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La teoría de cuerdas es, quizá, una de las teorías más ambiciosas de la ciencia moderna. Pero... ¿en qué consiste? ¿cuál es su propósito? 
Para poder explicar la teoría de cuerdas, es necesario remontarse hasta 1919 y, en concreto, a un físico alemán: Theodor Kaluza
A este buen hombre, en aquella época, se le ocurrió una idea que sonaba bastante descabellada: el universo podría tener más de 3 dimensiones
Pero, ¿de dónde surgió este planteamiento? Tenemos que irnos un poquito más atrás, a 1907, y a un físico que seguro que te suena mucho más.
Seguro que ya conoces a Albert Einstein. A principios del siglo pasado, planteó su famosa teoría de la relatividad.
Si quieres leer más sobre ella, puedes hacerlo en este hilo (que escribí aquí):
La cosa es que, en su época, el proyecto de Einstein por entender la gravedad parecía no tener mucho sentido. A fin de cuentas ->
Newton, en el siglo XVII, ya nos había explicado el movimiento de los planetas, por qué caían las manzanas de los árboles, etc...
Pero Einstein buscaba un enfoque diferente. Quería entender cómo funcionaba la gravedad. ¿Cómo podía ser que el Sol, a 150 millones ->
de kilómetros de distancia de la Tierra, fuese capaz de ejercer su gravedad? ¿Cómo lo transmitía a través de un espacio vacío e inerte?
Podríamos decir que Einstein descubrió que el espacio, en ausencia de materia, es como una superficie completamente lisa.
Pero si hay algo en él, algo que tenga masa, el espacio se curva, y esa curvatura comunica la gravedad. Lo mismo se aplica a la Tierra.
Esta imagen sirve para ilustrar ambos casos. Imagina que la esfera del centro es el Sol o la Tierra y, la esfera que gira es ->
respectivamente, la Tierra o la Luna. Es la curvatura del espacio la que hace que el objeto se mueva a su alrededor. Como si siguiese ->
el camino a través de un valle. Esta imagen intenta ilustrar lo mismo con más de un objeto en el espacio-tiempo. Parece, simple, ¿no?
Sobre el espacio-tiempo, también hice un hilo en su momento, lo puedes encontrar aquí:
La idea de Einstein era elegante y funciona. Hizo que se convirtiese, seguramente, en uno de los grandes científicos de nuestra historia
El hallazgo de Einstein hizo que Kaluza comenzase a pensar... Ambos buscaban una teoría unificada (o una teoría del todo, es lo mismo)
Es decir, una teoría que fuese capaz de describir todas las fuerzas fundamentales del universo. Algo así como una ecuación maestra.
Kaluza entendió que Einstein había sido capaz de describir la gravedad como un conjunto de curvas y deformaciones en el espacio-tiempo.
Y decidió, ni corto ni perezoso, que quería intentar hacer lo mismo con la otra fuerza que se conocía en esa época: la electromagnética
En la actualidad conocemos más, pero la fuerza electromagnética es, básicamente, la responsable de cosas como la electricidad o ->
la atracción magnética. Kaluza pensó que podría hacer lo mismo. Explicar la fuerza electromagnética como curvas y deformaciones...
Pero... ¿en qué? Einstein ya había usado el espacio-tiempo para explicar la gravedad. ¿Qué otra cosa podía ser la responsable de ->
transmitir la fuerza electromagnética? No parecía haber nada más. Salvo que Kaluza propuso que podía haber dimensiones extras.
Es decir, para poder describir una fuerza más, quizá era necesario añadir una dimensión más al universo. Es decir, 4 dimensiones físicas ->
y el tiempo (que siempre tratamos como una dimensión más aunque en el hilo no la mencione constantemente). Lo más curioso es que, ->
cuando se puso a escribir las ecuaciones que explicaban esas curvas y deformaciones de un universo de 4 dimensiones (en vez de 3) ->
se encontró con las mismas ecuaciones de Einstein para la gravedad... (lo cual no debería ser sorprendente). Y una más...
Una ecuación que era, exactamente, la misma que los científicos ya conocían para describir la fuerza electromagnética.
Pero claro, que las ecuaciones cuadren no quiere decir que Kaluza diese con la llave. Porque, cabe preguntarse otras cosas...
Si el universo tiene más dimensiones... ¿dónde están? No las podemos ver a nuestro alrededor. Y, del mismo modo, ¿esta teoría funciona ->
si la aplicamos con detalle a todo lo que nos rodea? La respuesta a la primera pregunta llegó solo unos años después, en 1926...
