La teoría de cuerdas

Annia Domènech / 24-06-2005

La física moderna utiliza la teoría de la relatividad general para estudiar los objetos grandes y pesados o veloces, como las estrellas y las galaxias; y la mecánica cuántica para lo más pequeño.

La relatividad general describe la mas familiar de todas las fuerzas: la gravedad. La mecánica cuántica explica las otras tres: la fuerza nuclear fuerte, que es la responsable de unir los protones y los neutrones dentro de los átomos; la fuerza electromagnética, que produce luz, electricidad y atracción magnética; y la fuerza nuclear débil, que causa un tipo de desintegración radioactiva llamado ß.

El sueño de Einstein de unificar todas las fuerzas en una sola teoría parecía irrealizable cuando se formuló la teoría de cuerdas, que pretende ser la buscada teoría del todo. Las cuerdas son pequeños trozos de energía que vibran como las cuerdas de un violonchelo y que conformarían el Universo entero, desde la partícula más diminuta hasta la galaxia más lejana. Todas las fuerzas aparecerían por la vibración de dichas cuerdas, por lo que se produciría la unificación de fuerzas deseada.

Las cuerdas dan lugar a un escenario que podría catalogarse de ciencia ficción, ya que se habla de incluso once dimensiones. Una dimensión no es más que un invento del hombre para explicar sus datos al mundo. Esto da lugar a pensar de un modo erróneo en Universos paralelos. El gran problema es que, de momento, ningún experimento puede demostrar que estas pequeñas cuerdas existen.

El origen de esta teoría es controvertido. Algunas versiones afirman que en los años sesenta del s.XX un físico italiano llamado Gabriele Veneziano encontró una vieja ecuación, por primera vez escrita por el matemático suizo Leonhard Euler, que parecía explicar perfectamente la fuerza nuclear fuerte. Sin embargo, Veneziano niega que fuera un descubrimiento accidental.

Fuera como fuere, la ecuación de Euler fue el principio de la teoría de cuerdas. Leonard Susskind, un físico americano, vio que describía un tipo de partículas que tenían una estructura interna que podía vibrar. Se trataba de cuerdas elásticas que podían estirarse, contraerse y balancearse. En ese momento, la ciencia estudiaba puntos, no cuerdas. Se hacían choques entre partículas microscópicas a alta velocidad para ver cómo reaccionaban, y cada dos por tres se descubría una partícula nueva.

La teoría del Big Bang defiende que todo el Universo procede de materia muy concentrada, que en un momento dado explotó dando lugar a las estrellas, galaxias y planetas. Los físicos de partículas creían que si se retrocede hasta justo después del Big Bang, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil se unen en una fuerza “electrodébil”. Si se retrocediera todavía más, ésta se uniría con la fuerza nuclear fuerte dando lugar a una “superfuerza”.

La mecánica cuántica es capaz de explicar cómo estas tres fuerzas (nuclear fuerte, nuclear débil y electromagnetismo) funcionan al nivel subatómico, en un marco denominado modelo estándar. El mundo de la ciencia no mostraba interés por la teoría de cuerdas, que además presentaba problemas irresolubles. Entre otros, la predicción de una partícula que viaja más rápido que la luz; o el hecho de requerir diez dimensiones. Asimismo, presentaba anomalías matemáticas.

El despegue de la teoría de cuerdas llegó cuando sus autores, tras solucionar los problemas de cálculo, afirmaron que las cuerdas podían explicar todas las fuerzas existentes, por lo que se comenzó a hablar en términos de unificación de fuerzas, el gran objetivo de la física moderna.

Dentro de cualquier objeto macroscópico hay millones de pequeños átomos, cada uno de los cuales está constituido por pedacitos de materia -los electrones orbitando un núcleo de protones y neutrones-. Estos últimos están constituidos por partículas de menor tamaño llamadas quarks. La teoría de cuerdas afirma que todas las partículas se dividen en componentes todavía más pequeños, las diminutas y bamboleantes cuerdas de energía, tan diminutos que son difíciles de imaginar. Si un átomo fuera el Universo, la cuerda sería como un poste de teléfono.

El mundo real tiene tres direcciones espaciales: podemos movernos derecha-izquierda, delante-detrás, arriba y abajo; pero las complejas ecuaciones de la teoría necesitan dimensiones extras para funcionar. Las dimensiones se refieren a las diferentes direcciones en las que uno se puede mover, llamadas “grados de libertad”. Cuantos más hay, más libertad de movimiento existe. Por tanto, las cuerdas son muy flexibles, y pueden dar muchos patrones.

En los años ochenta del s.XX la teoría se volvió popular. Tanto, que surgieron varias interpretaciones diferentes y, por tanto, distintas “teorías del todo”, lo que es un contrasentido. El físico Ed Witten sugirió que las cinco teorías compitiendo por ser la única eran sólo cinco modos distintos de mirar lo mismo, que denominó teoría M, pero le añadió otra dimensión, con lo que en total había once dimensiones.

Últimamente, la teoría se ha vuelto más compleja, ahora no sólo habla de cuerdas, también de membranas, y baraja la posibilidad de la existencia de universos paralelos.
¿Cómo se puede saber si el Universo es como lo describe la teoría de cuerdas: hecho de cuerdas y membranas, universos paralelos y dimensiones extra? ¿Es ciencia o ciencia ficción?

Aunque ningún experimento puede todavía comprobar lo que ocurre a las ínfimas distancias de las que se habla, la nueva generación de aceleradores de partículas podría descubrir cosas sorprendentes. También sería posible que algún día viéramos las huellas de las cuerdas en los comienzos del Universo, cuando todo era diminuto y las leyes clásicas de la física no funcionan.

La imposibilidad actual de observar o experimentar en la teoría de cuerdas hace que algunos investigadores afirmen que ésta no pertenece al dominio de la ciencia. Además, como utilizan una matemática nueva es muy difícil de juzgar hasta qué punto es real por gente que no se dedica a ello, por lo que finalmente se trata de un campo bastante endogámico. Sea como fuere, no se puede negar que esa posible realidad tan distinta hace reflexionar y cuestionarse muchas supuestas verdades.

Las cuerdas vibran y bailan siguiendo patrones distintos, creando las partículas fundamentales de la naturaleza. Juntas, tocan la bella sinfonía que es nuestro universo. Aunque puedan contar sólo mentiras, vale la pena escucharlas.


* Parte de los contenidos proceden del libro The Elegant Universe, de Brian Greene.

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El autor

Annia Domènech es Licenciada en Biología y Periodismo. Periodista científico responsable de la publicación caosyciencia.

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