Divulgación Las cuerdas, la vibración y la organización de la materia.

[CFK]

Estaba leyendo un artículo sobre "vibración molecular" con varios modelos de acoplamiento vibrónico ... y me surgieron algunas preguntas.

Las partículas son cuerdas que vibran y aparentemente esta vibración se transmitiria a las moléculas que organizan.

• ¿Se podría afirmar por correspondencia que la materia es una forma de vibración y que el universo sería una gran vibración organizada.
• ¿Podría considerarse a la energía como una forma de vibración?

Y otra pregunta en relación a las cuerdas:

• ¿Porqué vibraría una cuerda, qué la hace vibrar, qué la mantiene vibrando?

[Silvio]

Re: Las cuerdas, la vibración y la organización de la materia.

No se mucho sobre esto, pero creo que tengo la respuesta, que alguen me corrija si me equivoco.
Las cuerdas vibran y, al igual que una onda luminica tienen una frecuencia y por lo tanto una determinada energia, $E=h\nu$. Como $E=mc^2$ las distintas vibraciones de las cuerdas darian lugar a las diferentes masas de las particulas elementales.
Aqui me surge a mi otra duda y aprovecho para ponerla aqui, y es como integra la teoria de cuerdas el bosón de Higgs? Porque si las masas dependen de la vibracion de las cuerdas, que tiene que ver el Higgs?

A la ultima pregunta no tengo ni idea, pero me interesa si alguen lo sabe.

[Julián]

Re: Las cuerdas, la vibración y la organización de la materia.

[FONT=Verdana]Las partículas son cuerdas que vibran y aparentemente esta vibración se transmitiria a las moléculas que organizan. [/FONT]

La teoría de cuerdas es una teoría, no es un hecho comprobado empíricamente al 100%. La vibración de una cuerda es algo diferente a la vibración de las moléculas, las moléculas vibran debido a la temperatura y a los grados de libertad de esta. Así por ejemplo una molécula que se encuentre en un sólido la unica posibilidad que tiene es vibrar, mientras esté en el cristal.
Si yo aumento la temperatura del sistema, las moléculas vibrarán más.

¿Se podría afirmar por correspondencia que la materia es una forma de vibración y que el universo sería una gran vibración organizada.

La materia está formada por partículas fundamentales que tienen masa en reposo no nula, y yo diría que es esta propiedad la más característica de la materia. Además dichas partículas tienen otras propiedades como carga eléctrica, carga de color, espín, etc. La interacción entre estas partículas se da mediante 4 fuerzas fundamentales. La fuerza gravitatoria se da entre partículas con masa, la electromagnética entre partículas con carga eléctrica, etc. A su vez cada fuerza tiene una partícula intermediaria de dicha interacción (salvo la fuerza gravitatoria que no se ha encontrado aún la partícula).
Como puedes ver, la naturaleza de la materia a un nivel cuántico es bastante peculiar. Dependiendo de la observación, dichas entidades físicas se comportan como partículas o como ondas. Eso no quiere decir que un electrón sea una partícula o una onda o una onda-partícula, sino que el electrón es un electrón y dependiendo de como sea la interacción de este con un observador su "análisis" o "modelo" se comporta más como partícula o como onda.

¿Podría considerarse a la energía como una forma de vibración?

No. La energía no es un fluido o una entidad que existe como las partículas. Sino que la energía es una magnitud escalar, un simple número asociado a un sistema o partícula y que cuantifica la capacidad para producir trabajo, cambio.
Una vibración es una perturbación de una onda. En la teoría de cuerdas la vibración es de la cuerda, no de la energía. Porque la cuerda es lo que existe en el espacio, la energía es una cuantificación de la capacidad de que dicha cuerda produsca un cambio, por ejemplo.

¿Porqué vibraría una cuerda, qué la hace vibrar, qué la mantiene vibrando?

Mucho de la teoría de cuerdas no sé, solamente conosco por la divulgación y por los comentarios que se han hecho en este foro. Pero aporto lo que conosco. Asi a la pregunta, ¿por qué vibraría una cuerda? lo que te puedo responder, es que poque tienen la capacidad para vibrar, lo que te dije anteriormente esa capacidad se llama energía.
Y a la pregunta ¿que la mantiene vibrando? No sé si las reglas de la mecánica newtoniana son válidas a esa escala, supongo que tienen que ser así. Salvo que halla algo que haga que cambie la vibración mantendrá esa vibración. Es lo mismo que un cuerpo, si este tiene un movimiento, salvo que actúe sobre este una fuerza, el cuerpo seguirá con el mismo movimiento.

[pod]

Re: Las cuerdas, la vibración y la organización de la materia.

Estaba leyendo un artículo sobre "vibración molecular" con varios modelos de acoplamiento vibrónico, entre ellos Modelo de Hush, Modelo de Piepho-Krausz-Schatz y Modelo de Piepho ... y me surgieron algunas preguntas.

Por favor, no enlaces a páginas inventadas en la web, que luego me encuentro con errores de rastreo de los buscadores. Arregla los enlaces o retíralos de tu mensaje.

