Qué es la teoría de las cuerdas ?

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La teoría de las cuerdas abarca en realidad un conjunto complejo de teorías pues no es única sino que hablamos de muchas que tratan de explicar la relación entre la teoría cuántica y la teoría de la relatividad. Para aclarar esto debo decir que si la teoría de la relatividad se estudia en todas sus consecuencias la teoría cuántica debe ser una falsedad y es válido lo contrario también, es decir que si la teoría cuántica es correcta en todos sus aspectos la teoría de la relatividad es falsa. Lo extraño para muchos es que ambas son correctas explicando fenómenos diferentes, la relatividad en cuanto al universo macroscópico (las galaxias, planetas, estrellas y demás astros) mientras que la teoría cuántica explica lo que ocurre en el universo microscópico (átomos, electrones, neutrones y demás partículas subatómicas).

El problema básico en todo esto es que la teoría relativista se concentra en el campo gravitatorio y la teoría cuántica en el campo electromagnético. Esta es la razón por las que algunas veces la teoría de las cuerdas es llamada teoría del campo unificado. Hay cierto error en ello porque no es la única, hay varias y la primera fue la misma teoría cuántica que unificó el campo magnético con el campo eléctrico, primero en forma teórica por James Clerk Maxwell y luego en forma experimental por Heinrich Rudolf Hertz (unos veinte años después). Albert Einstein, creador de la teoría de la relatividad, trató durante los últimos años de su vida de unificar el campo electromagnético con el campo gravitatorio pero nunca tuvo éxito, otra suerte semejante corrieron otros investigadores en el área de la física teórica. A principio de la década de los 70 esto fue más que evidente pues los cálculos matemáticos confirmaron que ambas teorías no podían ser ciertas y nace una teoría que trata de explicarlo “la supergravedad” pero a mediados de los 80 la teoría de las cuerdas toma su gran importancia y es conocida como la primera revolución de la “teoría de las cuerdas”.

Al parecer la teoría tiene sus orígenes en una generalización de la teoría de la relatividad propuesta por Theodor Kaluza y retocada por Felix Klein ha eso de 1920. Es en 1974 cuando Jöel Scherk y John Schwuarz proponen la primera de las teorías de las cuerdas. Seguiré el planteamiento propuesto por ellos y trataré de usar ejemplos simples para darnos a comprender. Para entendernos bien en la física tradicional las partículas subatómicas como el electrón o el protón se consideran como objetos unidimensionales o puntuales (es decir demasiado pequeños para tener un volumen) y debo recalcar es solo una consideración. Bien vamos a imaginar que todo el universo que conocemos solo tiene dos dimensiones y esto lo haría verse como una hoja de papel muy delgada, entonces los objetos subatómicos se verían en efecto como puntos en esa hoja de papel.

Según la teoría de las cuerdas nosotros no veríamos tales puntos sino más bien filamentos, delgados hilos o “cuerdas” saliendo de la hoja de papel o saliendo del plano que forma la hoja de papel para decirlo claramente. Esto explica el porqué los objetos subatómicos se comportan como onda y como partículas pues son “cuerdas” que vibran y dependiendo de como vibran entonces tenemos un protón o un electrón. Volviendo a nuestro universo observable, se considera tradicionalmente que tiene cuatro dimensiones: altura, profundidad, ancho y tiempo. Para nuestro ejemplo yo eliminé dos de ellas pero está implícito que debería existir una tercera al decir que las cuerdas se salen del plano de la hoja de papel. Pues bien en la teoría de las cuerdas está implícito la existencia de al menos otra dimensión que no podemos observar por alguna razón. Y aquí es donde el modelo se complica pues para poder explicar el como vibran se estas cuerdas se necesitan al menos 6 dimensiones no observables, dejándonos un universo de 10 dimensiones en total y en los modelos más recientes se mencionan hasta 26 dimensiones.

¿Porqué tantas dimensiones? Por que en la medida que se generan respuestas a ciertos problemas matemáticos estos a su vez generan otros y “añadiendo” nuevas dimensiones estos se resuelven, complicando aún más las ecuaciones. No es de extrañar que ya muchos supongan que nuestro universo no tenga un número finito de dimensiones y que esta misma idea nos lleve a suponer la existencia de múltiples universos, cosa que muchas de las versiones de esta teoría ya dan por un hecho. Ahora bien, si no nos duele la cabeza en este instante, vamos a dar por sentado la existencia de tales dimensiones lo que nos lleva a la pregunta: ¿Porqué no podemos verlas o percibirlas? Según los teóricos, se debe a que estás dimensiones están “compactadas”, es decir son tan pequeñas que solo se les podría observar si nuestra visión permitiera ver los electrones como si fueran objetos muy grandes.

