Teoría de Cuerdas

Albert Einstein, después de formular la teoría de la relatividad, dedicó el resto su vida a desarrollar una Teoría unificada de campos, a buscar una serie de ecuaciones que unieran dos fuerzas aparentemente no relacionadas: la gravedad y el electromagnetismo. Este sueño de la ciencia, que nació cuando Newton - el primer "físico teórico - inventó el cálculo para describir el movimiento de la caída de los cuerpos y la órbita de los planetas, era, y es ahora más que nunca, el de describir todas las fuerzas de la naturaleza mediante una única ecuación, pudo con él, y al final de su vida confesó, no sin razón: "Soy visto como algún tipo de objeto aterrorizado, ensordecido y cegado por los años".

Hoy en día, los fenómenos ocurridos en la naturaleza son debidos a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción fuerte (mantiene unido el núcleo atómico) y débil (relacionada con la radiación) (son fuerzas nucleares).

Estas fuerzas pueden explicarse mediante la mecánica cuántica, es decir, a través del estudio de partículas muy pequeñas, atómicas y subatómicas. El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud arbitraria y simultáneamente la posición y el momento de una partícula. Todas excepto la fuerza gravitacional.

Esta suma de conocimientos se conoce como modelo estandard de la física de partículas. Este modelo está formado por estas cuatro fuerzas y las partículas que forman el mundo, que son doce: Seis de ellos son quarks (arriba, abajo, encanto, extraño, fondo y cima). Un protón, por ejemplo, está formado por dos quarks arriba y uno abajo. Los otros seis son leptones (electrón, muón, tauón y tres neutrinos. Cada una de estas fuerzas es producida por partículas fundamentales que actúan como portadoras de la fuerza. Un ejemplo gráfico es el fotón, una partícula de luz, que es la mediadora de las fuerzas electromagnéticas. Esto quiere decir que, por ejemplo, cuando un imán atrae a un clavo, es porque ambos objetos están intercambiando fotones. El gravitón es la partícula asociada con la gravedad. La interacción fuerte es producida por ocho partículas conocidas como gluones. Y la interacción débil es transmitida por tres partículas, los bosones W+, W- , y Z.

La dificultad está en desarrollar una teoría cuántica de la gravedad. Todo es debido a que se considera a las partículas como puntuales y unidimensionales. Sin embargo, la TC considera a dichas partículas como cuerdas, lo que permite finalmente definir a la gravedad de forma cuántica.


Una cuerda, además de moverse como una partícula puntual, puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, desde lejos, incapaces de discernir que se trata realmente de una cuerda, vemos un electrón. Pero si oscila de otra manera, entonces vemos un fotón, o un quark, o cualquier otra de las partículas del modelo estándar.

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 llama por el nombre completo de "teoría de cuerdas bosónicas". Las diferentes teorías de supercuerdas demostraron ser diferentes límites de una desconocida teoría de 11 dimensiones llamada Teoría-M (contiene no sólo cuerdas, sino además una variedad de objetos no perturbativos, extendidos en varias dimensiones, que se llama colectivamente branas).

La teoría de supercuerdas está fundamentada en 11 dimensiones (tiempo, las 3 del espacio, 6 adicionales resabiadas o "compactadas" y una que las va englobando formando "membranas" de las cuales se podría escapar parte de la gravedad de ellas en forma de "gravitones"). Es una teoría supersimétrica, no ha contradicho ninguna de las teorías físicas existentes, y mejor aún, tiene en su interior a las cuatro fuerzas fundamentales, lo que significa tener una teoría unificada. Sin embargo, no ha hecho una predicción concreta, debido a que tiene un número muy grande de soluciones y todavía no se entiende en gran detalle la dinámica de la misma, pero sí se tienen excelentes postdicciones: la gravedad y el modelo estándar.

Pero el desencanto es grande entre la comunidad científica por sus varias dificultades e incongruencias, y la mayoría la considera solamente una curiosidad matemática.

Sin embargo, estos días se comenta como primera "posible evidencia" de la teoría de cuerdas un experimento realizado por la Northeastern University y la Universidad de California a través del detector de neutrinos del Polo Sur, llamado Amanda, que podría evidenciar la existencia de dimensiones "extra".

Esta existencia abre la posibilidad de objetos más complejos. Además de las cuerdas, que se extienden en una única dimensión, es posible tener objetos con dos, tres o más dimensiones. Éstas son las membranas dando lugar a la posibilidad de que nuestro universo sea una tri-brana.

Además, el descubrimiento reciente de dos galaxias parecidas ha conducido a físicos un paso más cerca hacia el encuentro de la última teoría de todo. ¿Podrían dos galaxias parecidas, separadas apenas un pelo en el cielo nocturno, anunciar una revolución en nuestra comprensión de la física fundamental?. Algunos físicos creen que las dos galaxias son la misma –su imagen ha sido dividida en dos, mantienen, por una " cuerda cósmica"; una Falla de San Andrés en el tejido mismo del espacio y el tiempo.

Si esta interpretación es correcta, entonces CSL-1 –el nombre de la curiosa galaxia doble—es la primera evidencia concreta para la "teoría de las supercuerdas" (Más sobre este apunte en Physorg y Astroseti).

Enlaces:

Actualización (07-02-06): "En los últimos años la Teoría de Cuerdas ha ido ganando adeptos dentro de la Física Teórica, pasando de ser considerada una locura a la posible y mítica "Teoría del Todo". En esta primera parte conoceremos los antecedentes y bases previas de esta Teoría para adentrarnos en la segunda parte a un estudio más detallado de la teoría en sí." Artículo en astroseti titulado "La Teoría de Cuerdas: Una introducción detallada (I)"

Actualización (10-03-2006): "En esta segunda y última entrega entraremos a analizar más en profundidad la Teoría de Cuerdas, sus propiedades y las implicaciones de las mismas" en Astroseti. La Teoría de Cuerdas: Una introducción detallada (II)

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