Monday, June 17, 2013

THE MEANING of the UNIVERSE



Der Sinn der Welt muss ausserhalb ihrer liegen. Wittgenstein.



While America and Europe have excellent theoretical physicists, two Americans: Liza Randall and Nima Arkani-Hamed, characterized by the large number of citations of their papers, by their peers around the world. While Randall has written several books in her field and speaks soft and slowly, Arkani talk up a storm and says that he does not like write popular books. Both seek to expand the borders of the known, making imaginative theoretical innovations. Physics is attractive because always propose global theoretical frameworks (classical physics, relativity theory, quantum physics), with ability to change the perspective of the universe at different times. Among the problems studied by both highlight the issue of particles hierarchy, the cosmological constant and the possible unnaturalness of our universe. I-On the one hand, Liza Randall (51 years old. M.I.T., Harvard University), an expert in particle physics, cosmology and spatial models. As she analyzed the mass-energy scale of each particle and theorized about the way they get their energy, she discovered something strange: the weak force is  1032  times stronger than gravity (hierarchy problem of elementary particles). Then, she thought that the inheritance of gravity might transcend our 3D world, noting that certain equations of quantum mechanics, theory of relativity and theory of superstrings showed extra spatial dimensions to provide consistency to weak gravitational force. She recreate such dimensions (that you can not see or experience), with the help of a warped and deformed geometry : Randall-Sundrum model: a universe with extra dimensions that gives meaning to what is known to date by the quantum mechanics and theory of Einstein gravity. The model describes our universe as a 5D space, in which the fundamental particles -except the graviton- are contained within an object called brane. While, there could branes containing up to 11D, gravitons run through multiple dimensions. Although gravity were stronger in other dimensions, it would remain a weak force. According to Randall some dimensions would contain Kaluza-Klein particles, that although has greater mass, exhibit properties similar to  known particles, which can be demonstrated in trace collisions of the Large Hadron Collider (LHC).


II) On the other hand Nima Arkani-Hamed (41 years. Institute for Advanced Study, Princeton, New Jersey), Iranian-Canadian-American specialist in high energy, cosmology, cosmological constant, etc. Although Arkani argues that some experiments in the LHC, were successful: discovery of the Higgs boson, the remaining have shown conflicting results, suggesting an unnatural universe, as opposed to a natural proposed by Einstein. a) The cosmological constant, theorized in 1927, postulates an expanding universe, while maintaining its stars and galaxies the same distance apart. Such constant would be the result of a gravitational attraction force (negative) and a repulsive (positive), to prevent the collapse of the universe, with its equilibrium value: 0. As currently occurs an acceleration of the expansion of the universe, some theorists fear that it can prevent galaxy and star formation, unless exist fine-tunings and cancellations. In this context, only the existence of millions of universes into a great void, would explain the huge variation of values of the cosmological constant and other physical parameters. According to Arkani, many constants of nature are exponentially different from those offered by natural laws (discarding life), unless they are strangely delineated by cancellations and fine-tunings to prevent the collapse of the universe. So, our 4D universe, would be the result of stability requirements put forward by the nature to avoid collisions that would destroy it.

b) With respect to supersymmetry, Arkani said that it is used by almost all physicists: to extend the standard model of particle physics, to understand better certain distortions caused by violent fluctuations in the vacuum energy (which would prevent the formation of universes), as distances are shorter, to refine the structure of quantum field theories, studying the dynamics of quantum field theories, etc.. c) Issue of hierarchies : Arkani and colleagues devised in 1998 the ADD model with huge extra dimensions to explain the weakness of gravity relative to other forces. A theory that requires standard model fields be confined to a 4D brane, gravity being propagated trough additional spatial dimensions, with the possibility that gravity be modified at large distances and times to amend certain cosmological unaccuracies. This fine-tuning and the problem of hierarchies would have a common explanation for low energy universes. While multiple universes are intertwined, nature will not be a good guide to weak scales. If the universe is unnatural, with fundamental constants unlikely (and yet life exists), then a huge number of universes must exist.


EL SENTIDO DEL UNIVERSO


El sentido del mundo debe quedar fuera del mundo. Wittgenstein.