Aquí me toca pedir disculpas pues mi ejemplo de la hoja de papel induce al error de imaginar esas dimensiones como si fueran más grandes dada la ilusión óptica de que un objeto plano se ve más pequeño que otro objeto tridimensional. Pero pensándolo bien tal vez la hoja de papel no sea del todo mala idea, veamos el porqué: si uno toma una hoja de papel (en este caso, nuestro ejemplo de un universo de dos dimensiones) y lo doblamos apropiadamente (como cuando se hace “origami” ) podemos crear un cubo, es decir partiendo de un objeto de dos dimensiones obtenemos otro de tres dimensiones. Si observamos los pliegues que realizamos fueron hechos “hacia adentro” entonces en teoría nuestro cubo se podría plegar hacia adentro una vez más y otra y otra hasta obtener las 26 dimensiones que se mencionan, una aproximación de lo que es un objeto de cuatro dimensiones visto o “proyectado”en tres dimensiones es el “hipercubo” y otro sería la “botella de Klein”. Cualquiera se lo imaginaría como un bodoque de papel pero en realidad nuestro cubo no cambiaría de forma aparente como lo muestra el hipercubo, porque los pliegues hacia adentro no se pueden observar, serían muy pequeños o estarían compactados como sugieren los teóricos de las cuerdas.

Para imaginar como es que vibran estas cuerdas interactuando entre dimensiones nos basta imaginar como funciona un teléfono de bramante (o teléfono de cuerda). Para los que no lo saben un teléfono de bramante se hace con dos latas o vasos de plástico en cuyo fondo se ha hecho un pequeño agujero, por el que se pasa un hilo de bramante o cualquier otro hilo o cuerda fina y para mantenerlo fijo se le hace un nudo en cada extremo. El hilo o cuerda debe ser largo para apreciar el fenómeno. Dos personas toman los vasos y mantienen tenso el hilo y una de ellas habla a través de un vaso mientras la otra escucha en el otro. Uno de los vasos va a representar una dimensión y el otro otra. Al vibrar la voz humana en uno de los vasos el hilo lleva esa vibración al otro vaso. De manera similar ocurre la vibración de un objeto que trasmite la vibración de dimensión en dimensión en la teoría de las cuerdas (recuerden que las cuerdas son objetos).

También hay muchos detalles que modifican las diversas versiones de la teoría, como por ejemplo si se trata de cuerdas abiertas o cerradas, lo que veríamos como simples trozos de hilos o hilos cuyos extremos están unidos; e incluso en las versiones actuales se asume que ambas posibilidades pueden ocurrir en casos diferentes. Hay además serias objeciones contra esta teoría, en especial a nivel experimental. Cuando Alber Einstein y James Maxwell encontraron discrepancias entre sus cálculos y los experimentos simplemente hacían unos “ajustes” que hacían coincidir unos con otros y dado que estos ajustes básicos no se tenían que modificar luego para obtener nuevos resultados correctos se daba por sentado que estaban bien. En la teoría de las cuerdas se busca que tales correcciones no sean necesarias y es allí donde aparecen los problemas, pues hay que hacer tales ajustes para que resultados y cálculos coincidan. También ciertas predicciones que la teoría hace deben cumplirse pero hasta ahora ninguna se ha podido demostrar.

Hay ciertas confirmaciones indirectas, como la existencia de los monopolos magnéticos que fueron confirmados en sustancias químicas a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto donde se convierten las sustancias en supercondutoras. Pero esta confirmación es indirecta, lo recalco, un monopolo debe aparecer por sí mismo sin estar asociado a una sustancia para confirmar la teoría. Debo decir que todavía no se han construido las herramientas necesarias para confirmar esta teoría de manera experimental pero se trabaja en ello, por ejemplo el Colisionador de Hadrones que recientemente se está probando en Suisa se supone que tiene la capacidad de producir un monopolo magnético en alguno de sus “choques”. Ahora bien, hasta en el marco teórico un monopolo sería un fenómeno muy raro y esto sería una explicación simple del por que no se ha podido observar ninguno.

Termino con una anécdota: tengo una amiga que es bibliotecóloga y le pedí que si me hacía el favor de conseguirme algo sobre la teoría de las cuerdas, ella me dijo que tenía lo que yo precisaba, lo que me agradó mucho pero cuando me trajo el libro sobre el tema resultó ser un manual de los “Exploradores” sobre como hacer nudos. Hace unos 15 o 20 años era difícil que un profesor de ciencias en la secundaria o uno de física en la universidad se detuviera a explicar con detalle la teoría de la relatividad o la mecánica cuántica a personas neófitas en el tema pues lo consideraban “muy elevado”. Un tanto ocurre hoy con esta teoría pero es pura ignorancia y algo de miedo al tratar de encontrar una manera de simplificar estos conceptos. Opino que debemos darnos a entender aunque fracasemos en el intento pero así se evitarían algunos errores como el de mi amiga pues la información llegaría a más personas.

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