Teoría de cuerdas y el sueño inalcanzable de Einstein: la unificación de las cuatro fuerzas

Quiero hacerte una pequeña pregunta: ¿cómo me describirías el universo?

No conozco tu respuesta, pero me atrevo a decir que me llenarías unas cuantas pizarras con varias teorías sobre el universo que encontrarías en tus libros o en Wikipedia.

Albert Einstein, sin embargo, buscaba una sola teoría que describiera el funcionamiento de todo el universo. De hecho, siempre llevaba una libreta encima en la que buscaba las ecuaciones que conocemos como la teoría del todo.

Estaba convencido de que se encontraba muy cerca del descubrimiento más importante de la historia, pero su tiempo se acabó antes de alcanzar su sueño.

Ahora, casi medio siglo después, la teoría armonizadora se ha convertido en la quimera de la física moderna, y quizás podamos alcanzar el sueño de Einstein con unos nuevos conceptos que se definen como la teoría de cuerdas.

¿Qué es todo esto de la teoría de cuerdas?

La teoría de las cuerdas dice que podríamos estar viviendo en un universo en el que la realidad coincide con la ciencia ficción. Un mundo de 11 dimensiones con universos paralelos muy cercanos.

Y ahora tú, al igual que yo, te preguntas: ¿qué c**o hago yo con 11 dimensiones si ni siquiera soy capaz de entender 4 dimensiones?

El concepto básico de la teoría de cuerdas asegura que todo en nuestro universo, desde la partícula más pequeña a la estrella más lejana, está compuesto por unos minúsculos hilos de energía llamados cuerdas. Igual que las cuerdas de un violonchelo pueden crear una gran variedad de notas musicales estos hilos vibran de numerosas maneras para formar todos los componentes de la naturaleza.

Esto, en pocas palabras, es lo que viene a decirnos esta teoría de cuerdas que a más de un científico le ha asegurado una visita al psicólogo.

Pero no obstante, esto no acaba aquí. Como puedes adivinar, las teorías que en su día postuló Einstein son mucho más complejas de lo que parecen.

Y es que son cuatro los conceptos fundamentales que existen tras ello. Por ello, vamos a ir analizando uno por uno.

Las 4 fuerzas que sustentan la teoría de las cuerdas

Todo comenzó con una manzana cayendo al suelo

Muchos años antes de viviera Einstein, la búsqueda de la unificación comenzó con el accidente más famoso de la ciencia. La anécdota cuenta que un día de 1665 un joven estaba sentado debajo de un árbol, cuando de repente cayó una manzana. El desprendimiento de aquel fruto sirvió para que Isaac Newton evolucionara nuestro concepto del universo.

Newton aseguró que la fuerza que atraía las manzanas hacia el suelo y la que mantenía a la luna en la órbita terrestre no eran sino la misma. En un solo paso Newton había unificado el cielo y la tierra en una teoría que llamó gravedad.

A principios de siglo XIX un empleado de una oficina de patentes suiza lo cambió todo. Albert Einstein reflexionaba sobre el comportamiento de la luz, pero no sabía que sus cavilaciones le llevarían a resolver el misterio de Newton acerca de lo que es la gravedad. A los 26 años, Einstein descubrió que la velocidad de la luz es una especie de límite cósmico que nada en el universo puede superar.

Einstein supuso que la luz es una sustancia especial que prefiere viajar a una misma velocidad finita. Esta simple suposición tiene un profundo impacto en la física. Gracias a esto sabemos que el espacio y tiempo se combinan cuando un objeto o una onda viaja a velocidades tan altas como la luz, velocidad límite incapaz de superar. Einstein había descubierto la unidad del “cuando” y el “donde” en una entidad llamada espacio-tiempo.

Él fue más allá, supo ver que el campo gravitacional generado por un objeto con peso se distribuye por todos los puntos de ese espacio-tiempo.

Interacción electromagnética

¿Sería posible comprobar que la gravedad y el electromagnetismo, son parte de una fuerza única y más grande?

Einstein supuso entonces que la luz podía partirse en paquetes en los que se almacena la energía y que esta dependía del color de la luz de cada.

Estos fotones pueden ser tan energéticos que son capaces de liberar a los electrones (partículas con carga negativa) que están atados a los átomos de los metales, produciendo corriente.

Hasta ese momento la luz había sido comprendida como una onda viajando en el campo electromagnético de Maxwell, no como partícula. Pero la descripción de Einstein del efecto fotoeléctrico no dada lugar a dudas, la luz estaba compuesta por partículas, similares a los electrones, que simultáneamente viajaba como onda. De esta manera unificó el concepto de onda y partícula, dando lugar a la mecánica cuántica.

Fuerza nuclear débil

Una partícula con carga débil es capaz de tragarse a otra y emitir otra tercera totalmente distinta a esta.

