Hacía días que esperaba un día así. Bien dormido y descansado, la mente clara…
Bien, hoy parece ser el día. Hoy voy a intentar entender algo de la Teoría de Cuerdas. Proyecto eternamente aplazado.
De entrada, avanzar que no la entienden ni los físicos teóricos que han elaborado esta teoría. Y no es broma. Me explicaré.
Ya sabemos que la teoría de Newton fue falseada (utilizando palabras de Popper) por Einstein. Es decir Einstein demostró con la teoría de la relatividad que la teoría de Newton no explicaba de forma suficiente muchos fenómenos. Sabemos desde entonces que hay una cuarta dimensión: el tiempo. Y que la gravedad resulta de la curvatura del espacio y del tiempo. Tenemos cuatro dimensiones y nuestro cerebro aún puede llegar a entender esto.
Einstein primero concibió la teoría y después durante años trabajó para hallar la base matemática, es decir, las ecuaciones que soportasen la teoría. Sin embargo la evolución de la ciencia en el conocimiento del mundo inferior, el mundo atómico, o mejor dicho, cuántico, llevó a la verificación de que la teoría de la relatividad (y más la newtoniana) no se podía cumplir. Un ejemplo claro lo tenemos en la formula de la conocida ley de atracción de masas que todos hemos estudiado. La fórmula dice que la fuerza de atracción de dos cuerpos es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia. De esta forma si su distancia se va reduciendo aproximándose a cero, como ocurre en el mundo atómico, tendríamos fuerzas de atracción casi infinitas. Newton, preocupado por los planetas, ni se le ocurrió pensar en este problema. Esto se conoce como la singularidad 1/r2.
Por lo tanto el trabajo de estas últimas décadas en el mundo de la física ha estado orientado a encontrar la “teoría del todo”, que integre el mundo cuántico y la relatividad, aunque se piensa que si se encuentra no habrá forma de demostrar su corrección, ya que muchos fenómenos estarán más allá de nuestro alcance. Físicos/matemáticos han profundizado enormemente en el tema (los conocimientos del mundo cuántico han avanzado mucho) durante cuatro décadas y se ha llegado a las Teorías de Cuerdas. Si, en plural, porque hay cinco.
Vaya confusión. Cinco teorías y ninguna verificable. Y ese es el problema. Como estamos ante elucubraciones matemáticas y nada de estas teorías proviene del mundo de la experiencia, el problema es ¿cómo se verifican? Si una teoría no es verificable estamos ante una teoría filosófica y no física. ¿Estamos ante una diversión matemática o ante algo real?
Hace pocos años, en 1995, Ed Witten (al que podemos ver en la fotografía), al que podríamos calificar como la mente más avanzada en la matemática/física actual, estableció la teoría M. El propio Witten dice que la M es por “Magic, Mistery and Matrix” (ver su artículo así titulado). Hay quién opina que la M es la inicial de Witten al revés.
Witten logró demostrar que las cinco teorías son correctas y que en realidad son cinco enfoques sobre un mismo concepto. Es como una pared llena de espejos.
Hasta ese momento las diferentes teorías de cuerdas necesitaban establecer la existencia de 10 dimensiones. La teoría M, que unificaba las cinco, estableció una dimensión más. Por lo tanto tenemos 11 dimensiones. ¿Qué cerebro puede comprender 11 dimensiones? Nadie. Estamos ante una teoría opaca. La cosa se nos escapa. La capacidad para comprenderla es limitada.
Pero volvamos a la teoría. ¿Qué es una cuerda?
Todo en el Universo, incluidas fuerzas como la gravedad o el electromagnetismo, está formado por unos hilos de energía llamados cuerdas.
La teoría de cuerdas nos ha demostrado que el Universo es mucho más extraño de lo que imaginamos. No sólo estamos rodeados de dimensiones ocultas que no comprendemos.
Lo que consideramos nuestro universo es posiblemente una pequeña parte de algo mayor. Quizá vivamos en una membrana de tres dimensiones que flota en una dimensión mayor. Esto supone que puede haber muchas membranas y en cada membrana un universo paralelo.
Por lo tanto la teoría de cuerdas aporta objetos más grandes que las cuerdas: las membranas.
