Teoría de Cuerdas

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de física teórica que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".

De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.

La siguiente formulación de una teoría de cuerdas se debe a Jöel Scherk y John Henry Schwarz, que en 1974 publicaron un artículo en el que mostraban que una teoría basada en objetos unidimensionales o "cuerdas" en lugar de partículas puntuales podía describir la fuerza gravitatoria. Aunque estas ideas no recibieron en ese momento mucha atención hasta la Primera revolución de supercuerdas de 1984. De acuerdo con la formulación de la teoría de cuerdas surgida de esta revolución, las teorías de cuerdas pueden considerarse de hecho un caso general de teoría de Kaluza-Klein cuantizada. Las ideas fundamentales son dos:

. Los objetos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos unidimensionales extendidos (en las cinco teorías de cuerdas convencionales estos objetos eran unidimensionales o "cuerdas"; actualmente en la teoría-M se admiten también de dimensión superior o "p-branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los cálculos perturbativos.

. El espacio-tiempo en el que se mueven las cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, en el que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 7 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.

La inobservabilidad de las dimensiones adicionales está ligada al hecho de que éstas estarían compactificadas, y sólo serían relevantes a escalas pequeñas comparables con la longitud de Planck. Igualmente, con la precisión de medida convencional las cuerdas cerradas con una longitud similar a la longitud de Planck se asemejarían a partículas puntuales.

Desarrollos posteriores

Tras la introducción de las teorías de cuerdas, se consideró la conveniencia de introducir el principio de que la teoría fuera supersimétrica; es decir, que admitiera una simetría abstracta que relacionara fermiones y bosones. Actualmente la mayoría de teóricos de cuerdas trabajan en teorías supersimétricas; de ahí que la teoría de cuerdas actualmente se llame teoría de supercuerdas. Esta última teoría es básicamente una teoría de cuerdas supersimétrica; es decir, que es invariante bajo transformaciones de supersimetría.

Actualmente existen cinco teorías de supercuerdas relacionadas con los cinco modos que se conocen de implementar la supersimetría en el modelo de cuerdas. Aunque dicha multiplicidad de teorías desconcertó a los especialistas durante más de una década, el saber convencional actual sugiere que las cinco teorías son casos límites de una teoría única sobre un espacio de 11 dimensiones (las 3 del espacio, 1 temporal y 6 adicionales resabiadas o "compactadas" y 1 que las engloba formando "membranas" de las cuales se podría escapar parte de la gravedad de ellas en forma de "gravitones"). Esta teoría única, llamada teoría M, de la que sólo se conocerían algunos aspectos, fue conjeturada en 1995.

Variantes de la teoría

La teoría de supercuerdas es algo actual. En sus principios (mediados de los años 1980) aparecieron unas cinco teorías de cuerdas, las cuales después fueron identificadas como límites particulares de una sola teoría: la teoría M. Las cinco versiones de la teoría actualmente existentes, entre las que pueden establecerse varias relaciones de dualidad son:

1) La Teoría de cuerdas de Tipo I, donde aparecen tanto "cuerdas" y D-branas abiertas como cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-branas tienen 1, 5 y 9 dimensiones espaciales.

2) La Teoría de cuerdas de Tipo IIA, es también una teoría de 10 dimensiones pero que emplea sólo cuerdas y D-branas cerradas. Incorpora los gravitones (partículas teóricas asociadas al gravitón mediante relaciones de supersimetría). Usa D-branas de dimensión 0, 2, 4, 6, y 8.

3) La Teoría de cuerdas de Tipo IIB. Difiere de la teoría de tipo IIA principalmente en el hecho de que esta última es no quiral (conservando la paridad).

4) La Teoría de cuerda heterótica SO(32) (Heterótica-O), basada en el grupo de simetría O(32).

5) La Teoría de cuerda heterótica E8xE8 (Heterótica-E), basada en el grupo de Lie excepcional E8. Fue propuesta en 1987 por Gross, Harvey, Martinec y Rohm.

El término teoría de cuerda se refiere en realidad a las teorías de cuerdas bosónicas de 26 dimensiones y la teoría de supercuerdas de 10 dimensiones, esta última descubierta al añadir supersimetría a la teoría de cuerdas bosónica. Hoy en día la teoría de cuerdas se suele referir a la variante supersimétrica, mientras que la antigua se conoce por el nombre completo de "teoría de cuerdas bosónicas". En 1995, Edward Witten conjeturó que las cinco diferentes teorías de supercuerdas son casos límite de una desconocida teoría de 11 dimensiones llamada Teoría-M. La conferencia donde Witten mostró algunos de sus resultados inició la llamada Segunda revolución de supercuerdas.

En esta teoría M intervienen como objetos animados físicos fundamentales no sólo cuerdas unidimensionales, sino toda una variedad de objetos no perturbativos, extendidos en varias dimensiones, que se llaman colectivamente p-branas (este nombre es una aféresis de "membrana").

