Introducción a la teoría de cuerdas

La teoría de cuerdas es, sin lugar a dudas, un mundo realmente fascinante en el que sumergirse y explorar las posibilidades de la física teórica moderna. Lo primero de todo, destacar una cosa, esta teoría no ha sido comprobada experimentalmente, por lo que desconocemos si nuestro universo coincide realmente con su representación del mismo. Dicho esto, embarquémonos pues, en este viaje.

Como ya hemos comentado en otros artículos (Las tres encrucijadas), existe un problema fundamental en la física actual. La relatividad general y la física cuántica, las dos grandes teorías que nos permiten explicar nuestro universo, no encajan entre sí. No somos capaces de pasar de una a otra sin encontrarnos con obstáculos insalvables. Y es que mientras que podemos dar una explicación cuántica a tres de las cuatro fuerzas fundamentales (El mundo cuántico y sus interacciones), nuestra amiga la gravedad se resiste a ello. Y esta es la raíz del asunto y, a su vez, la motivación de la teoría de cuerdas entre otras propuestas.

¿Y qué es lo que nos propone la teoría de cuerdas? Bien, la primera idea es la más sencilla y representativa. Esta consiste en dejar de considerar las partículas más elementales que conocemos como puntos concretos y empezar a concebirlas como cuerdas vibrantes. Además, dependiendo del estado de vibración de estas cuerdas, se generarían las distintas partículas que conocemos. Digamos que serían las notas de nuestra melodía.

Ahora bien, aquí hay una concreción importante. Tanto los fermiones como los bosones que forman el modelo estándar de partículas, estarían formados por cuerdas abiertas, mientras que los gravitones, unas partículas hipotéticas encargadas de la transmisión de la gravedad a nivel cuántico, serían cuerdas cerradas. Y es así como se pueden explicar las interacciones entre partículas. Una cuerda abierta puede fragmentarse dando lugar a dos cuerdas abiertas, también pueden unirse formando una sola cuerda abierta o pueden plegarse emitiendo, de esta manera, los mencionados gravitones.

Valeeeeee, hasta aquí todo bien. Pero cuidado que ahora viene lo bueno. Para que todo esto de las cuerdas vibrantes y los gravitones funcione correctamente, necesitamos, nada menos, que hasta 9 dimensiones espaciales más la dimensión temporal, es decir, un total de 10 dimensiones. ¡Eso son seis dimensiones extra que desconocemos! (¿Qué es la cuarta dimensión?). ¿Pero dónde se encuentran estas dimensiones? Toca la introducción al concepto de compactificación, que es además, uno de los mayores problemas relacionados con esta teoría. Para entenderlo vamos a utilizar la analogía más concurrida a la hora de plantear esta cuestión. Imaginemos por un momento un cable a lo lejos. ¿Qué apreciamos? Pues en principio una sola dimensión. No obstante, acerquémonos, a ver qué sucede. Si así lo hacemos, notaremos que el cable es, en realidad, cilíndrico y tiene una dimensión más. De la misma manera, se tratan de explicar estas dimensiones extras. Es posible que en escalas macroscópicas, nuestra realidad parezca tener tres dimensiones espaciales. Pero, ¿y si nos acercáramos lo suficiente? Entonces, podríamos descubrir las dimensiones perdidas ¿no es así? Sin embargo, aquí encontramos un inconveniente muy importante. Hay un número abrumador de compactificaciones posibles, siendo tan solo una la que correspondería con las leyes de nuestro universo, e intentar dilucidar cuál es, sería como tratar de hallar todos los decimales del número π. Un poco duro a decir verdad.

Y ojo, que esto no es todo. Nos falta por introducir el concepto de branas, es decir, una especie de superficies que ocuparían todo el espacio y donde se encontrarían ancladas las cuerdas. Y las tendríamos de muchos tipos: de distintas dimensiones, cruzadas, estiradas… ¿Y qué hacen estas branas? Fácil, configurar a las cuerdas unidas a ellas de distintas propiedades. De esta manera, las partículas del modelo estándar serían el resultado de cuerdas vibrantes unidas a branas, las cuales las dotarían de características específicas.

Y estas son, a grandes rasgos, las ideas más importantes e imprescindibles para entender esta teoría. Pero vamos, que el tema tiene tela… Pues encontramos hasta cinco teorías de cuerdas distintas, que al parecer, son reflejos de una misma teoría de cuerdas, denominada la teoría M. Pero eso ya para otro día. Espero que se haya entendido y para cualquier pregunta tenéis los comentarios. Nos vemos en la próxima.