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La Teoría de Cuerdas

Dentro la física ha aparecido una posible teoría única que lo explicaría todo mediante vibraciones, unificando la Relatividad de Einstein y la Mecánica Cuántica…

Teoría de la Relatividad y Mecánica Cuántica

El concepto de universo se basa en dos teorías diferentes, muy estables cada una en su campo, pero que presentan grandes problemas cuando se intentan combinar para resolver los problemas más profundos del universo. Por un lado se encuentra la Teoría de la Relatividad de Einstein, que nos sirve para estudiar las partes más grandes del universo, como las estrellas o las galaxias. La otra teoría es la Mecánica Cuántica, un conjunto de leyes por las que se rigen las partículas más pequeñas, como los átomos o las partículas subatómicas.

Uno de los ejemplos donde se da la mala incompatibilidad es en el origen del universo o Big-Bang, en el que hace unos 15.000 años una partícula estalló, haciendo que desde entonces el universo se haya expandido constantemente, generándose así las estrellas y galaxias al enfriarse.

Para describir el universo a gran escala se utilizan una serie de leyes englobadas en la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que nos explica el funcionamiento de la gravedad, mostrándonos el espacio como una enorme cama elástica. Todos los cuerpos deformarán su superficie en mayor o menor grado dependiendo de su masa, siendo percibida dicha curvatura como la gravedad. Es decir, la Luna gira alrededor de nuestro planeta como consecuencia de la curvatura del tejido espacial (espacio-tiempo) que ha provocado.

Sin embargo, cuando intentamos describir el mundo microscópico, esta teoría no nos sirve, al ser despreciable la masa de los cuerpos. Es entonces cuando se utiliza la Mecánica Cuántica, al abandonar el predecible mundo macroscópico para adentrarnos en un mundo inmerso en el caos donde el tejido espacial es accidentado.

En este mundo, millones de veces más pequeño que el de los átomos, el tejido del espacio-tiempo es tan arbitrario que no se puede saber nada con certeza, estando gobernado por la incertidumbre.

Esta teoría matemática unificadora describiría todas las interacciones que se dan en la naturaleza, ya que la gravitatoria es explicada mediante la relatividad. La Cuántica se encarga de explicar las otras tres: la electromagnética, que produce la electricidad y la atracción magnética; la nuclear fuerte, responsable de mantener los protones y electrones unidos dentro del átomo; la nuclear débil, causante de la desintegración radiactiva. La relación entre estas cuatro interacciones y la materia explica cada uno de los acontecimientos que suceden en el universo.

Teoría de Cuerdas (String Theory)

Hasta ahora, los científicos han descrito los componentes básicos de la materia (átomos y partículas subatómicas) como pequeñas esferas o puntos. La Teoría de Cuerdas afirma que el alma de dichas partículas son hilos vibrantes de energía denominados cuerdas. Las cuerdas vibran de unas formas determinadas dotando a las partículas de sus propiedades únicas, como la masa y la carga. El origen de esta teoría se remonta a 1968 cuando el físico Gabrielle Veneziano descubrió que las ecuaciones de Euler, con 200 años de antigüedad, describían la interacción nuclear fuerte, iniciándose así un movimiento que desembocaría, gracias al físico Leonard Susskind, en la aparición de los hilos vibrantes como interpretación de dicha fórmula.

Todavía existen muchos escépticos, ya que se piensa de una forma completamente diferente a la habitual, el origen de todo no son puntos sino pequeños hilos vibrando. Además de que todavía no se ha realizado ningún experimento que demuestre la existencia de estas cuerdas. Los escépticos eran partidarios del Modelo Estándar, que se basa en las partículas y que puede reproducir experimentalmente.

Si se agrandase un átomo hasta el tamaño del sistema solar, una cuerda sería como un árbol…

Si se agrandase un átomo hasta el tamaño del sistema solar, una cuerda sería como un árbol…

Las partículas (6 quarks y 6 leptones) se crean a partir de otras partículas y las denominadas partículas mediadoras o mensajeras, que originan las diferentes interacciones elementales. El fotón sirve de mediador en la interacción electromagnética, los bosones de Gauge en la nuclear débil y los gluones en la nuclear fuerte. Este modelo basado en teoría cuántica de campos describe todas las interacciones salvo la gravitatoria.

A la hora de explicar la Teoría de Cuerdas, aparecen numerosos problemas. El primero de ellos es que afirma la existencia de una partícula hipotética, el taquión, que viaja a velocidades superiores a la de la luz, lo que contradeciría la relatividad de Einstein. También esta teoría requiere de 10 dimensiones, lo que implica alguna dimensión más de las que conocemos, así como anomalías matemáticas o la existencia de partículas sin masa que no se podían descubrir en experimentos. Una de las soluciones a tan complicado problema fue identificar a la partícula sin masa (y que jamás se había observado) como el gravitón, la causante de la interacción gravitatoria a nivel cuántico.

El Modelo Estándar (Standard Model)

El Modelo Estándar puede reproducirse experimentalmente pero no puede explicar la interacción gravitatoria, mientras que la Teoría de Cuerdas es capaz de explicar, a su manera, las cuatro interacciones fundamentales, pero es incapaz de probarse en un laboratorio. La razón de ello es lo diminuto de las dimensiones con la que trata. Los partidarios de esta teoría alegan que aún no se dispone de la tecnología adecuada o suficiente para poder hacerlo, de ahí que aún no haya podido ser contrastada.

Onceava dimensión…

Onceava dimensión…

El difícil dilema de la existencia de más dimensiones que las cuatro habituales (tres espaciales y el tiempo) se remonta a 1919 cuando el alemán Theodor Kaluza introdujo una nueva dimensión, la quinta, que correspondía a la curvatura en la que la interacción electromagnética operaba. Esta dimensión adicional, al igual que las cinco más que requiere la Teoría de Cuerdas, en total diez espaciales y una temporal, tendría una forma envolvente o circular ínfimamente pequeña, del tamaño de las propias cuerdas. Serían necesarias para evitar la presencia de taquiones, y los “fantasmas”, partículas con probabilidad de existencia nula.

Teoría de las Supercuerdas

Una consecuencia de no poder probarse esta teoría es que han aparecido cinco versiones diferentes de dicha teoría, todas ellas igual de válidas, siendo incapaz de discernirse cuál es la auténtica. Una de ellas aseguraba que los hilos vibrantes eran abiertos, otra suponía como bucles cerrados a estos hilos.

Todas estas nuevas versiones se agrupan en la Teoría de Supercuerdas, en la que se incorpora a los fermiones y la supersimetría.

Dedicado a Sonya

Referencias:
http://www.wikipedia.org
http://www.pbs.org/wgbh/nova

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