Controversia sobre la teoría

Aunque la teoría de cuerdas, según sus defensores, pudiera llegar a convertirse en una de las teorías físicas más predictivas, capaz de explicar algunas de las propiedades más fundamentales de la naturaleza en términos geométricos, los físicos que han trabajado en ese campo hasta la fecha no han podido hacer predicciones concretas con la precisión necesaria para confrontarlas con datos experimentales. Dichos problemas de predicción se deberían, según el autor, a que el modelo no es falsable, y por tanto, no es científico, o bien a que «La teoría de las supercuerdas es tan ambiciosa que sólo puede ser del todo correcta o del todo equivocada. El único problema es que sus matemáticas son tan nuevas y tan difíciles que durante varias décadas no sabremos cuáles son».

si los teóricos de cuerdas se equivocan, no pueden equivocarse sólo un poco. Si las nuevas dimensiones y las simestrías no existen, consideraremos a los teóricos de cuerdas unos de los mayores fracasados de la ciencia (...). Su historia constituirá una leyenda moral de cómo no hacer ciencia, de cómo no permitir que se sobrepasen tanto los límites, hasta el punto de convertir la conjetura teórica en fantasía

                                                                                                                                                                               Lee Smolin

Falsacionismo y teoría de cuerdas

Artículo principal: Criterio de demarcación

La teoría de cuerdas o la Teoría M podrían no ser falsables, según sus críticos. Diversos autores han declarado su preocupación de que la Teoría de cuerdas no sea falsable y como tal, siguiendo las tesis del filósofo de la ciencia Karl Popper, la Teoría de cuerdas sería equivalente a una pseudociencia.

El filósofo de la ciencia Mario Bunge ha manifestado recientemente:

La consistencia, la sofisticación y la belleza nunca son suficientes en la investigación científica.

La Teoría de cuerdas es sospechosa (de pseudociencia). Parece científica porque aborda un problema abierto que es a la vez importante y difícil, el de construir una teoría cuántica de la gravitación. Pero la teoría postula que el espacio físico tiene seis o siete dimensiones, en lugar de tres, simplemente para asegurarse consistencia matemática. Puesto que estas dimensiones extra son inobservables, y puesto que la teoría se ha resistido a la confirmación experimental durante más de tres décadas, parece ciencia ficción, o al menos, ciencia fallida.

La física de partículas está inflada con sofisticadas teorías matemáticas que postulan la existencia de entidades extrañas que no interactúan de forma apreciable, o para nada en absoluto, con la materia ordinaria, y como consecuencia, quedan a salvo al ser indetectables. Puesto que estas teorías se encuentran en discrepancia con el conjunto de la Física, y violan el requerimiento de falsacionismo, pueden calificarse de pseudocientíficas, incluso aunque lleven pululando un cuarto de siglo y se sigan publicando en las revistas científicas más prestigiosas.

                                                                                                                                                                              Mario Bunge, 2006.

Impacto de la promoción de la teoría en el mundo académico

Smoolin indica que la teoría de cuerdas se ha convertido en el principal camino de exploración de las grandes cuestiones de la física debido a una agresiva promoción, considerando que resulta prácticamente un "suicidio profesional" para cualquier joven físico teórico no ingresar en sus filas. Expone además que a pesar de la escasa inversión en [...] otros campos de investigación, algunos de ellos han avanzado más que el de la teoría de cuerdas

Referencias

 Greene, Brian (2005). «Brian Greene: Making sense of string theory». TED.com (en inglés).
 Sheldon Glashow, Interactions, Warner Books, New York, 1988, p. 355
 Sheldon Glashow en The Superworld I, ed. A. Zichichi, Plenum, New York, 1990, p. 250
 Smolin, Lee (2007). Las dudas de la física en el siglo XXI : ¿Es la teoría de cuerdas un callejón sin salida?.  Barcelona: Crítica. ISBN 8484329410.
 Smolin, Lee. Mariner Books, 2007. The trouble with Physics. ISBN 0-618-91868-X
 Woit, Peter. Basic Books, 2007. Not even wrong. ISBN 0-465-09276-4

 Sheldon Glashow & Paul Ginsparg, "Desperately Seeking Superstrings", Physics Today, mayo de 1986,

Bibliografía de divulgación

Brian R. Green: The elegant universe, 1999 [existe una edición española, El universo elegante, Ed. Crítica, Drakontos, ISBN 84-8432-781-7, 2006].
Teoría de supercuerdas en Astrocosmo
Michio Kaku - "Parallel Worlds" , 2005 ,Doubleday

La NASA prueba con éxito un motor espacial que funciona sin combustible

La evolución del cohete Se llama Cannae Drive. Además logra mayores velocidades, lo que permitiría llegar a Marte en unas semanas.

