Un universo que vibra

La teoría de cuerdas propone que el universo está fundamentalmente compuesto por objetos unidimensionales que son similares a una cuerda (string).
Estas cuerdas serían tan pequeñas que incluso en la microscópica escala de las partículas subatómicas parecerían como puntos.

En la teoría de cuerdas cada partícula es creada de alguna forma por diferentes patrones de vibración de las cuerdas.

Durante mucho tiempo los físicos han operado dentro de un mismo paradigma, sosteniendo que las partículas fundamentales, como el electrón , el neutrón o el protón, son como puntos, de 0 dimensiones. Según la teoría de cuerdas esta suposición es incorrecta.
La diferencia entre trabajar con objetos, partículas en este caso, de o dimensiones y cuerdas (de 1 dimensión) que se pueden estirar, enrrollar y además vibrar; es que estas causan problemas con la causalidad y violaciones de la ley de la relatividad especial que dice que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, entonces los cálculos vuelan por los aires.

El desarrollo de la teoría de cuerdas surgió principalmente por un problema importante que ha existido en la física durante casi 100 años.

El inconveniente es que la relatividad general, la teoría desarrollada por Albert Einstein que explica el comportamiento de la materia en escalas muy grandes o cosmológicas, es irreconciliable, no funciona con la mecánica cuántica y el modelo estándar, que explican el universo a escala subatómica, es decir, el universo relativista y el universo cuántico no pueden ser descriptos por las mismas leyes ni ecuaciones.

También existen otros problemas con el modelo estándar: tiene unos 20 parámetros libres que deben ser ajustados a mano, y tiene un gran número de partículas que declara fundamentales (además para cada partícula existen tres copias organizadas en generaciones, que sólo se diferencian entre sí en la masa).

Ya esto en si es complicado, y por otra parte, debido a que no puede ser reconciliada con la relatividad general, carece de una descripción de la gravedad, la más corriente de las cuatro fuerzas fundamentales. Con lo cual el modelo no es completo. Aún así es el aceptado "oficialmente", ganador del premio Nobel, etc.

Usar objetos 1-dimensionales en lugar de partículas puntuales resuelve muchos de estos problemas.

El número de parámetros libres de la teoría cae de 20 a 1 (un parámetro que corresponde solo al tamaño de las cuerdas), y se espera que los detalles de la teoría expliquen por qué existen las tres familias de partículas.

Aún más importante, encontraron que la teoría de cuerdas contiene gravitones de forma necesaria, es decir, la partícula portadora de la fuerza de gravedad.

Todo esto es un poco complicado, falta todavía un lenguaje matemático que exprese correctamente lo que describe la teoría. Por eso algunos científicos se resisten todavía a aceptarla, argumentan que no es comprobable aún y por lo tanto no es verdadera ciencia.

Creo que lo más limitado del pensamiento "científico" es esa especie de vanidad de creer que pueden explicarlo todo en una hoja de papel llena de cálculos abstractos o en un acelerador de partículas, fotografiando trazas de partículas efímeras, y si no entra en su modelo, entonces no existe.

Igual, hay un montón de partículas "hipotéticas" como el bosón de Higgs, que existen matemáticamente pero no se pueden crear en los colicionadores de partículas todavía, pese a los intentos y las inversiones (ver LHC). Siga participando...

Volviéndo a las cuerdas.

Lo interesante de esta teoría es que puede unir la relatividad general con la mecánica cuántica y para eso sugiere además, que el universo se compone de múltiples dimensiones.

Nuestra percepción ordinaria del mundo es en 4 dimensiones.

Estamos familiarizados con la altura, la anchura y la longitud: las tres dimensiones del espacio. Arriba-abajo, delante-detrás y los costados y 1 dimensión más para el tiempo.

La teoría de cuerdas apoya la posibilidad de 10 dimensiones, aunque las 6 restantes no las podemos detectar directamente.

Es posible que las 6 dimensiones extra sean extremadamente pequeñas y curvadas. Por ejemplo, si se mira a un tubo desde una gran distancia, parece ser una línea (1-dimensional). Una inspección más cercana del tubo revela 2 dimensiones: una a lo largo del tubo (la que vimos desde lejos) y una alrededor del tubo. Por tanto, el tubo es realmente una superficie bidimensional a pesar del hecho que parece ser una línea desde lejos.

Estas «cuerdas» vibran en múltiples dimensiones (de ahí las 10 dimensiones), y en función de la forma en que vibran, podrían ser percibidas en el espacio de tres dimensiones como materia, luz, o gravedad.

Es la vibración de la «cuerda» la que determina su apariencia de materia o energía, y toda forma de materia o energía es el resultado de la vibración de las cuerdas.

Pero la bella teoría, no tardó en encontrarse con un problema: tras una versión inicial de ecuaciones que la sustentaba, fueron descubiertas otras ecuaciones, igualmente coherentes.

Hay cinco grandes teorías de cuerdas, todas basadas en un universo de 10 dimensiones, y todas parecen ser correctas.

Esto no estaba bién, los científicos no podían con la aparente contradicción de cinco conjuntos de ecuaciones para describir el mismo fenómeno, es demasiado, porque, ¿si una es la correcta, que universo describen las otras?, se preguntaban.

A mediados de los años 90, Edward Witten, un físico del Instituto de Estudios Avanzados y otros importantes investigadores consideran que las cinco diferentes versiones de la teoría de las cuerdas podría describir lo mismo visto desde diferentes perspectivas.

Se propuso la unificación en una teoría llamada «Teoría M», en que la «M» no está específicamente definido, pero se entiende como «membranas».

La teoría M agrupó todas las teorías de cuerdas o supercuerdas, al afirmar que las cuerdas son realmente «anillos» 1-dimensionales de una «membrana» 2-dimensional que vibra en el espacio 11-dimensional. Para que esta "membrana" pueda vibrar, necesita de 1 dimensión extra, por eso esta nueva forma de teoría de cuerdas, la teoría M, describe un universo de 11 dimensiones.

La Teoría M no está completa; sin embargo, puede aplicarse a muchas situaciones.

La teoría del electromagnetismo también se encontraba en el mismo estado a mediados del siglo XIX; había teorías separadas para el magnetismo y la electricidad y, aunque eran conocidas por estar relacionadas, la relación exacta no se clarificó hasta que James Clerk Maxwell publicó sus ecuaciones en su trabajo de 1864, Una Teoría Dinámica del Campo Electromagnético.

A medida que vayamos evolucionando y mejorando la comprensión, irá cambiando la forma de expresar y transmitir esos conocimientos, y el lenguaje matemático no escapa a este hecho.

Los nuevos descubrimientos crean nuevos modelos o paradigmas. Y es la busqueda de esta verdad, de este conocimiento, lo que nos hace "más" inteligentes y nos empuja a nuevas búsquedas y más descubrimientos.