Aquí entra la dimensión que Witten añadió. Esta dimensión adicional permitiría que las cuerdas se estirasen para poder formar membranas. Si una membrana contase con la energía suficiente podría alcanzar un tamaño gigantesco, suficiente para dar cabida a un Universo como el nuestro.
Por lo tanto la teoría de cuerdas es cada vez más barroca. Ahora ya no se habla de cuerdas, se habla de membranas.
La existencia de membranas gigantes y dimensiones paralelas ofrece una sorprendente posibilidad. Podríamos imaginar todo esto como si viviésemos en una rebanada de pan (nuestra membrana) que sería nuestro universo (que estaría en un espacio con 11 dimensiones). En cada rebanada de pan habría un universo paralelo. Tendríamos vecinos. Pero cada universo puede tener leyes diferentes y ser algo inimaginable. ¿Podríamos contactar? ¿Estamos atrapados en nuestra rebanada?
En teoría sí. Las partículas de nuestro Universo no pueden abandonarlo. Pero fuerzas como la gravedad (que es una fuerza en teoría poderosa, pero en realidad débil y veremos porqué) puede ser que no estén limitadas a nuestra membrana.
Y ahora hablemos de otro concepto interesante: la forma de las cuerdas. Durante mucho tiempo se consideró a las cuerdas como encerradas. Ahora con la teoría M, el interés se dirige a otro tipo de cuerdas, ya que se cree que toda la materia se compone de cuerdas abiertas, y que sus extremos están sujetos a nuestra membrana tridimensional.
Pero las cuerdas cerradas también existen y una de sus variedades es la responsable de la gravedad: el Gravitón. Al formar un círculo cerrado no hay cabos sueltos que atar. Así que son libres de escapar hacia otras dimensiones. Esto es lo que diluye la fuerza de la gravedad haciéndola parecer más débil que el resto de fuerzas de la naturaleza.
Esto sugiere una intrigante posibilidad. Si vivimos en una membrana y no vemos otras, en teoría podríamos comunicarnos a través de la gravitación.¡Quién sabe!
¿Y cómo conectamos todo esto, por ejemplo, con la teoría del Big Bang.
Recuerdo que en el momento de la explosión inicial la materia estaba tan concentrada que debía tener una densidad tal que se cargaría todas las leyes de la física conocidas.
Nadie puede afirmar nada sobre que había antes del Big Bang .¿El vacío? ¿Pasamos de la nada a algo? Se plantean muchos problemas. ¿Los resuelve la teoría de cuerdas?
Bien. Hay defensores de la teoría de cuerdas que afirman que el Universo ha existido desde siempre.
El Big Bang según ellos se produciría por el choque de dos membranas. Dos universos paralelos entrarían en contacto. No lo consideran un acontecimiento extraño o especial. Se puede producir de forma continuada y en nuestro universo podría producirse de nuevo en el futuro. Pero nadie está seguro sobre lo que ocurre cuando chocan dos membranas. Las matemáticas no llegan ahí y todo son elucubraciones.
La batalla está en hallar algo que pueda indicar que no estamos ante una elucubración matemática. Los ciclotrones del FERMILAB y del CERN van como locos buscando huellas o señales de las huellas que prueben la existencia de las cuerdas.
En concreto están lanzando protones de átomos de Hidrogeno a la velocidad de la luz, buscando el choque de dos de ellos, de forma que cuando se produzca el impacto y se obtenga una lluvia de partículas subatómicas, se encuentre el Gravitón (o más bien su ausencia, lo que significaría su fuga a otra dimensión: sería el Gravitón evanescente).
Pero el Santo Grial de la física es la búsqueda de la Supersimetría y es la máxima prioridad, ya que es una de las predicciones principales de la teoría de cuerdas.
En resumen, todas las partículas subatómicas que conocemos como electrones, fotones o Gravitones, deben de tener un equivalente mucho más pesado que se denomina partícula S y que hasta ahora nadie ha visto. Su hallazgo es el sueño dorado de la física, aunque si se encuentra no se demuestra la teoría, pero nos indica que estamos en el camino correcto.
¿Y si no encuentran S? La física podría haber estado perdiendo el tiempo durante 20 años. Terrible.
Bien, hoy parece ser el día. Hoy voy a intentar entender algo de la Teoría de Cuerdas. Proyecto eternamente aplazado.