   Marcelo Bellucci

El sistema estelar más cercano al Sol es el Alfa Centauri, que se sitúa a unos 4,37 años luz de distancia. Llegar con el Voyager 1, la sonda más veloz hecha por el hombre (a unos 540 millones de kilómetros anuales) tardaría unos 76.000 años. Sin embargo, la travesía se podría acortar drásticamente gracias a nuevo tipo de motor “imposible” que acaba de probar con éxito la NASA. El mismo no necesita combustible para mover los cohetes por el Universo.

Los investigadores del Laboratorio de Propulsión Avanzada del Centro Espacial Lyndon B. Johnson de la NASA, obtuvieron resultados satisfactorios con un método de propulsión llamado Cannae Drive, basado en una hélice de microondas, que no requiere propelente para desplazarse.

Si está tecnología consigue afirmarse podría disminuir el costo de satélites y estaciones espaciale s, estiman los expertos. Además, incursionar en regiones nunca antes exploradas: como apuntan en WiredUK, con este propulsor se podría “conducir a los astronautas a Marte en semanas en lugar de meses ”.

El certificado de su operatividad fue rubricado por 5 técnicos de la NASA en el Eagleworks Laboratories, quienes confirmaron que el motor produce impulso, aunque no consiguieron explicarlo con claridad. En este punto, las posibilidades que se barajan son un error experimental o que se haya descubierto una contradicción en las leyes de la física.

El estudio especula que las microondas podrían estar interactuando con el plasma virtual presente en el vacío cuántico. Los encargados de redactar el documento sostienen que Cannae Drive “produce una fuerza que no es atribuible a ningún otro fenómeno electromagnético y por lo tanto, está potencialmente demostrada una interacción con el plasma virtual de vacío cuántico”.

El dispositivo fue optimizado por Guido Fetta, hombre de negocios, ejecutivo (como él mismo se define) con más de 20 años de experiencia en la industria química y farmacéutica. Lo bautizó Cannae Drive, por la batalla de Cannas en la que Aníbal Barca, en el marco de la Segunda Guerra Púnica, derrotó a las fuerzas romanas. Se trata de una cavidad resonante en forma de disco, con ranuras radiales en una cara interior que producen, según describe el inventor, un desequilibrio interno que conduce al empuje extern o.

El misterio del propulsor de hélice de microondas se remonta al 2006, cuando el científico británico Roger Shawyer reveló su EmDrive, un prototipo de motor sin reacción que, a diferencia de los cohetes clásicos, se impulsaba sin despedir productos por sus extremos. Según Shawyer, el motor convierte la energía eléctrica de las microondas en empuje gracias al choque que se produce dentro del la cavidad sellada.

Con su pecho inflado de orgullo, Shawyer proclamó que en sus laboratorios Satellite Propulsion Research Ltd llevó a cabo diferentes ensayos y en ellos se demostró que el sistema era capaz de remontar un cohete. Sin embargo, esta especulación fue desestimada por la comunidad científica al argumentar que el propulsor violaba la ley de conservación del momento lineal. Es decir, si obtiene empuje en una dirección, sin nada que lo propulse en la otra ¿qué ocurre con la conservación del momento lineal?

El tema quedó en la nebulosa hasta que en 2008 investigadores chinos de la Universidad Politécnica del Noroeste de Xi’an modelaron su propia versión del sistema y encontraron que en realidad funciona perfectamente, generando empuje suficiente para potencialmente energizar un satélite. Las pruebas realizadas en todos los casos indican que las mediciones realizadas no se deben a errores de observación y que realmente pueden convertirse en un sistema de propulsión factible en un futuro cercano.

UN SALTO CUÁNTICO

Sinopsis: 

Acompañe a Brian Greene en su viaje fantástico al extraño mundo de la física cuántica, que gobierna el universo en la escala más infinitesimal. Brian hace una demostración de los principios de la mecánica cuántica en un club nocturno único, en donde los objetos aparecen y desaparecen, y lo que sucede aquí puede afectar a los que están más allá, de manera instantánea, sin cruzar el espacio que hay entre ellos. Hace un siglo, durante los estallidos iniciales de la revolución cuántica, las mejores mentes de una generación –que incluían a Albert Einstein y Niels Bohr– se enfrentaron en una batalla por el alma de la física. ¿Cómo era posible que las leyes del mundo cuántico, que funcionan tan bien para describir el comportamiento de los átomos individuales y sus componentes, entraran en conflicto tan drástico con las leyes que gobiernan a las personas, los planetas y las galaxias? Puede que la mecánica cuántica sea contraria a la intuición pero es una de las teorías de mayor éxito en la historia de la ciencia que ha permitido hacer predicciones que se han confirmado con un error menor a un mil millonésimo, al tiempo que permitió el desarrollo de los avances tecnológicos de la vida moderna, como las computadoras y los teléfonos celulares. Pero aún hoy en día, incluso con estos éxitos tan profundos y palpables, continúa el debate sobre cuál es la importancia de la mecánica cuántica en la verdadera naturaleza de la realidad.