Aunque America y Europa tienen excelentes físicos teoricos, dos americanos : Liza Randall y Nima Arkani-Hamed, destacan por la gran cantidad de citas de sus papers, por parte de sus pares de todo el mundo. Mientras la Randall ha escrito varios libros de su especialidad y habla despacio, Arkani habla hasta por los codos siendo poco aficionado a escribir libros de divulgación. Ambos, intentan ampliar las fronteras de lo conocido con imaginativas innovaciones teoricas. La física tiene el atractivo de disponer de marcos teoricos globales (física clasica, teoría de la relatividad, fisica cuántica), con capacidad de cambiar la perspectiva del universo en distintas épocas. Dentro de los problemas estudiados por ambos, destacan el problema de la jerarquía de las partículas, la constante cosmológica y la posible no-naturalidad de nuestro universo. I- De un lado, Liza Randall (51 años. M.I.T, Harvard University), experta en fisica de partículas, cosmología y modelos espaciales. Mientras ella analizaba la escala masa-energia de cada particula y teorizaba sobre el modo como obtienen su energía, descubrio algo extraño : la fuerza débil es  1032   veces mas fuerte que la gravedad (problema de la jerarquia de las partículas elementales). Penso entonces que tal vez la heredad de la gravedad podría trascender nuestro mundo 3D, notando que ciertas ecuaciones de la mecánica cuántica, de la teoría de la relatividad y de la teoría de las supercuerdas, ya habían descrito dimensiones espaciales adicionales a fin de dotar de coherencia a la fuerza débil gravitatoria. Recreo tales dimensiones (que no se pueden ver ni experimentar), con la ayuda de una geometría alabeada y deformada, ideando con un colega el modelo de Randall-Sundrum : un universo con dimensiones adicionales que dota de sentido a lo conocido hasta hoy por la mecánica cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein. Su modelo describe a nuestro universo como un espacio pentadimensional, en el que las particulas fundamentales -exceptuando al gravitón- están contenidas dentro de un objeto denominado brana. En tanto, podrian existir branas conteniendo hasta 11D, los gravitones discurrirían por multiples dimensiones. Aunque la gravedad fuese mas fuerte en otras dimensiones, seguiría siendo una fuerza débil. Según la Randall algunas dimensiones contendrian partículas de Kaluza-Klein que aunque dotadas de mayor masa, exhibirían propiedades similares a las partículas conocidas, pudiendo ser demostradas en trazas de colisiones del LHC. 


II) De otro lado Nima Arkani-Hamed (41 años. Institute for Advanced Study, Princeton, New Jersey), irani-canadiense-americano, especialista en altas energias, cosmología, constante cosmológica, etc. Aunque Arkani arguye que algunos experimentos realizados en el LHC, fueron exitosos : descubrimiento del boson de Higgs, los restantes han mostrado resultados contradictorios, sugiriendo un universo no-natural, en contraposición al natural de Einstein. a) La constante cosmológica, teorizada en 1927, postula un universo en expansión, aunque manteniendo sus estrellas y galaxias la misma distancia de separación. Supone una fuerza de atraccion gravitacional (negativa) y otra repulsiva (positiva) para impedir el colapso del universo, siendo su valor de equilibrio : 0. Como actualmente ocurre una aceleracion de la expansión del universo, algunos teoricos temen que las inflaciones rapidas impidan la formación de galaxias, a menos que existan delicadas afinaciones y cancelaciones. En este contexto, solo la existencia de millones de universos al interior de un gran vacio, explicarian la enorme variacion de valores de las constantes cosmologicas y de otros parametros físicos. Lo real –según Arkani, es que muchas constantes de la naturaleza son exponencialmente diferentes a las ofertadas por las leyes naturales (descartando la vida), a menos que sean extrañamente delineadas por cancelaciones y delicadas afinaciones para impedir el colapso del universo. Nuestro universo 4D, seria asi, el resultado de requerimientos de estabilidad esgrimidos por la propia naturaleza a fin de evitar colisiones que la destruirian.


b)Respecto a la Supersimetria, esta segun Arkani es empleada por casi todos los físicos : para ampliar el modelo standard de la fisica de partículas, para entender mejor los procesos de afinamiento causados por violentas fluctuaciones energéticas en el vacio (que evitarían la formación de universos), a medida que las distancias se acortan, para afinar la estructura de las teorías cuánticas de campo, estudiar la dinámica de las teorías de campo cuánticas, etc. c) Respecto al problema de las jerarquias, Arkani y colegas idearon en 1998 el modelo ADD, con dimensiones adicionales enormes a fin de explicar la debilidad de la gravedad, en relación a otras fuerzas. Una teoría que requiere que los campos del modelo standard esten confinados a una brana 4D, siendo la gravedad propaganda en varias dimensiones espaciales adicionales, existiendo la posibilidad de que la gravedad sea modificada a grandes distancias para enmendar ciertas distorsiones cosmologicas. Este delicado afinamiento y el problema de las jerarquias tendrían asi, una explicación común en universos de baja energía. Estando multiples universos entrelazados, lo natural no seria una buena guía a escalas debiles. Si el universo es no-natural, con constantes fundamentales improbables (y a pesar de ello existe vida), entonces un enorme numero de universos debe existir.

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