales (3-branas), y objetos de otras dimensiones hasta ocho o nueve. la teoría M parece contener membranas de hasta 5-branas.

Las D-branas son una clase especial de P-branas, nombradas en honor del matemático Johann Dirichlet por el físico Joseph Polchinski. Las condiciones de contorno de Dirichlet se han utilizado desde hace mucho en el estudio de líquidos y de la teoría del potencial, donde implican especificar una cierta cantidad a lo largo de toda una frontera. En la dinámica de fluidos, la fijación de una condición de límite de Dirichlet podía significar asignar una velocidad del fluido conocida a todos los puntos en una superficie; al estudiar electrostática, se puede establecer condiciones límite de Dirichlet por la fijación de los valores conocidos del voltaje en localizaciones particulares, como las superficies de los conductores. En cualquier caso, las localizaciones en las cuales se especifican los valores se llaman una D-brana. Estas construcciones adquieren importancia especial en teoría de cuerdas, porque las cuerdas abiertas deben tener sus puntos finales unidas a D-branas.

Las D-branas se clasifican típicamente por su dimensión, que es indicada por un número escrito después de la D. Una D0-brana es un solo punto, una D1-brana es una línea, una D2-brana es un plano, y una D25-brana llena el espacio hiper-dimensional considerado en la teoría de la cuerda bosónica.

La mayoría de las versiones de la teoría de cuerdas implican dos tipos de cuerda: cuerdas abiertas con puntos finales desligados y cuerdas cerradas que forman lazos cerrados. Explorando las consecuencias de la acción de Nambu-Goto, queda claro que la energía puede fluir a lo largo de una cuerda, deslizándose hasta el punto final y desapareciendo. Esto plantea un problema: la conservación de la energía establece que la energía no debe desaparecer del sistema. Por lo tanto, una teoría consistente de cuerdas debe incluir lugares en los cuales la energía pueda fluir cuando deja una cuerda; estos objetos se llaman D-branas. Cualquier versión de la teoría de cuerdas que permite cuerdas abiertas debe incorporar necesariamente D-branas, y todas las cuerdas abiertas debe tener sus puntos finales unidos a estas branas. Para un teórico de cuerdas, las D-branas son objetos físicos tan "reales" como las cuerdas y no sólo entes matemáticos que reflejan un valor.

Se espera que todas las partículas elementales sean estados vibratorios de las cuerdas cuánticas, y es natural preguntarse si las D-branas están hechas de algún modo con las cuerdas mismas. En un sentido, esto resulta ser verdad: entre el espectro de las partículas que las vibraciones de la cuerda permiten, encontramos un tipo conocido como taquión, que tiene algunas propiedades raras, como masa imaginaria. Las D-branas se pueden imaginar como colecciones grandes de taquiones coherentes, de un modo parecido a los fotones de un rayo láser.

Las cuerdas que están restringidas a D-branas se pueden estudiar por medio de una teoría cuántica de campos de 2 dimensiones renormalizable.

Esto tiene implicaciones en la cosmología, porque la teoría de cuerdas implica que el universo tienen más dimensiones que lo esperado (26 para las teorías de cuerdas bosónicas y 10 para las teorías de supercuerdas) tenemos que encontrar una razón por la cual las dimensiones adicionales no son evidentes. Una posibilidad sería que el universo visible es una D-brana muy grande que se extiende sobre tres dimensiones espaciales. Los objetos materiales, conformados de cuerdas abiertas, están ligados a la D-brana, y no pueden moverse "transversalmente" para explorar el universo fuera de la brana. Este panorama se llama una Cosmología de branas. La fuerza de la gravedad no se debe a las cuerdas abiertas; los gravitones que llevan las fuerzas gravitacionales son estados vibratorios de cuerdas cerradas. Ya que las cuerdas cerradas no tienen por qué estar unidas a D-branas, los efectos gravitacionales podrían depender de las dimensiones adicionales perpendiculares a la brana.

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Las branas

Escrito por Enunlugarenelcosmos 18-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Las branas son entidades físicas conjeturadas por la teoría M y su vástago, cosmología de branas.

En la teoría M, se postula la existencia de p-branas y d-branas (ambos nombres provienen parasintéticamente de "membrana"). Las p-branas son objetos de dimensionalidad espacial p (por ejemplo, una cuerda es una 1-brana). En cosmología de branas, el término "brana" se utiliza para referirse a los objetos similares al universo cuadridimensional que se mueven en un "bulk" (sustrato) de mayor dimensión. Las d-branas son una clase particular de p-branas.