La mecánica cuántica (también conocida como la física cuántica o la teoría cuántica) es una rama de la física que se ocupa de los fenómenos físicos a escalas microscópicas, donde la acción es del orden de la constante de Planck. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores, componentes ampliamente utilizados en casi todos los aparatos que tengan alguna parte funcional electrónica.

La mecánica cuántica describe, en su visión más ortodoxa, cómo en cualquier sistema físico –y por tanto, en todo el universo– existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido descritos mediante ecuaciones matemáticas por los físicos, son denominados estados cuánticos. De esta forma la mecánica cuántica puede explicar la existencia del átomo y revelar los misterios de la estructura atómica, tal como hoy son entendidos; fenómenos que no puede explicar debidamente la física clásica o más propiamente la mecánica clásica.

De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante la teoría de perturbaciones. La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la mecánica cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos (que incluye a su vez a la electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica y teoría electrodébil dentro del modelo estándar) y más generalmente, la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo. La única interacción que no se ha podido cuantificar ha sido la interacción gravitatoria.

La mecánica cuántica es el fundamento de los estudios del átomo, su núcleo y las partículas elementales (siendo necesario el enfoque relativista). También en teoría de la información, criptografía y química.
Las técnicas derivadas de la aplicación de la mecánica cuántica suponen, en mayor o menor medida, el 30 por ciento del PIB de los Estados Unidos.

ODISEA DEL ESPACIO

Sinopsis: 

El espacio. Nos separa a usted y a mí, a una galaxia de la otra, y a los átomos entre sí. Está en todas partes del universo. Pero para la mayoría de nosotros, el espacio no es nada, es vacío. Pues resulta que el espacio no es lo que parece. Desde el asiento del acompañante de un taxi de Nueva York que viaja casi a la velocidad de la luz hacia un salón de billar en donde las mesas de billar hacen cositas increíbles, Brian Greene revela que el espacio es una trama dinámica que puede estirarse, retorcerse, combarse y rizarse bajo la influencia de la gravedad. Aún más extraño, es un ingrediente del espacio recientemente descubierto que comprende el setenta por ciento del universo. Los físicos lo llaman energía oscura porque, aunque saben que está allí haciendo que el espacio se expanda cada vez más rápidamente, no tienen idea de lo que es. Explorando el espacio en menor escala sólo hace que los misterios se multipliquen –a esa escala, pasan cosas que los físicos de hoy en día apenas comprenden– ya que hay fuerzas tan poderosas como para generar universos enteros. Y por si esto fuera poco, algunos de los lugares más raros del espacio, los agujeros negros, han llevado a los científicos a proponer que el espacio, como el holograma de las tarjetas de crédito, podría ser una proyección de una realidad bidimensional más profunda que se encontraría en una superficie distante que nos rodea. El espacio, lejos de estar vacío, está lleno de algunos de los misterios más profundos de nuestra era. 

La vida artificial

La vida artificial, más cerca: crean un cromosoma de una célula compleja

POR VALERIA ROMÁN

Servirá para mejorar alimentos y medicamentos. Trabajaron científicos de varios países junto a 60 estudiantes.

28/03/14

Hay muebles de diseño. Hay ropa, y comida de diseño. Ahora, se suma el “cromosoma de diseño”, un logro histórico y exquisito que alcanzaron científicos de los Estados Unidos, Francia e Inglaterra con la colaboración de 60 estudiantes universitarios. Fabricaron un cromosoma de una célula compleja, y abrieron posibilidades para manipular aún más los microorganismos para mejorar la producción de medicamentos, alimentos y biocombustibles.

Es como si los científicos y los estudiantes hubieran jugado con Legos por computadora y en el laboratorio. Sintetizaron el primer cromosoma funcional de una levadura, según lo informaron en la revista Science de esta semana. Esta publicación consideró que la biología sintética llegó al Monte Everest con el avance. Es que los investigadores y los estudiantes fueron capaces de diseñar el cromosoma de una célula compleja, que forma parte tanto de la levadura como de los seres humanos o los animales. Están más cerca de generar formas de vida simples.

Ya en el año 2010 el popular científico y emprendedor Craig Venter había dado el zarpazo. Había sintetizado una célula de bacteria cuyo ADN contenía en lenguaje cifrado, una cita del escritor irlandés James Joyce, el nombre de Venter y el resto de su equipo, así como direcciones de e-mail.

En cambio, los científicos encabezados por Jef Boeke, director del Centro Médico Langone de la Universidad de Nueva York, en los Estados Unidos, fueron más allá al trabajar con una célula compleja. “Nuestra investigación mueve la aguja de la biología sintética de la teoría a la realidad”, afirmó Boeke en un comunicado. La biología sintética es una nueva disciplina que articula ingeniería, biología y química con la idea de modificar y utilizar organismos vivos como biomáquinas para que puedan desempeñar funciones que no existen en la naturaleza.

