Las branas pueden explicar la expansión del universo.
Una brana es una estructura física propuesta por la teoría M. La noción alude a una entidad que se halla en una dimensión desconocida u oculta.
Se trata de una término que se emplea en la cosmología y la física teórica. Se considera que las branas están en condiciones de entablar interacciones con las fuerzas fundamentales y las partículas de nuestro universo.
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ResumenIntroducción al concepto
Para comprender qué es una brana, resulta imprescindible analizar otras ideas. Como punto de partida, debe considerarse que la materia se compone de átomos, a su vez formados por electrones que giran en torno a un núcleo de protones y neutrones. Los protones y los neutrones, en tanto, se constituyen con quarks.
Los electrones y los quarks son definidos como partículas elementales: se cree que no están hechas de otras más pequeñas. Estas partículas interactúan mediante fuerzas fundamentales, que son la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte.
La teoría de la relatividad general y la mecánica cuántica son los principios que la ciencia ofrece para describir y explicar tanto las partículas elementales como las fuerzas fundamentales. Ambas constituyen la base de la física moderna pero, sin embargo, resultan inconsistentes o incompatibles entre sí. Para lograr una reconciliación de ambas visiones se han propuesto diversos desarrollos teóricos, como la teoría de cuerdas: una teoría del todo que desentraña las leyes que regulan el universo y las interacciones esenciales de la física.
De acuerdo a la teoría de cuerdas, las partículas como los quarks, los electrones, los neutrones, los protones y los fotones son estados vibracionales de un filamento. Dicho de otro modo: de acuerdo a cómo vibran estas cuerdas, es posible apreciar un quark, un electrón, etc. Dichas partículas, por lo tanto, son modos de vibración.
La teoría de cuerdas considera que el espacio-tiempo no tiene cuatro (longitud, latitud, altitud y la posición en el tiempo) sino once dimensiones. Esas dimensiones extra no pueden percibirse ya que se encuentran compactadas.
En 1995, Edward Witten unificó diversos planteos de distintas versiones de la teoría de cuerdas mediante dualidades y así postuló la teoría M. Para Witten, las partículas son cuerdas que vibran en una cierta frecuencia en el espacio-tiempo. Además apeló a la idea de supersimetría para relacionar las propiedades de los bosones y los fermiones, dando lugar a la denominada teoría de supercuerdas.
Asimismo es posible distinguir entre las cuerdas abiertas (presentan dos terminaciones) y las cuerdas cerradas (que carecen de puntos finales). A nivel topológico, las primeras equivalen a un intervalo de líneas y las segundas, a un círculo.
La teoría de campos conocida como supergravedad contempla la existencia de branas.
Características de las branas
Teniendo en cuenta todo el indicado, ahora sí podemos avanzar con el concepto de brana. La teoría M define a las branas como estructuras -habitualmente equiparadas a membranas- que tienen dimensionalidad espacial y que se movilizan en un campo de mayor dimensión (llamado bulk, bulto o hiperespacio).
El bulk contiene a infinitas branas. Allí estos objetos interactúan entre sí y también con el bulk, generando big bangs. El espacio-tiempo del universo que conocemos, en este marco, se encuentra en una brana. Hay, no obstante, un multiverso con muchos universos brana, separados por distancias muy pequeñas.
La teoría M distingue entre dos tipos de branas. Las P-branas tienen una dimensión y se asocian a elementos físicos, mientras que las D-branas son P-branas que se unen a cuerdas abiertas.
La «P» en la P-brana refiere a la cantidad de dimensiones espaciales. En concreto, nuestro universo estaría contenidos en una 3-brana. Se cree que, así como la energía y la matería únicamente pueden transmitirse en las primeras cuatro dimensiones, la gravedad puede fluir entre las once dimensiones consideradas por la teoría M.
La materia oscura sería la fuerza gravitacional de otra brana.
El multiverso
Decíamos líneas arriba que la existencia de las branas abre la posibilidad de que haya numerosos universos. Cada universo paralelo representa una brana que se encuentra en un espacio dimensional distinto, estando separados entre sí por dimensiones ocultas.
Nuestro universo, en este contexto, se limita a una 3-brana que se halla en el bulk, donde hay otras branas en movimiento. Las demás dimensiones están enrolladas.
La teoría indica que, más allá de esta separación, en ocasiones se produce una colisión de las branas. Dicho choque puede generar un big bang y explicar la inflación cósmica. También se cree que la energía oscura que acelera la expansión universal está vinculada la influencia de las branas.
Se conjetura, por lo tanto, que las interacciones entre las branas, y entre ellas y el bulk, producen distintas influencias en nuestro universo. Por esto pueden generarse efectos que no están contemplados o no son previstos por el modelo cosmológico convencional.
Tal como mencionamos, este planteo permite explicar por qué la gravedad es más débil que el resto de las fuerzas fundamentales. Se entiende a la gravedad como una cuerda cerrada que no está anclada y cuya fuerza de atracción se filtra en las branas o incluso sale del bulk.
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