Según la teoría de cuerdas, las membranas existen en la undécima dimensión, en realidad son infinitas. Se dice que cada membrana corresponde a un universo, por ejemplo a nuestro universo le corresponde una membrana y las otras membranas serían universos paralelos. Según algunos físicos el universo es una membrana esférica, los bordes de las membranas forman ondulaciones las cuales están en constante movimiento, se dice que estas membranas se mueven con "forma de olas" en esta dimensión (11ª). Esta dimensión es sumamente delgada e infinitamente larga, estas membranas están en movimiento como las olas en el mar, es decir, las membranas serían burbujas en olas de mar que al chocar inician el big bang; es decir, el big bang es un fenómeno que ocurre una y otra vez.

En el marco de la teoría de cuerdas, la membrana (M) es un conjunto de dimensiones presente, ampliando sus límites.

Se ha llegado a explicar la causa del "Big Bang" por el choque de dos membranas, así, la explosión producida sería la causa del nacimiento y expansión del universo.

La materia y la energía sólo puede transmitirse a través de las cuatro primeras dimensiones, excepto la gravedad que puede difundirse en las once. La materia de una puede alterar el espaciotiempo de otra paralela. De hecho, fenómenos similares fueron los que indujeron la teoría.

Las membranas podrían estar separadas por distancias pequeñísimas unas de otras, incluso, según resultados experimentales, a millonésimas de milímetro. Gracias a este hecho se intentaría explicar por qué la gravedad parece menos fuerte de lo que en realidad es.

Las formas más postuladas son la de membranas planas y paralelas entre sí y la de paraboloide hiperbólico (silla de montar).

Si las membranas son planas y paralelas, la gravedad quedaría encajonada entre ambas, fluctuando entre una y la otra, pero siempre manteniéndose constante. Por el contrario, si las membranas adoptaran la forma de silla de montar, irían perdiendo paulatinamente energía y, por tanto, materia, hasta desaparecer sumido en la difusión por las once dimensiones.

Imágenes: 1 y 2 Representación branas 3. La membrana y la materia oscura. Wikipedia

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La cosmología de branas

Escrito por Enunlugarenelcosmos 11-11-2016 en ciencia. Comentarios (0)

La cosmología de branas se refiere a varias teorías de la física de partículas y de la cosmología motivadas por la teoría de supercuerdas y teoría M.

La idea central es que la parte visible de nuestro universo de cuatro dimensiones está limitada a una brana dentro de un espacio de dimensionalidad superior llamado el "Bulk", o “Mole“ o “Bulto“ en español. Las dimensiones adicionales, compactas, están enrolladas en un espacio de Calabi-Yau. En el modelo del "bulk", otras branas pueden estar moviéndose a través del bulk. Interacciones con el Bulk, y posiblemente con otras branas, pueden influenciar nuestro universo-brana y de allí que puede introducir efectos no vistos en más modelos cosmológicos estándar.

Esta es una de las características atractivas de esta teoría, en la que explica del porque la debilidad de la gravedad lo es con respecto al resto de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, solventando el llamado problema de jerarquía. En el escenario de branas, las otras tres fuerzas de la naturaleza, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte, están confinadas como cuerdas ancladas a nuestra 3-brana universo, difiriendo la gravedad, que se piensa sea como una cuerda cerrada no anclada, y por lo tanto, gran parte de su fuerza atractiva "filtra" o se escapa al "bulk". Como consecuencia de ello, la fuerza de la gravedad debe aparecer con más fuerza en las pequeñas escalas, donde menos fuerza gravitacional se ha "filtrado".

Existen dos grandes grupos de teorías basados en la cosmología de branas. El primer grupo mezcla aspectos de la teoría M con la cosmología inflacionaria. El segundo grupo, de más reciente formulación, argumenta la existencia de una cosmología de branas basada en la teoría M sin recurrir al modelo inflacionario. El modelo de Randall-Sundrum (RS1 y RS2) se puede ajustar a los criterios de cualquier modelo de ambos grupos.

En la cosmología inflacionaria el universo adquiere sus características observables (problema del horizonte, planitud y de monopolos magnéticos) después del Big Bang, mientras tanto en los modelos ecpirótico y cíclico las características observables derivan de un momento previo al big bang debido a un choque entre branas. El cosmólogo Alexander Vilenkin argumenta que en los modelos inflacionarios el tiempo esta autocontenido dentro del universo marcando el Big Bang su comienzo (tiempo finito). Mientras tanto el cosmólogo Neil Turok propone que en los modelos donde se dan los choques entre branas el tiempo ya existía antes del Big Bang (tiempo infinito).