“Este trabajo representa el paso más grande en un esfuerzo internacional para construir el genoma completo de una levadura sintética”, agregó Boeke. Una década atrás, otro genetista Ronald Davis había anticipado que el próximo paso en el área de la biología sintética sería crear un cromosoma artificial y luego incorporarlo en una célula viva. Boeke pensó por qué alguien en la Tierra haría eso. Sabía que era un proyecto costoso, pero al final lo consiguió. Mientras que la bacteria artificial le había costado a Venter 140 millones de dólares, Boeke despertó el interés de 60 estudiantes de carreras de grado que se anotaron en su curso que se llama “Construya un genoma”, y se comprometieron para crear el cromosoma artificial.

“Con este avance se conoce mejor el sistema de información que hace posible la vida”, dijo a Clarín el biólogo Federico Prada, director de la carreras de bioinformática y biotecnología de la Universidad Argentina de la Empresa (UADE), quien no participó en el estudio publicado en Science. A partir de la difusión del logro, Prada consideró que implicará un gran cambio. “Es como pasar de pescar con caña a pescar con red para hacer modificaciones en el genoma. Permitirá acelerar la evolución de las levaduras, y se aprovechará en la medicina, la agricultura y la remediación de problemas ambientales”.

El multiverso

El multiverso

Aunque es algo difícil de asimilar, las teorías de última generación sugieren que nuestro universo podría no ser el único que existe. Podría tratarse de una cantidad infinita de mundos que compondrían el multiverso. En este episodio, Brian Greene nos lleva a conocer esta nueva teoría de avanzada de la física, explicando por qué los científicos consideran que es verdadera y mostrando cómo serían estas posibles realidades alternativas. Algunos universos podrían ser casi indistinguibles del nuestro, otros podrían contener variaciones de todos nosotros --en donde existiríamos pero con familias, carreras e historias de vida diferentes-- y en otros, la realidad podría ser tan diferente de la nuestra que sería irreconocible. Brian Greene revela por qué esta nueva y revolucionaria idea del cosmos está siendo investigada seriamente por los científicos. No será fácil de probar, pero si es correcta, nuestra visión del espacio, el tiempo y nuestro lugar en el universo cambiará para siempre.

Multiverso es un término usado para definir los múltiples universos posibles, incluido nuestro propio universo. Comprende todo lo que existe físicamente: la totalidad del espacio y del tiempo, todas las formas de materia, energía y cantidad de movimiento, y las leyes físicas y constantes que las gobiernan.

La idea de que el universo que se puede observar es sólo una parte de la realidad física dio lugar al nacimiento del concepto de multiverso. Los diferentes universos dentro del multiverso son a veces llamados universos paralelos. La estructura del multiverso, la naturaleza de cada universo dentro de él, así como la relación entre los diversos universos constituyentes, dependen de la hipótesis de multiverso considerada.

El concepto de multiverso ha sido supuesto en cosmología, física, astronomía, filosofía, psicología transpersonal y ficción, en particular dentro de la ciencia ficción y de la fantasía. El término fue acuñado en 1895 por el psicólogo William James. En estos contextos, los universos paralelos también son llamados «universos alternativos», «universos cuánticos», «dimensiones interpenetrantes», «mundos paralelos», «realidades alternativas» o «líneas de tiempo alternativas».

En 2013 los científicos Laura Mersini-Houghton y Richard Holman afirmaron haber descubierto, a través del telescopio Planck, posible evidencia de que haya otros universos por fuera del nuestro. Esta teoría ha creado controversia en la comunidad científica. Por ejemplo, un artículo firmado por 175 científicos afirma que no se ha detectado "bulk flow", una de las bases de la teoría de Mersini-Houghton y Holman.

Hipótesis del multiverso en física

Clasificación de Tegmark.

El cosmólogo Max Tegmark ha proporcionado una taxonomía para los universos existentes más allá del universo observable. De acuerdo a la clasificación de Tegmark, los niveles definidos pueden ser entendidos como que abarcan y se expanden sobre niveles previos.

Multiverso de Nivel I.

Una predicción genérica de la inflación cósmica es un universo ergódico infinito, el cual, por su infinitud, debe contener volúmenes de Hubble que contemplen todas las condiciones iniciales.

Un universo infinito debería englobar un número infinito de volúmenes de Hubble, todos ellos con leyes y constantes físicas iguales a las nuestras. Sin embargo, casi todos ellos serán diferentes de nuestro volumen de Hubble en cuanto a configuraciones tales como la distribución de la materia en el volumen. Según las teorías actuales, algunos procesos ocurridos tras el Big Bang repartieron la materia con cierto grado de aleatoriedad, dando lugar a todas las distintas configuraciones cuya probabilidad es distinta de cero. Nuestro universo, con una distribución casi uniforme de materia y fluctuaciones iniciales de densidad de 1/100.000, podría ser un representante típico —al menos entre los que contienen observadores—.