Las partículas son cuerdas que vibran y aparentemente esta vibración se transmitiria a las moléculas que organizan.

Como ha explicado Julián, lo de las moléculas no tiene nada que ver (igualmente, hay varios niveles jerárquicos en la organización de la materia para pasar de cuerdas a moléculas: nucleones, núcleos atómicos y átomos por lo menos).

¿Se podría afirmar por correspondencia que la materia es una forma de vibración

Depende de lo que llames materia. Sólo las partículas elementales son cuerdas. El resto son agregaciones de cuerdas, hay muchos niveles para pasar de cuerdas a una cuchara, por poner un ejemplo. Decir que la materia está formada por un conjunto de cuerdas que presentan diferentes modos de vibración es muy diferente a decir que "la materia es una forma de vibración".

y que el universo sería una gran vibración organizada.

El estado de vibración de una cuerda no depende del estado de vibración de la cuerda de al lado. Así que no me parece adecuado usar el adjetivo "organizada".

¿Podría considerarse a la energía como una forma de vibración?

La energía de una cuerda no depende sólo de su vibración. Parte de su energía se debe a la tensión de la cuerda (la energía de tensión, por llamarla así, es igual a la longitud de la cuerda por su tensión; la tensión es una constante fundamental de la teoría de cuerdas).


Además, obviamente, si el centro de masas de la cuerda se mueve, tendrá cierta energía cinética.

qué la mantiene vibrando?

La conservación de la energía. Una vez se crea la cuerda, se mantiene en el mismo modo de vibración hasta que es destruida (es decir, hasta que interacciona con otra cuerda).

¿Porqué vibraría una cuerda, qué la hace vibrar,

Dos cosas: las condiciones iniciales y su tensión.

Cuando se crea la cuerda (normalmente a través de la interacción de otras cuerdas), esta se encontrará en cierta configuración inicial: la "forma" que tenga y la "velocidad" de cada punto. Siguiendo el equivalente a las leyes de Newton para cuerdas, esta forma inicial irá evolucionando bajo la tensión de la cuerda. Como en las cuerdas clásicas con la ley de Newton clásica, esto da lugar a un movimiento periódico que llamamos vibración. Por lo que hemos dicho en el punto anterior, este movimiento continuará de forma indefinida.

El ejemplo más simple, imagina que creamos una cuerda totalmente recta y en reposo (en este momento, toda la energía de la cuerda es por su tensión, no hay energía por su vibración). La tensión hará que la cuerda se vaya encogiendo de forma paulatina hasta formar un sólo punto (no habrá energía por tensión porque la cuerda no tiene extensión; sin embargo, toda la energía original sigue estando ahí en forma de vibración). Cuando llegue este instante, por inercia la cuerda se volverá a abrir. Es una solución clásica a las ecuaciones de cuerdas.

De hecho, las cuerdas no son nada tan raro después de todo. Se comportan más o menos como una especie de muelles ideales. De hecho, todo lo dicho se basa en la versión clásica de la teoría de cuerdas (siempre se hace la versión clásica antes de aplicar la cuantización canónica). En la teoría cuántica de cuerdas puede que algo de lo que he dicho cambie un poco (por ejemplo, no todos los estados son posibles, igual que en la mecánica cuántica normal), pero la idea básica es esa.

La teoría de cuerdas es una teoría, no es un hecho comprobado empíricamente al 100%.

No existe ninguna comprobación experimental de la teoría de cuerdas. Así que, ciertamente lejos del 100%, está exactamente al 0% :-P

Sin embargo, incluso las teorías que han sido comprobadas siguen siendo teorías. Lo que quieres decir es que es una teoría en fase especulativa.

No sé si las reglas de la mecánica newtoniana son válidas a esa escala

Pues más o menos. No la versión de la mecánica newtoniana que se estudian en bachillerato, sino la mecánica clásica relativista. La dinámica de las cuerdas es una extensión trivial del principio de acción que gobierna las partículas puntuales en relatividad especial.

Aqui me surge a mi otra duda y aprovecho para ponerla aqui, y es como integra la teoria de cuerdas el bosón de Higgs? Porque si las masas dependen de la vibracion de las cuerdas, que tiene que ver el Higgs?

La teoría de cuerdas no tiene que hacer nada especial para acomodar el Higgs. Cada una de las partículas del modelo estándar se corresponde a un modo de vibración de la cuerda, y el Higgs no debe ser excepción (de hecho, habrá muchísimos modos de vibración además de las partículas del modelo estándar). Todas las interacciones existentes en el modelo estándar se deberían poder explicar como interacciones de cuerdas, incluyendo las interacciones con el Higgs que permiten al modelo estándar tener términos de masa.

La característica fundamental de la teoría de cuerdas es que las cuerdas sólo pueden interaccionar de una forma: uniendo sus extremos para formar una única cuerda (o, lo que es lo mismo pero visto al revés en el tiempo, "dividir" una cuerda para formar dos). Por lo tanto, todas las cuatro interacciones conocidas (la gravedad más las tres modelo estándar: fuerte, débil y electromagnética) se reducen a una sola. Por eso la teoría del todo es una (candidata a) teoría del todo.