En los modelos basados en la cosmología inflacionaria se puede imaginar un infinito océano que debido a las fluctuaciones de la física cuántica se forman branas como burbujas en el agua hirviendo. De está forma surgen de momento a momento Big Bangs y unas burbujas desaparecen y otras crecen (inflación) debido a las mismas fluctuaciones. Figuradamente cada universo se podría considerar como una burbuja (brana) nadando en un océano infinito de agua hirviendo (falso vacío). La formulación de esta teoría esta fuertemente influenciada por la interpretación de la mecánica cuántica de Hugh Everett.

En los modelos basados en el choque de branas, a diferencia de los modelos inflacionarios, cada brana ya existía antes del big bang y las características que llevaban antes del choque se imprimen en las características del siguiente universo formado después del choque. Los modelos pre-big bang, ecpirótico y cíclico pertenecen a este grupo de teorías.

Foto de En un lugar del cosmos.

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Panspermia

Escrito por Enunlugarenelcosmos 06-04-2016 en ciencia. Comentarios (0)

La panspermia (del griego παν- pan, todo y σπερμα sperma, semilla) es una hipótesis que propone que la vida puede tener su origen en cualquier parte del universo, y no proceder directa ni exclusivamente de la Tierra, que probablemente la vida en la Tierra proviene del exterior y que los primeros seres vivos habrían llegado posiblemente en meteoritos o cometas desde el espacio a la Tierra. Estas ideas tienen su origen en algunas de las teorías del filósofo griego Anaxágoras.
La hipótesis de la Panspermia solo hace referencia a la llegada a la Tierra de formas de vida microscópicas desde el espacio exterior, pero no de moléculas orgánicas precursoras de la vida (teoría de la panspermia molecular o pseudopanspermia). Tampoco trata de explicar cómo se produjo el proceso de formación de la posible vida panspérmica proveniente de fuera de nuestro planeta.
El término «panspermia» fue defendido por el biólogo alemán Hermann Richter en 1865. En 1908, el químico sueco Svante August Arrhenius usó la palabra para explicar el comienzo de la vida en la Tierra. El astrónomo Fred Hoyle también apoyó esa hipótesis. No fue hasta 1903 que el premio nobel de química Svante Arrhenius popularizó el concepto de que la vida se había originado en el espacio exterior.
-Hipótesis de la panspermia natural.
Esta hipótesis propone que los primeros seres vivos habrían llegado en meteoritos o cometas desde el espacio a la Tierra, después de haber habitado otros cuerpos celestes.
-Hipótesis de la panspermia dirigida.
Relacionada con la hipótesis de la panspermia, también se ha postulado la hipótesis de un panspermia artificial, conocida como hipótesis de panspermia dirigida.
Esta se refiere a un hipotético transporte deliberado de microorganismos en el espacio para ser introducidos como especies exóticas en planetas sin formas de vida, y se refiere tanto a microorganismos supuestamente enviados a la Tierra para comenzar la vida aquí, como al caso contrario, es decir, el traslado de seres vivos de la tierra a otros planetas. La vida sería enviada –deliberada o accidentalmente– para sembrar de vida nuevos sistemas solares.
-Pros y contras de la teoría panspérmica.
-Pruebas a favor de la hipótesis.
Existen estudios que sugieren la posible existencia de bacterias capaces de sobrevivir largos períodos de tiempo incluso en el espacio exterior. También se han hallado bacterias en la atmósfera a altitudes de más de 40 km donde es posible, aunque poco probable, que hayan llegado desde las capas inferiores.
Algunas bacterias Streptococcus mitis que en 1967 se transportaron accidentalmente a la Luna en la nave Surveyor 3 pudieron revivirse sin dificultad a su regreso a la Tierra tres años después.
El análisis del meteorito ALH84001, que se considera originado en el planeta Marte, muestra estructuras que podrían haber sido causadas por formas de vida microscópica. Esto es lo más cercano a un indicio de vida extraterrestre que se ha podido obtener, y sigue siendo muy controvertido. Por otro lado, en el meteorito Murchison se han hallado uracilo y xantina, dos precursores de las moléculas que configuran el ARN y el ADN.
En 2006 la revista científica Astrophysics and Space publicó un análisis de la "lluvia roja de Kerala" de 2001, en la ciudad de Kerala, al sur de India. Este fenómeno consistió en una lluvia escarlata, que al ser analizada al microscopio por el físico Godfrey Louis en busca de contaminación, no reveló ni polvo ni arena. Estaba plagada de estructuras con forma de células rojas, muy parecidas a los microbios terrestres, pero sin indicios de ADN.
Su análisis, junto con informes que hablaban de un ruido similar al de un objeto que supera la barrera del sonido y que se habría escuchado inmediatamente antes de producirse la lluvia, convencieron a Louis de que estas extrañas células podrían ser de origen extraterrestre y habrían llegado en un cometa o asteroide.
Posteriormente, Louis y otros investigadores que analizaron las muestras afirmaron haber podido reproducir estas células a temperaturas de 121°C o incluso superiores, y haber comprobado que estas células permanecen latentes a temperatura ambiente (algo que no sucede ni siquiera en células extremófilas).
-Críticas y pruebas en contra de la hipótesis.
El mayor inconveniente de esta teoría es que no resuelve el problema inicial de cómo surgió la vida (abiogénesis), sino que se limita a pasar la responsabilidad de su origen a otro lugar del espacio.
Otra objeción es que las bacterias no sobrevivirían a las altísimas temperaturas y a las fuerzas que intervienen en un impacto contra la Tierra, aunque aún no se ha llegado a conclusiones en este punto (ni a favor ni en contra), pues se conocen algunas especies de bacterias extremófilas. Sin embargo, en los experimentos que recrean las condiciones de los cometas bombardeando la Tierra, las moléculas orgánicas, como los aminoácidos, no solo no se destruyen, sino que comienzan a formar péptidos.
Imagen 2 meteorito ALH84001, procedente de Marte, que según algunas sospechas podría contener bacterias fosilizadas.