De entrada, avanzar que no la entienden ni los físicos teóricos que han elaborado esta teoría. Y no es broma. Me explicaré.
Ya sabemos que la teoría de Newton fue falseada (utilizando palabras de Popper) por Einstein. Es decir Einstein demostró con la teoría de la relatividad que la teoría de Newton no explicaba de forma suficiente muchos fenómenos. Sabemos desde entonces que hay una cuarta dimensión: el tiempo. Y que la gravedad resulta de la curvatura del espacio y del tiempo. Tenemos cuatro dimensiones y nuestro cerebro aún puede llegar a entender esto.
Einstein primero concibió la teoría y después durante años trabajó para hallar la base matemática, es decir, las ecuaciones que soportasen la teoría. Sin embargo la evolución de la ciencia en el conocimiento del mundo inferior, el mundo atómico, o mejor dicho, cuántico, llevó a la verificación de que la teoría de la relatividad (y más la newtoniana) no se podía cumplir. Un ejemplo claro lo tenemos en la formula de la conocida ley de atracción de masas que todos hemos estudiado. La fórmula dice que la fuerza de atracción de dos cuerpos es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia. De esta forma si su distancia se va reduciendo aproximándose a cero, como ocurre en el mundo atómico, tendríamos fuerzas de atracción casi infinitas. Newton, preocupado por los planetas, ni se le ocurrió pensar en este problema. Esto se conoce como la singularidad 1/r2.
Por lo tanto el trabajo de estas últimas décadas en el mundo de la física ha estado orientado a encontrar la “teoría del todo”, que integre el mundo cuántico y la relatividad, aunque se piensa que si se encuentra no habrá forma de demostrar su corrección, ya que muchos fenómenos estarán más allá de nuestro alcance. Físicos/matemáticos han profundizado enormemente en el tema (los conocimientos del mundo cuántico han avanzado mucho) durante cuatro décadas y se ha llegado a las Teorías de Cuerdas. Si, en plural, porque hay cinco.
Vaya confusión. Cinco teorías y ninguna verificable. Y ese es el problema. Como estamos ante elucubraciones matemáticas y nada de estas teorías proviene del mundo de la experiencia, el problema es ¿cómo se verifican? Si una teoría no es verificable estamos ante una teoría filosófica y no física. ¿Estamos ante una diversión matemática o ante algo real?
Hace pocos años, en 1995, Ed Witten (al que podemos ver en la fotografía), al que podríamos calificar como la mente más avanzada en la matemática/física actual, estableció la teoría M. El propio Witten dice que la M es por “Magic, Mistery and Matrix” (ver su artículo así titulado). Hay quién opina que la M es la inicial de Witten al revés.
Witten logró demostrar que las cinco teorías son correctas y que en realidad son cinco enfoques sobre un mismo concepto. Es como una pared llena de espejos.
Hasta ese momento las diferentes teorías de cuerdas necesitaban establecer la existencia de 10 dimensiones. La teoría M, que unificaba las cinco, estableció una dimensión más. Por lo tanto tenemos 11 dimensiones. ¿Qué cerebro puede comprender 11 dimensiones? Nadie. Estamos ante una teoría opaca. La cosa se nos escapa. La capacidad para comprenderla es limitada.
Pero volvamos a la teoría. ¿Qué es una cuerda?
Todo en el Universo, incluidas fuerzas como la gravedad o el electromagnetismo, está formado por unos hilos de energía llamados cuerdas.
La teoría de cuerdas nos ha demostrado que el Universo es mucho más extraño de lo que imaginamos. No sólo estamos rodeados de dimensiones ocultas que no comprendemos.
Lo que consideramos nuestro universo es posiblemente una pequeña parte de algo mayor. Quizá vivamos en una membrana de tres dimensiones que flota en una dimensión mayor. Esto supone que puede haber muchas membranas y en cada membrana un universo paralelo.
Por lo tanto la teoría de cuerdas aporta objetos más grandes que las cuerdas: las membranas.
Aquí entra la dimensión que Witten añadió. Esta dimensión adicional permitiría que las cuerdas se estirasen para poder formar membranas. Si una membrana contase con la energía suficiente podría alcanzar un tamaño gigantesco, suficiente para dar cabida a un Universo como el nuestro.
