97
Para los principiantes, la teoría de cuerdas es, en un primer momento, una idea fascinante, pero muy abstracta, que afirma que los componentes fundamentales del universo no son partículas puntuales, sino diminutas cuerdas oscilantes (cuerdas) de longitud de Planck.
Teoría de cuerdas para principiantes: origen e idea básica
La teoría de cuerdas surgió a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, inicialmente como un intento de describir de manera uniforme las numerosas partículas elementales y fuerzas de la naturaleza, especialmente en el ámbito de la interacción fuerte.
- Los científicos observaron que muchos fenómenos podían explicarse mediante modelos si se consideraban las partículas no como puntos, sino como pequeñas «cuerdas» unidimensionales.
- La teoría de cuerdas bosónica fue una de las primeras variantes y solo describe bosones, es decir, partículas con espín entero, pero se encuentra con problemas, como la existencia de estados taquiónicos (partículas con masa imaginaria) y el hecho de que los fermiones (partículas con espín medio) no se incluyen.
- Más tarde, la teoría se desarrolló hasta convertirse en la teoría de supercuerdas, que incluye tanto bosones como fermiones y aplica el principio de supersimetría, es decir, que cada bosón tiene un compañero fermiónico. Este desarrollo fue importante para superar las debilidades bosónicas.
Así funciona la teoría: Vibraciones, dimensiones y compactificación
La idea básica es que toda la materia y todas las interacciones están compuestas por diminutas cuerdas vibrantes.
- Los diferentes tipos de vibraciones de estas cuerdas producen diferentes partículas con diferentes propiedades, como masa, carga o espín, de forma similar a las cuerdas de un instrumento musical, en las que diferentes vibraciones producen diferentes tonos. Una cuerda puede ser abierta (con extremos) o cerrada (en forma de anillo) y, dependiendo de cómo vibre, se manifiesta una propiedad específica de la partícula.
- Para que esta teoría funcione de forma matemáticamente coherente, necesita más que nuestras cuatro dimensiones conocidas (tres espaciales y una temporal). En la teoría de cuerdas bosónica son 26 dimensiones, en la teoría de supercuerdas son 10 dimensiones. Las dimensiones adicionales se postulan de tal manera que están «enrolladas» o compactificadas a escala microscópica, es decir, no las percibimos en nuestra vida cotidiana porque son muy pequeñas o están ocultas en estructuras topológicas especiales.
- Un modelo común para esto son las llamadas variedades de Calabi-Yau, formas espaciales especiales que pueden albergar las seis dimensiones espaciales adicionales de la teoría de supercuerdas sin violar las leyes físicas conocidas.
Ambición y situación actual
El gran objetivo de la teoría de cuerdas es unir la teoría cuántica (que describe el comportamiento de las partículas en el microcosmos) y la teoría de la relatividad general (que trata la gravedad y el comportamiento del espacio y el tiempo en el macrocosmos) en un marco unificado.
- Hasta ahora, estas dos teorías no son totalmente compatibles, especialmente cuando se consideran distancias muy pequeñas (escala de Planck) o gravedad muy fuerte (por ejemplo, agujeros negros). La teoría de cuerdas podría ser una «fórmula universal» en la que ambas se fusionaran.
- Existen diferentes variantes de la teoría de supercuerdas, por ejemplo, el tipo I, el tipo IIA, el tipo IIB y las teorías heteróticas (E₈×E₈ y SO(32)), que se diferencian en el tipo de cuerdas (abiertas/cerradas), el número de supersimetrías y las propiedades.
- Actualmente, todavía no hay pruebas experimentales que confirmen de forma inequívoca la teoría de cuerdas. Hasta ahora no se han encontrado partículas supersimétricas asociadas, ni se han detectado dimensiones adicionales medibles.
- Muchas de las estructuras matemáticas, compactificaciones y selecciones de la variedad de Calabi-Yau son objeto de intensa investigación, y sus efectos en fenómenos físicos observables son aún hipotéticos.