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Flujo oscuro

Escrito por Enunlugarenelcosmos 05-04-2016 en ciencia. Comentarios (0)

¿Qué es el flujo oscuro?
No debe confundirse con energía oscura, materia oscura, o fluido oscuro.
En cosmología física, el flujo oscuro es un mecanismo hipotético propuesto para explicar algunos resultados sorprendentes en estudios recientes del movimiento a gran escala de grandes cúmulos galácticos, que parecen desplazarse hacia una zona entre las constelaciones de Vela y Centauro.
Se ha observado que la velocidad de los cúmulos es diferente de la que se podría esperar de la expansión del universo, y la velocidad no parece decrecer con la distancia, tal como seria predecible si estos cúmulos estuvieran acumulando velocidad como consecuencia de la gravedad ordinaria. Para explicarlo, los investigadores han postulado que diferentes partes del universo tienden a tener diferentes velocidades, un vestigio del Big Bang. Se sospecha que las fluctuaciones de éstos campos de velocidad sean los responsables del movimiento de cúmulos.
En algunos modelos de la inflación cósmica, se puede interpretar un modelo en el que la velocidad primordial fluctúa de un punto a otro como respuesta gravitacional a estructuras que por ahora permanecen fuera del universo observable; de hecho, en 2010, estudios realizados por científicos de la NASA utilizando 1000 cúmulos de galaxias situados hasta a 3000 millones de años luz, sugieren que éste fenómeno puede estar producido o bien por la atracción gravitatoria de otro universo, o bien por una región del espacio-tiempo radicalmente distinta a la nuestra, pero en cualquier caso mucho más allá del Universo observable.
El modelo predice la existencia de dos regiones, en este universo, uno de los cuales podría ser el encontrado por Alexander Kashlinsky. La otra región con tal comportamiento estaría en una posición inaccesible y no observable de nuestro universo.
En 2005, Laura Mersini-Houghton, física teórica de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, y Richard Holman, profesor de la Universidad Carnegie Mellon, predijeron la existencia de ciertas anomalías en la radiación de fondo, debidas a la atracción gravitatoria que otros universos ejercerían sobre regiones del nuestro.
Investigaciones realizadas con ayuda de supernovas de tipo Ia ponen en duda la existencia de éste fenómeno, pero la respuesta definitiva no se obtendría hasta 2012, cuando se hicieran públicos los resultados obtenidos por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA).
En junio de 2013, se publicó un mapa cósmico que incluye los datos de la radiación de fondo conseguidos por el telescopio Planck de la ESA. Dicho mapa muestra una fuerte concentración en la mitad sur del cielo y un 'punto frío' (‘cold spot’) que no puede ser explicado con las leyes actuales de la física, pero que concordaría con las predicciones de Mersini-Houghton y Holman. Sin embargo estudios posteriores han mostrado que en realidad parece ser una enorme zona del Universo con apenas galaxias.
Cabe destacar, sin embargo, que aunque el análisis de los datos tomados por esa misión sugieren que el flujo oscuro no existe3 en 2015 Kashlinsky y colaboradores, analizando dichos datos y otros procedentes de la misión WMAP, afirman tener pruebas de su existencia.

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