El extraño mundo de la Teoría de Cuerdas

Escrito por lee johnson Google | Traducido por pau epel
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El extraño mundo de la Teoría de Cuerdas
La Teoría de Cuerdas es una de las ideas más populares en la física teórica, pero aún debe ser probada experimentalmente. (Getty Premium images)

"Einstein aparece y dice, el espacio y tiempo pueden deformarse y curvarse, esto es la gravedad. Ahora aparece la teoría de cuerdas y dice, sí, gravedad, mecánica cuántica, electromagnetismo, todo junto en un paquete; pero sólo si el universo tiene más dimensiones que las que podemos ver".

— Brian Greene -- Profesor de física y matemáticas en la universidad de Columbia

Bienvenido a un mundo de once dimensiones, donde toda la materia está compuesta por lazos de cuerdas unidimensionales oscilando en frecuencias diferentes y donde se conforma el Santo Grial de una teoría unificada de los físicos. El modelo estándar de la física tiene sus limitaciones, y la teoría de Cuerdas intenta resolver uno de los problemas principales de éste, la aplicación cuántica (mundo subatómico) de nuestro concepto de gravedad. Los extravagantes postulados que esta teoría propone la han hecho una de las escuelas de pensamiento más controversiales en la Física, pero es sin duda la candidata líder de la actualidad para explicar la tan codiciada "teoría del todo".

El problema con la Física

El extraño mundo de la Teoría de Cuerdas
El fotón de luz es la partícula que genera la fuerza del electromagnetismo. (Jupiterimages/Photos.com/Getty Images)

La teoría de la gravedad de Einstein (La Teoría de la Relatividad General) resolvió los problemas inherentes a la explicación de la fuerza de Newton, y aún permanece como el modelo más cercano de la ciencia para la arquitectura del universo. Esta teoría describe las cosas a gran escala, como tú, la tierra y las galaxias en el universo. Las reglas para los elementos muy pequeños (como los átomos) son descritas por la mecánica cuántica, donde las cosas generalmente se tornan mucho más extrañas y se rigen en gran medida por la fuerza electromagnética.

El modelo Estándar describe las partículas subatómicas y sus interacciones, explicando la materia que puedes ver a tu alrededor, su composición y la mayoría de las fuerzas que actúan sobre sí. Uno de los principios claves de la mecánica cuántica es la dualidad de las partículas de onda. Este principio afirma que las partículas también son ondas, y que cada fuerza tiene una partícula asociada. El fotón (luz) es la partícula de fuerza del electromagnetismo, por ejemplo. Esto puede resultar un poco abrumador, como explica el físico Sunil Mukhi, "electrones, muones, neutrinos, quarks, bosones W, gluones, gravitones... la lista es aún más larga y la colección completa de partículas empieza a parecer un zoológico".

Sin embargo, incluso con esta exhaustiva lista de componentes fundamentales de la materia y las fuerzas que experimentamos, la gravedad no puede ser aplicada en un contexto cuántico. El gravitón, la partícula teórica que se considera que carga la fuerza de la gravedad, no está incluida en el modelo Estándar y nunca ha sido observada. Las ecuaciones que los físicos usan para describir todo lo demás no pueden ser aplicadas con éxito a la gravedad. Esto no hace mucha diferencia en la práctica (la gravedad depende de la masa, de modo que las partículas no ejercerían mucha de esta fuerza, de todas formas), pero teóricamente representa un serio problema.

Solución de la teoría de cuerdas

El extraño mundo de la Teoría de Cuerdas
Según el físico líder de la teoría de Cuerdas, Michi Kaku, el universo es como una sinfonía de cuerdas que interactúan formando un espacio de once dimensiones. (Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images)

Una de las mejores cosas de la física es la unificación. Einstein unificó la energía y la masa con su famosa ecuación, simplificando nuestro entendimiento del universo con unos cuantos símbolos que cabrían en una estampilla de correos. Esta teoría es considerada "elegante" porque expresa algo de manera exacta y concisa, y eso es exactamente lo que la teoría de cuerdas intenta hacer. En vez del "zoológico" de partículas mencionado anteriormente, todo podría estar compuesto de los mismos elementos básicos, bucles de "cuerdas" cuánticas.

Las cuerdas son necesarias porque no son partículas de "puntos" como las propuestas en el modelo Estándar. Las partículas definidas como puntos son la razón por la que las ecuaciones para la gravedad cuántica nunca logran sumar del todo; los bucles de cuerdas no encuentran los mismos obstáculos en lo que se refiere a las matemáticas. La tensión inherente de las cuerdas cuánticas ofrece a la teoría una escala sobre la cual calcular masas, y las oscilaciones estables de la cuerda crean las partículas que observamos en la naturaleza.

Una cuerda de guitarra es una analogía perfecta para la producción de partículas fundamentales en la teoría de cuerdas. La frecuencia a la que la cuerda vibra determina la nota que ésta produce, y en la música sólo hay 13 notas estables. En la teoría de cuerdas, las "notas" tocadas por las oscilaciones en la cuerda cuántica se manifiestan en elementos como quarks y electrones, con sus masas proviniendo directamente de la intensidad de las vibraciones. Todas las ecuaciones funcionan, pero hay una salvedad importante. Las matemáticas para la teoría de cuerdas sólo funcionan si existe un total de once dimensiones, en lugar de cuatro.

Esto puede parecer increíble, pero si la teoría es correcta, explica todas las fuerzas de la naturaleza, y proporciona información valiosa sobre misterios como la materia oscura y la energía oscura. El físico teórico y líder de la teoría de cuerdas Michi Kaku explica que "las leyes de la química con las que luchamos en la escuela secundaria serían las melodías que puedes tocar en estas vibrantes cuerdas. El universo sería una sinfonía de estas vibrantes cuerdas y la mente del Dios sobre el que Einstein escribió, sería la música cósmica resonando a través de este nirvana... a través de este hiperespacio de once dimensiones".

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