Se le ocurrió a un físico sueco. Oskar Klein (y he sido incapaz de encontrar una imagen en una resolución decente, lo siento).
En cualquier caso, Klein sugirió que quizá haya dos tipos de dimensiones. Unas grandes y fáciles de ver, y otras mucho más pequeñas...
rizadas y enrolladas sobre sí mismas. Tan pequeñas que, a pesar de estar alrededor nuestro en todas partes, no podemos verlas.
El razonamiento puede parecer difícil de entender, pero tiene su sentido. Imaginemos que tenemos un cable, visto desde la distancia.
Podríamos decir, sin dificultad, que desde nuestra perspectiva, el cable es un objeto unidimensional para nosotros. Pero no es así.
Sabemos que tiene algo de grosor y altura. Es más. Para las hormigas, ese grosor y altura son perfectamente accesibles.
Para ellas, el cable es un objeto completamente tridimensional. Así que la idea de Klein viene a ser algo parecido, solo que en una escala >
muchísimo más pequeña, que lo que podemos imaginar. De tal manera que, si fueses una hormiga increíblemente pequeña, podrías ->
moverte por la escala más pequeña del espacio-tiempo y ver esas dimensiones extra, enrolladas sobre sí mismas, como el grosor de ese cable
Así que la primera pregunta podría tener una respuesta que parece bastante plausible. Pero... ¿y la otra pregunta?
¿Funciona la idea de Kaluza si la aplicamos al mundo real? La respuesta es que no. En aquella época, con el conocimiento que tenían ->
con el trabajo de Kaluza, Einstein y otros científicos, descubrieron que no eran capaces de obtener cosas como la masa de un electrón.
Así que esta idea de explicar el universo con una teoría unificada fue cayendo en el olvido a mediados del siglo XX (hacia los años 40).
Pero no llegó a caer en el olvido. En las últimas décadas del siglo XX, volvió a resurgir de una forma diferente: la teoría de supercuerdas
La teoría de supercuerdas va un paso más allá de lo que pensaba Kaluza. Los científicos (y os hablo de científicos de nuestra época ->
de personas como Brian Greene, que están trabajando en este campo) se hicieron una pregunta relativamente simple...
¿cuál es el elemento más pequeño, indivisible, inseparable (y todos los "in" que se te puedan ocurrir) que componen el mundo que nos rodea?
Imaginemos que tenemos una pelota de fútbol, y que la observamos en su tamaño más pequeño posible. Es decir, vamos descendiendo...
y llegamos a los átomos. Probablemente sepas que los átomos no son la unidad más pequeña que podemos observar. Los átomos están formados ->
por partículas aún más pequeñas. En su nivel más esencial, tenemos fermiones y bosones. No voy a hablar de qué son. Pero sí diré que ->
un protón, por ejemplo, está compuesto de quarks (un tipo de fermión). Concretamente, dos quarks arriba y un quark abajo.
El neutrón está formado por un quark arriba y dos quarks abajo. La cosa es, no hemos sido capaces de observar más allá del quark.
Es decir, en el quark es donde termina lo que sí conocemos. Pero aquí, la teoría de cuerdas nos lleva un pasito más allá.
En ella, se plantea que en el interior de los quarks hay algo así como un filamento de energía que vibra. Una cuerda, básicamente
Esas cuerdas, de una forma parecida a las cuerdas de un instrumento musical, pueden vibrar de diferentes maneras.
Del mismo modo que la cuerda de un instrumento musical produce diferentes notas musicales, las diferentes vibraciones de estas cuerdas ->
producen las diferentes partículas que vemos en el universo. Es decir, en ese nivel microscópico, esta sería la pieza básica ->
del universo. Sus vibraciones (en diferentes frecuencias) producen diferentes partículas, y esas partículas son lo que vemos en todas partes
Es una teoría muy elegante. Porque, si funciona, quiere decir que tanto las partículas de la materia como las de las fuerzas fundamentales >
tienen un mismo origen. Todas tendrían en común esas cuerdas vibratorias. Así que, en un arrebato de locura, o genialidad, pasamos de ->
intentar explicar las fuerzas fundamentales con una única teoría en los años 50... a intentar explicarlo todo en los años 90.
Todavía no tengo claro si es una locura o una genialidad. Pero en cualquier caso, para ver si esta idea tiene sentido hay que probarla
Las matemáticas de esta teoría de supercuerdas no funcionan en un universo con tres dimensiones. Tampoco con cuatro (como el de Kaluza)
Ni con cinco, ni seis, ni siete... Hay que subir hasta las 10 dimensiones físicas (y una temporal). Es el único universo en el que funciona.