Siendo infinito el número de tales volúmenes, algunos de ellos son muy similares e incluso iguales al nuestro. Así, más allá de nuestro horizonte cosmológico, existirá un volumen de Hubble idéntico al nuestro. Tegmark estima que un volumen exactamente igual al nuestro estaría situado aproximadamente a una distancia de 10(10115) m —un número más grande que un gúgolplex—.

Brian R. Greene denominó a este megauniverso infinito o semi-infinito constituido por innumerables universos o burbujas-Hubble como Multiverso mosaico.

Multiverso de Nivel II

Universos burbuja. Cada disco es un universo burbuja; los Universos 1 al 6 poseen distintas constantes físicas, correspondiendo nuestro universo a una de dichas burbujas.

En la teoría de la inflación caótica eterna, una variante de la teoría de inflación cósmica, el multiverso en conjunto se estira y continuará haciéndolo para siempre; sin embargo, algunas regiones del espacio dejan de dilatarse, formándose burbujas diferenciadas, semejantes a las bolsas de gas que se forman en un pan que se está cociendo. Tales burbujas son universos embrionarios de Nivel I de tamaño infinito llenos de materia depositada por la energía del campo que provocó la inflación; Linde y Vanchurin han calculado que el número total de éstas puede ser de 10(1010.000.000)10 La distancia que nos separa de la burbuja más cercana es «infinita», en el sentido de que no se puede llegar a ella ni aún viajando a la velocidad de la luz; el espacio existente entre nuestra burbuja y las burbujas circundantes se expande más deprisa de lo que se puede viajar a través él. Sin embargo, se ha propuesto que universos adyacentes al nuestro podrían dejar una huella observable en la radiación de fondo de microondas, lo cual abriría la posibilidad de probar experimentalmente esta teoría.

A diferencia del multiverso de Nivel I, en el multiverso de Nivel II las distintas burbujas (universos) varían no sólo en sus condiciones iniciales sino en aspectos tan relevantes como las dimensiones del espaciotiempo, las cualidades de las partículas elementales y los valores que toman las constantes físicas. Las diversas burbujas pueden experimentar diferentes rupturas espontáneas de la simetría, lo que se traduce en universos de propiedades dispares. En este sentido, cabe señalar que la teoría de cuerdas sugiere que en nuestro universo alguna vez coexistieron nueve dimensiones espaciales semejantes; sin embargo, en un momento dado, tres de ellas participaron en la expansión cósmica, siendo éstas las que reconocemos actualmente. Las otras seis no son observables, bien por su tamaño microscópico, o bien porque toda la materia está confinada en una superficie tridimensional denominada «brana» —véase la teoría M— dentro de un espacio de más dimensiones. Se piensa que la simetría original entre dimensiones se rompió, pudiendo otras burbujas (otros universos) haber experimentado rupturas de simetría distintas.

Otra manera de llegar a un multiverso de Nivel II es a través de un ciclo de nacimiento y muerte de universos. Esta idea, propuesta por Richard Tolman en la década de 1930, implica la existencia de una segunda «brana» tridimensional paralela desplazada a una dimensión superior. En este sentido, no cabe hablar de un universo separado del nuestro, ya que ambos universos interaccionarían entre sí.

Este nivel también incluye la teoría del universo oscilante de John Archibald Wheeler así como la teoría de universos fecundos de Lee Smolin.

De acuerdo a la terminología de Brian R. Greene , en este metaverso se incluirían los siguientes tipos de multiverso: Multiverso inflacionario, Multiverso cíclico, Multiverso autorreproductor, Multiverso brana, Multiverso paisaje y Multiverso holográfico.

Multiverso de Nivel III.

La teoría de universos múltiples de Hugh Everett (IMM) es una de las varias interpretaciones dominantes en la mecánica cuántica. La mecánica cuántica afirma que ciertas observaciones no pueden ser predichas de forma absoluta; en cambio, hay una variedad de posibles observaciones, cada una de ellas con una probabilidad diferente. Según la IMM, cada una de estas observaciones posibles equivale a un universo diferente; los procesos aleatorios cuánticos provocan la ramificación del universo en múltiples copias, una para cada posible universo. Esta interpretación concibe un enorme número de universos paralelos; dichos universos se encuentran «en otra parte» distinta del espacio ordinario. No obstante, estos «mundos paralelos» hacen notar su presencia en ciertos experimentos de laboratorio tales como la interferencia de ondas y los de computación cuántica. Supongamos que lanzamos un dado y se obtiene un resultado al azar; la mecánica cuántica determina que salen todos los valores a la vez, pudiéndose decir que todos los valores posibles aparecen en los diferentes universos. Nosotros, al estar situados en uno de estos universos, solo podemos percibir una fracción de la realidad cuántica completa.

