¿Qué es la teoría de cuerdas?

Uno de los más anhelados sueños de la física es encontrar una teoría que explique desde la formación de los átomos hasta el comportamiento de los astros, e incluso el origen del universo mismo: una teoría del todo.

Antecedentes

Ya Newton fue capaz de describir con sus matemáticas el movimiento de atracción de los objetos con masa, sean estrellas o manzanas. Más adelante, Einstein explicó cómo el fenómeno de la gravedad sucede debido a la deformación del espacio-tiempo. Además, pudo explicar el comportamiento de objetos que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, algo que quedaba fuera del alcance de las leyes de Newton.

Mientras, científicos como Plank, Bohr o Shrödinger, entre otros, crearon la mecánica cuántica, que describe el comportamiento de las partículas más pequeñas que el átomo, regidas más por cálculos probabilísticos que por las leyes deterministas de la mecánica clásica. En el átomo operan fuerzas como la fuerte, que mantiene unidos protones y neutrones en el núcleo y la débil, que es responsable de que ciertas partículas se conviertan en otras. La mecánica cuántica también puede explicar la fuerza electromagnética. Así, por un lado tenemos la mecánica cuántica que explica tres de las cuatro fuerzas fundamentales, y por el otro la teoría de la relatividad que explica la gravedad. Einstein trabajó el resto de su vida en una teoría que unificara las cuatro fuerzas… pero nunca lo logró. La dificultad era grande. En esencia, una teoría del todo debería explicar de qué está hecho todo cuanto existe en el universo y por qué es así.

Teoría atómica

Esta pregunta ya se la hacían filósofos como Demócrito allá por el siglo IV antes de nuestra era. Pensó que si partes algo en dos, y luego una de sus partes la vuelves a cortar y así muchísimas veces, debería llegar un momento en el que encontrarías un objeto que ya no pudieras dividir. Llamó a ese objeto hipotético “átomo”: no-cortable.

John Dalton, hasta 1804, descubrió que estas “pelotitas indivisibles” sí existían. Y Niels Bohr expuso que ¡Oh sorpresa! No eran pelotitas indivisibles, sino que ¡estaban formados de partículas más pequeñas!

Esas partículas son los protones, neutrones y electrones. Y su cantidad determina si se trata de un átomo de oxígeno o de flúor… Pero ¿de qué están hechas estas partículas sub-atómicas?  El “modelo estándar” nos dice que están hechas de otras partículas elementales: leptones y quarks (cada tipo viene en seis sabores diferentes. ¡en serio!), y también bosones.

Aunque el modelo estándar es consistente con los experimentos, ha dejado varias cuestiones sin resolver: por ejemplo ¿por qué las fuerzas tienen ciertos parámetros arbitrarios, llamados “constantes” y no otros? Y sobre todo ¿de dónde sale la gravedad?

  Es en este contexto que surge la Teoría de Cuerdas. 

Teoría de cuerdas

De hecho son cinco teorías, o cinco “enfoques” diferentes. Pero básicamente postula que las partículas subatómicas no son puntos sin dimensión como los concibe el modelo estándar, sino cuerdas de una dimensión. ¿Su medida? La longitud de Plank: la distancia más pequeña posible… el “pixel” del universo.

Sucede que estas cuerdas vibran y se mueven siguiendo diferentes frecuencias y patrones determinados por el espacio multidimensional en el que se mueven. La manera en la que vibran define qué tipo de partícula forman, así como la vibración de una cuerda de guitarra define qué nota se escucha.

Problemáticas

¿Espacio multidimensional? Para ser matemáticamente coherente, la teoría de cuerdas requiere que las cuerdas se muevan no en tres ni en cuatro ¡sino en 10 dimensiones diferentes! ¿Pero no que el espaciotiempo tenía 4 dimensiones? ¿De dónde salen las otras 6?  Una explicación es que esas “dimensiones extra” son microscópicas: están de alguna manera enrolladas y escondidas en la escala más pequeña posible. Las cuerdas se existirían en este espacio multidimensional llamado “Espacio de Calabi-Yau”. De ser reales estas dimensiones extra, explicaría por qué observamos que ciertas partículas aparecen o desaparecen sin que sepamos de dónde vienen o a dónde van.

Las cuerdas estarían hechas de energía pura: por lo tanto la materia está hecha de energía, lo que es consistente con la ecuación relativista de que la Energía es igual a la Masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado.

Ciertas cuerdas que estuvieran cerradas serían los anhelados “gravitones”, las partículas que mediarían la gravedad… pero esta parte de la teoría aún es muy problemática.

Otro problema de la teoría de cuerdas es que, de ser cierta, describe nuestro universo y sus leyes… pero también millones de otras leyes y otras constantes que no existen. Los que la defienden afirman que eso no es problema: son leyes y constantes de otros universos. Es más: eso podría indicar que nuestro universo surgió de la colisión de otros universos o de la división de un universo en dos.

La teoría de cuerdas aún es muy discutida entre los científicos, pero de ser acertada tendría una implicación muy hermosa: si todo lo que existe es producto de cuerdas que vibran en diferentes tonos, cada objeto y cada ser sería una melodía, una canción, y el universo entero sería una inconmensurable y compleja sinfonía.

¡CuriosaMente!