Por lo tanto la teoría de cuerdas es cada vez más barroca. Ahora ya no se habla de cuerdas, se habla de membranas.
La existencia de membranas gigantes y dimensiones paralelas ofrece una sorprendente posibilidad. Podríamos imaginar todo esto como si viviésemos en una rebanada de pan (nuestra membrana) que sería nuestro universo (que estaría en un espacio con 11 dimensiones). En cada rebanada de pan habría un universo paralelo. Tendríamos vecinos. Pero cada universo puede tener leyes diferentes y ser algo inimaginable. ¿Podríamos contactar? ¿Estamos atrapados en nuestra rebanada?
En teoría sí. Las partículas de nuestro Universo no pueden abandonarlo. Pero fuerzas como la gravedad (que es una fuerza en teoría poderosa, pero en realidad débil y veremos porqué) puede ser que no estén limitadas a nuestra membrana.
Y ahora hablemos de otro concepto interesante: la forma de las cuerdas. Durante mucho tiempo se consideró a las cuerdas como encerradas. Ahora con la teoría M, el interés se dirige a otro tipo de cuerdas, ya que se cree que toda la materia se compone de cuerdas abiertas, y que sus extremos están sujetos a nuestra membrana tridimensional.
Pero las cuerdas cerradas también existen y una de sus variedades es la responsable de la gravedad: el Gravitón. Al formar un círculo cerrado no hay cabos sueltos que atar. Así que son libres de escapar hacia otras dimensiones. Esto es lo que diluye la fuerza de la gravedad haciéndola parecer más débil que el resto de fuerzas de la naturaleza.
Esto sugiere una intrigante posibilidad. Si vivimos en una membrana y no vemos otras, en teoría podríamos comunicarnos a través de la gravitación.¡Quién sabe!
¿Y cómo conectamos todo esto, por ejemplo, con la teoría del Big Bang.
Recuerdo que en el momento de la explosión inicial la materia estaba tan concentrada que debía tener una densidad tal que se cargaría todas las leyes de la física conocidas.
Nadie puede afirmar nada sobre que había antes del Big Bang .¿El vacío? ¿Pasamos de la nada a algo? Se plantean muchos problemas. ¿Los resuelve la teoría de cuerdas?
Bien. Hay defensores de la teoría de cuerdas que afirman que el Universo ha existido desde siempre.
El Big Bang según ellos se produciría por el choque de dos membranas. Dos universos paralelos entrarían en contacto. No lo consideran un acontecimiento extraño o especial. Se puede producir de forma continuada y en nuestro universo podría producirse de nuevo en el futuro. Pero nadie está seguro sobre lo que ocurre cuando chocan dos membranas. Las matemáticas no llegan ahí y todo son elucubraciones.
La batalla está en hallar algo que pueda indicar que no estamos ante una elucubración matemática. Los ciclotrones del FERMILAB y del CERN van como locos buscando huellas o señales de las huellas que prueben la existencia de las cuerdas.
En concreto están lanzando protones de átomos de Hidrogeno a la velocidad de la luz, buscando el choque de dos de ellos, de forma que cuando se produzca el impacto y se obtenga una lluvia de partículas subatómicas, se encuentre el Gravitón (o más bien su ausencia, lo que significaría su fuga a otra dimensión: sería el Gravitón evanescente).
Pero el Santo Grial de la física es la búsqueda de la Supersimetría y es la máxima prioridad, ya que es una de las predicciones principales de la teoría de cuerdas.
En resumen, todas las partículas subatómicas que conocemos como electrones, fotones o Gravitones, deben de tener un equivalente mucho más pesado que se denomina partícula S y que hasta ahora nadie ha visto. Su hallazgo es el sueño dorado de la física, aunque si se encuentra no se demuestra la teoría, pero nos indica que estamos en el camino correcto.
¿Y si no encuentran S? La física podría haber estado perdiendo el tiempo durante 20 años. Terrible.
Witten escribió un artículo (Unravelling string theory) en la revista Nature recientemente (dic 2005), muy didáctico.
Por cierto, lo que daría yo por saber un huevo de todo esto, y estar en el CERN intentando encontrar el Gravitón. Utilizaría mi cerebro. Todo un sueño.
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