Tegmark sostiene que, para un volumen de Hubble, un multiverso del Nivel III no contiene más posibilidades que un multiverso de Nivel I-II. Todos los mundos diferentes con las mismas constantes físicas creados por ramificaciones en un multiverso de Nivel III pueden ser encontrados en algún volumen de Hubble en un multiverso de Nivel I. Por otra parte, una consecuencia interesante de un multiverso de Nivel III es cómo afecta este a la naturaleza del tiempo. Mientras que tradicionalmente se considera que el tiempo es una manera de describir los cambios, la existencia de mundos paralelos que abarcan todas las posibles configuraciones de la materia, permite redefinir el tiempo como una manera de secuenciar estos diversos universos. Los universos en sí son estáticos, siendo el cambio una mera ilusión.

La interpretación de historias múltiples de Richard Feynman y la interpretación de muchas mentes de H. Dieter Zeh están relacionadas con la idea de «muchos mundos».

Brian R. Greene denominó a este multiverso como Multiverso cuántico.

Multiverso de Nivel IV.

El multiverso de Nivel IV considera que todas las estructuras matemáticas también existen físicamente. Esta hipótesis puede vincularse a una forma radical de platonismo que afirma que las estructuras matemáticas del mundo de las ideas de Platón tienen su correspondencia en el mundo físico. Considerando que nuestro universo es en sí matemático, cabe preguntarse por qué solo ha de existir una única estructura matemática para describir un universo. En consecuencia, este nivel postula la existencia de todos los universos que pueden ser definidos por estructuras matemáticas. Residiendo fuera del espacio y del tiempo, la mayoría de ellos se encuentran vacíos de observadores. De esta manera, mientras en los multiversos de Nivel I, Nivel II y Nivel III las condicionales iniciales y constantes físicas varían permaneciendo invariables las leyes fundamentales, en el multiverso de Nivel IV estas últimas también cambian.

De acuerdo a Tegmark, "las matemáticas abstractas son tan generales que cualquier teoría del todo que pueda ser definida en términos puramente formales, también es una estructura matemática". Argumenta que "cualquier universo imaginable puede ser descrito en el Nivel IV, cerrando la jerarquía de multiversos, por lo que no puede haber un multiverso de Nivel V".

De acuerdo a la terminología de Brian R. Greene, en este omniverso se incluirían los siguientes tipos de multiverso: el Multiverso final o Multiverso matemático, y el Multiverso simulado.

Jerarquía de niveles.

Las teorías científicas de los universos paralelos constituyen una jerarquía de cuatro niveles. Conforme aumenta el nivel, los distintos universos difieren más del nuestro. Así, en el multiverso de Nivel I los distintos universos solo se diferencian en las condiciones iniciales mientras que en el multiverso de Nivel IV incluso las leyes físicas son distintas.

En la próxima década, mediciones más precisas de la radiación de fondo de microondas y de la distribución de la materia a gran escala corroborarán —o no— el multiverso de Nivel I ya que determinarán la topología y curvatura del espacio. A su vez, también indagarán el Nivel II poniendo a prueba la teoría de la inflación caótica eterna. En cuanto a la exploración del multiverso de Nivel III, la posible construcción en el futuro de ordenadores cuánticos puede jugar un papel crucial al respecto. Por último, el éxito o fracaso de la teoría del todo —que agruparía todos los fenómenos físicos conocidos en una sola teoría— permitirá tomar o no partido por el Nivel IV.

Multiverso en la ficción.

Dentro de la ficción, sobre todo en la ciencia ficción y la fantasía, el concepto de multiverso ha sido empleado exhaustivamente. Se pueden reseñar los ejemplos siguientes:

Literatura.

Flatland o Planilandia de Edwin A. Abott, que trata de un universo de solo dos dimensiones y la visita de un ser de un universo tridimensional

La novela Rescate en el tiempo, del escritor Michael Crichton, en que utiliza el multiverso como una manera de viajar al pasado.

Todas las novelas del Mundodisco de Terry Pratchett se sitúan en ese mágico planeta que viaja a lomos de una tortuga por, según el autor en algunas de sus obras, el Multiverso.

En la novela Multiverso Armantia y su segunda parte Multiverso Gemini, del autor Moisés Cabello Alemán, la protagonista Marla Enea se dedica a explotar en secreto el viaje por múltiples universos, quedando extraviada en uno de los multiversos.

En el libro Alicia y los universos alternativos de Juan de Urraza, se desarrolla la teoría de los universos alternativos a través de relatos interconectados mostrando paralelismos o alternativas al propio, donde una diosa tiene el poder de circular entre ellos a través de "anclas".

En la saga La materia oscura de Philip Pullman, los multiversos son una parte central de la trama.

La novela Crónicas del multiverso (ganadora del prestigioso Premio Minotauro en la edición de 2010), del escritor español Víctor Conde, retoma su primera visita al multiverso que ya hiciera seis años antes en Mystes (finalista del mismo premio).