¿Por qué no nos desintegramos espontáneamente si toda la materia puede sufrir semejantes cambios?

La respuesta la podemos encontrar en la palabra débil. Por ejemplo, un aficionado al futbol no puede derribar un coche o destruir un estadio cuando su equipo pierde, pero si se juntan varios aficionados podrían llegar a conseguirlo. La fuerza de una sola persona no es suficiente para producir efectos drásticos, su fuerza es débil.

Lo mismo ocurre con la fuerza nuclear débil, que para producir una colisión entre neutrones y protones que dé lugar a un positrón se requiere de muchísimas partículas haciéndolo simultáneamente.

Sin embargo, sobra con una partícula con carga eléctrica para comenzar a producir efectos.

Otra analogía la podemos encontrar en personas sociales y tímidas. Alguien que sea tímido le costará muchísimo ligar, (a no ser que se suelte con el alcohol, pero eso ya son otros temas fuera de la ciencia) mientras que otro que sea más sociable no tendrá dificultad con dialogar con otras personas. La fuerza débil es tímida y por tanto las interacciones son poco frecuentes.

Fuerza nuclear fuerte

Una fuerza más sociable es la que conocemos como fuerza nuclear fuerte. Una carga fuerte es igual que un político en campaña electoral o un niño maleducado: no es posible escapar de él, una vez que nos atrapa nos ignora.

Los neutrones y protones están constituidos de quarks. Los quarks que poseen carga fuerte siempre vienen en grupos pequeños indivisibles. La atracción de ellos es tan grande que son capaces de atraer a los quarks de otras partículas. Los quarks atrapados dentro de un protón o neutrón pueden moverse con total libertad, como si no hubiese fuerza fuerte.

Pero escapar es imposible, ya que la atracción de la fuerza fuerte es 100 veces mayor que la repulsión electromagnética y billones de veces más potente que la débil.

Que supone la teoría de cuerdas

La teoría de cuerdas tiene profundas implicaciones en nuestra visión de la Naturaleza.

En la teoría de cuerdas, las distintas partículas son diferentes modos de vibración de un único tipo de cuerda. Es más, determinados modos de vibración corresponden a las partículas portadoras de las interacciones fundamentales. Por tanto, implica una unificación definitiva, donde todas las partículas y las interacciones reciben una explicación en términos de un solo tipo de objeto.

Agujeros negros, ¿el fluido de baja viscosidad más perfecto?

La temperatura de un agujero negro es de unos 2 billones de grados Celsius. Con lo que no hace que no nos sorprenda que éste pueda evaporarse como otros líquidos. Esto es precisamente lo que le ocurre a los agujeros negros en las tres dimensiones espaciales.

El espacio-tiempo es considerado como plano en nuestra percepción, y cinco de las dimensiones extras están compactadas en una esfera. En la dimensión restante el espacio es curvado. La evaporación no ocurre en esta dimensión, porque a medida que las partículas son radiadas del fluido, golpean el borde curvado de la dimensión y son rebotadas de nuevo hacia el agujero negro.

Aunque la temperatura extrema de un agujero negro le haría convertirse en un sitio inhabitable para los seres vivos, su viscosidad que es bastante baja le haría ser un buen lugar para practicar la natación. Pero cuanto más pequeño es un organismo, más viscoso le parecerá que es un fluido.

Conclusiones

La teoría, sin embargo, no explica quién hace vibrar las cuerdas y quién las creó, tampoco explica de qué están compuestas las cuerdas, al menos de momento.

Sin embargo, no debe olvidarse nunca que para conocer de forma neutra la realidad sería necesario que el ser humano, un componente más de la misma, pudiese ser una pieza de la observación y no quien observe: la realidad es aquello que se explica mediante las Leyes Físicas sin necesidad de ningún observador.

Lo que trae de cabeza a los científicos es que la mecánica cuántica obliga contar con el “observador” (es decir, a nosotros)  para que sus Leyes puedan ser entendidas. Lo que significa que por primera vez, los científicos no pueden ser capaces de afirmar que el Universo es un gran reloj que funciona independientemente de su observador, los fenómenos mecano cuánticos exigen una presencia que los observe, exigen “interpretación”, exigen que el ser humano interactúe con la “realidad”.

Lo que yo quería conseguir con este post era por un lado haceros entender de manera sencilla algo tan complejo como es la teoría de cuerdas, o al menos intentarlo, ya que no sé cómo os habrá parecido. Y por otro lado motivaros para entrar en este mundo de la ciencia, que no sea todo estudiar para formarnos, sino más bien por cultura general.

Por otro lado también nos gustaría conocer las opiniones de nuestros lectores, porque la opinión de cada uno de nosotros importa. ¿En qué crees que ha influido Einstein en la actualidad?