Y si ya es difícil imaginar cuatro dimensiones físicas, os invito a no intentar imaginar diez. Da un dolor de cabeza terrible.
Pero si de verdad queréis sufrir un poco, esto podría ser una representación de esas dimensiones extra, pequeñas y apelotonadas entre sí.
De momento espero que el hilo no esté siendo demasiado difícil de entender. Pero ahora es donde empieza lo realmente complicado...
¿Qué propósito podrían tener esas dimensiones extra? Científicos como Greene creen que esas dimensiones extra podrían ser una respuesta.
Hay una gran pregunta en la física que todavía no tiene respuesta. Podemos decir que nuestro universo se rige por varios números.
Cosas como la masa de una partícula, la fuerza de la gravedad, la velocidad de la luz.. Hemos medido todos esos números con gran precisión
Pero... ¿por qué tienen esos valores exactamente? ¿Por qué la luz viaja a casi 300.000 km/s? ¿Por qué la gravedad tiene esa intensidad?
Esas dimensiones extra, y la forma que tuviesen, si es que existen (que no es algo que esté ni mucho menos comprobado) podrían determinar ->
cómo vibran las cuerdas de esta teoría. Y, si fuese así, la forma del universo, sumando todas esas dimensiones, es la que nos diría ->
por qué el universo es como es. Es una pregunta muy importante. Imagina que tuviese una máquina en la que pudieses ajustar esos parámetros
Lo primero de todo, es que ni de broma te dejaría tocarla. De hecho, ni siquiera yo la tocaría. Porque cambiar cualquiera de esos valores ->
por poco que sea, nos lleva a un universo en el que, probablemente, no existiría la vida (así que ni de broma).
Es sorprendentemente fácil, con tocar un poco esos valores, producir un universo absolutamente incompatible con la vida. Quizá, incluso ->
incompatible con su propio funcionamiento (un universo que nunca llegase a tener un Big Bang, por ejemplo). ¿A que ya no suena tan molón?
No menciono el universo por casualidad. La teoría de cuerdas nos dejaría explicar cosas como qué pasa en la singularidad de un agujero negro
O qué sucedió antes del Big Bang (la teoría de cuerdas plantea que el Big Bang pudo ser el resultado de una colisión o fusión de universos)
Eso abre la puerta a la existencia de otros universos. Es decir, a un multiverso: algo de lo que también hablé aquí:
La teoría de cuerdas podría permitirnos cosas como usar un agujero de gusano para viajar a otros universos. (pero esto es un gran "quizá")
El caso es que, de ser así, en un futuro lejanísimo, nos podría permitir escapar del destino último del universo:
Así que la teoría de cuerdas podría darnos una forma de viajar a otro universo. Uno que, en ese futuro tan lejano, podría permitir ->
que la vida siga avanzando. En un cosmos nuevo, diferente al que conocemos. Pero volvamos al presente, ¿cómo sabemos si la teoría funciona?
El Gran Colisionador de Hadrones (en Suiza) podría darnos la respuesta. La esperanza de los físicos es que, allí ->
donde se hace colisionar dos haces de protones con una energía altísima, se pueda observar qué sucede cuando se libera esa energía
Si hacemos chocar dos haces con una energía altísima (moviéndose casi a la velocidad de la luz) y la medimos, podemos comparar la energía
antes y después de la colisión. Si después de la colisión resulta que tenemos menos energía de la que había antes de la colisión ->
la conclusión es que parte de esa energía habría escapado a esas dimensiones extra. De momento, no se ha observado ese resultado.
No quiere decir que la teoría de cuerdas esté descartada, ni mucho menos. Porque quizá no hayamos usado toda la energía necesaria para ->
provocar ese fenómeno. Quizá suceda solo en colisiones con más energía. Aunque, como digo, de momento no se ha visto ese fenómeno.
La respuesta, en cualquier caso, es posible que la tengamos en el curso de nuestras vidas. Algo que no es demasiado común.
Si no es así, si no tenemos una teoría unificada, tampoco será un drama. Quizá tardemos décadas en descubrir una teoría del todo. O siglos.
Pero la aventura que nos llevará hasta ella nos dará muchas respuestas, y muchas otras preguntas a las que responder. Es decir, más ciencia.
¡Fin del hilo!
¡Ya está el hilo disponible como Momento de Twitter!
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