En la saga de libros de La Torre Oscura del escritor Stephen King se menciona al multiverso (llamándolo "macrocosmos") como el conjunto de todas las realidades posibles, así mismo, todos los mundos giran al rededor del dios Gan y se pueden crear portales que conecten épocas y universos mediante la magia y la tecnología.

En la novela Los Propios Dioses de Isaac Asimov se especula la posibilidad de establecer una comunicación y transferencia energética mediante un procedimiento de física cuántica entre dos mundos situados en distintos universos.

En la saga Las Crónicas de Narnia del escritor C.S Lewis, se presentan varios universos además del nuestro como argumento del libro sobre mundos alternativos como Charn y Narnia.

En la trilogía de El Señor de los Anillos, esta gira en torno a un universo paralelo al nuestro conocido como la Tierra Media en el cual se centra la historia.

El volúmen 54 "Mundos Paralelos" de la serie Elige tu propia aventura tiene su argumento principal en los multiversos.

En el libro "Multiverso" del escritor Leonardo Patrignani. En él dos jóvenes se comunican con la mente a través de dos universos paralelos.

Biotecnología

Los órganos artificiales más cerca: crearon riñones “de laboratorio”

Investigadores lograron que, implantado en animales, produjera orina con éxito. Lo crearon con técnicas complejas de biotecnología.

15/04/13 - 16:36

      La tecnología aplicada a la ciencia sigue su firme evolución. Ahora aparece más cercana la posibilidad de los llamados “órganos bioartificiales”, luego de que investigadores del Hospital General de Massachusetts (MGH, en sus siglas en inglés) crearon riñones de rata que produjeron orina con éxito.

Los mismos fueron desarrollados por compleja biotecnología y tuvieron éxito en el laboratorio, así como también cuando fueron implantados en animales vivos, indicó un informe publicado en la edición online de la revista especializada Nature Medicine.

En su informe, el equipo de investigación describe la construcción de riñones funcionales de reemplazo a través de células vivas de órganos de donantes, un enfoque utilizado anteriormente para crear corazones bioartificiales, pulmones e hígados.

“Lo que es único en este enfoque es que la arquitectura del órgano nativo se mantiene, por lo que el injerto resultante puede ser trasplantado como un riñón de un donante y se conecta a los sistemas vasculares y urinarios del receptor”, dijo Harald Ott, del Centro de Medicina Regenerativa del MGH y autor principal del artículo.

“Si esta tecnología se puede escalar hasta el tamaño de injertos de humanos, los pacientes que sufren de insuficiencia renal que se encuentran actualmente en espera de riñones de donantes o que no son aptos para un trasplante en teoría podrían recibir órganos nuevos derivados de sus propias células”, agrega este científico.

El enfoque utilizado en este estudio para diseñar órganos de donantes, basado en una tecnología que Ott descubrió como investigador en la Universidad de Minnesota, consiste en despojar las células vivas de un órgano de un donante con una solución de detergente y luego repoblar la estructura de colágeno que mantiene con el tipo celular apropiado, en este caso las células endoteliales humanas para reemplazar el revestimiento del sistema vascular y células de riñón de ratas recién nacidas.

En primer lugar, el equipo de investigación descelularizó riñones de ratas para confirmar que las estructuras complejas del órgano se conservaban y mostró que la técnica funcionaba a una escala mayor por la purga de las células del cerdo y riñones humanos.

Además, se aseguraron de que se sembraron las células apropiadas en las partes correctas de la estructura de colágeno requeridas para la entrega de las células vasculares a través de la arteria renal y las células del riñón a través del uréter.

También ajustaron con precisión las presiones de las soluciones para activar las células que se dispersan a través de los órganos en su totalidad, que se cultivaron a continuación en un bioreactor durante un máximo de 12 días.

Los investigadores probaron primero los órganos repoblados en un dispositivo que pasa la sangre a través de su sistema vascular y drena la orina, lo que reveló la evidencia de filtrado de sangre, actividad molecular y producción de orina.

Así, los riñones de bioingeniería trasplantados en ratas vivas a las que se les había quitado un riñón comenzaron a producir orina tan pronto como el suministro de sangre se restauró, sin evidencia de hemorragia o formación de coágulos.

La función general de los órganos regenerados se redujo significativamente en comparación con la de los riñones normales y saludables, algo que los investigadores creen que puede ser atribuido a la inmadurez de las células neonatales utilizadas para repoblar el andamiaje.

"El perfeccionamiento de los tipos de células utilizadas para la siembra y maduración adicional en la cultura nos puede permitir lograr un órgano más funcional", reconoce Ott.

"En base a esta prueba inicial, esperamos que los riñones de bioingeniería algún día sean capaces de sustituir completamente la función renal al igual que los riñones de los donantes lo hacen hoy en día", agregó este experto.

(Fuente: La Vanguardia)