La teoría de las cuerdas abarca en realidad un conjunto
complejo de teorías pues no es única sino que hablamos de muchas que tratan de
explicar la relación entre la teoría cuántica y la teoría de la relatividad.
Para aclarar esto debo decir que si la teoría de la relatividad se estudia en
todas sus consecuencias la teoría cuántica debe ser una falsedad y es válido lo
contrario también, es decir que si la teoría cuántica es correcta en todos sus
aspectos la teoría de la relatividad es falsa. Lo extraño para muchos es que
ambas son correctas explicando fenómenos diferentes, la relatividad en cuanto al
universo macroscópico (las galaxias, planetas, estrellas y demás astros)
mientras que la teoría cuántica explica lo que ocurre en el universo
microscópico (átomos, electrones, neutrones y demás partículas subatómicas).
El
problema básico en todo esto es que la teoría relativista se concentra en el
campo gravitatorio y la teoría cuántica en el campo electromagnético. Esta es la
razón por las que algunas veces la teoría de las cuerdas es llamada teoría del
campo unificado. Hay cierto error en ello porque no es la única, hay varias y la
primera fue la misma teoría cuántica que unificó el campo magnético con el campo
eléctrico, primero en forma teórica por James Clerk Maxwell y luego en forma
experimental por Heinrich Rudolf Hertz (unos veinte años después). Albert
Einstein, creador de la teoría de la relatividad, trató durante los últimos años
de su vida de unificar el campo electromagnético con el campo gravitatorio pero
nunca tuvo éxito, otra suerte semejante corrieron otros investigadores en el
área de la física teórica. A principio de la década de los 70 esto fue más que
evidente pues los cálculos matemáticos confirmaron que ambas teorías no podían
ser ciertas y nace una teoría que trata de explicarlo “la supergravedad” pero a
mediados de los 80 la teoría de las cuerdas toma su gran importancia y es
conocida como la primera revolución de la “teoría de las cuerdas”.
Al parecer la
teoría tiene sus orígenes en una generalización de la teoría de la relatividad
propuesta por Theodor Kaluza y retocada por Felix Klein ha eso de 1920. Es en
1974 cuando Jöel Scherk y John Schwuarz proponen la primera de las teorías de
las cuerdas. Seguiré el planteamiento propuesto por ellos y trataré de usar
ejemplos simples para darnos a comprender. Para entendernos bien en la física
tradicional las partículas subatómicas como el electrón o el protón se
consideran como objetos unidimensionales o puntuales (es decir demasiado
pequeños para tener un volumen) y debo recalcar es solo una consideración. Bien
vamos a imaginar que todo el universo que conocemos solo tiene dos dimensiones y
esto lo haría verse como una hoja de papel muy delgada, entonces los objetos
subatómicos se verían en efecto como puntos en esa hoja de papel.
Según la
teoría de las cuerdas nosotros no veríamos tales puntos sino más bien
filamentos, delgados hilos o “cuerdas” saliendo de la hoja de papel o saliendo
del plano que forma la hoja de papel para decirlo claramente. Esto explica el
porqué los objetos subatómicos se comportan como onda y como partículas pues son
“cuerdas” que vibran y dependiendo de como vibran entonces tenemos un protón o
un electrón. Volviendo a nuestro universo observable, se considera
tradicionalmente que tiene cuatro dimensiones: altura, profundidad, ancho y
tiempo. Para nuestro ejemplo yo eliminé dos de ellas pero está implícito que
debería existir una tercera al decir que las cuerdas se salen del plano de la
hoja de papel. Pues bien en la teoría de las cuerdas está implícito la
existencia de al menos otra dimensión que no podemos observar por alguna razón.
Y aquí es donde el modelo se complica pues para poder explicar el como vibran se
estas cuerdas se necesitan al menos 6 dimensiones no observables, dejándonos un
universo de 10 dimensiones en total y en los modelos más recientes se mencionan
hasta 26 dimensiones.
¿Porqué tantas dimensiones? Por que en la medida que se
generan respuestas a ciertos problemas matemáticos estos a su vez generan otros
y “añadiendo” nuevas dimensiones estos se resuelven, complicando aún más las
ecuaciones. No es de extrañar que ya muchos supongan que nuestro universo no
tenga un número finito de dimensiones y que esta misma idea nos lleve a suponer
la existencia de múltiples universos, cosa que muchas de las versiones de esta
teoría ya dan por un hecho. Ahora bien, si no nos duele la cabeza en este
instante, vamos a dar por sentado la existencia de tales dimensiones lo que nos
lleva a la pregunta: ¿Porqué no podemos verlas o percibirlas? Según los
teóricos, se debe a que estás dimensiones están “compactadas”, es decir son tan
pequeñas que solo se les podría observar si nuestra visión permitiera ver los
electrones como si fueran objetos muy grandes.
Aquí me toca pedir disculpas pues
mi ejemplo de la hoja de papel induce al error de imaginar esas dimensiones como
si fueran más grandes dada la ilusión óptica de que un objeto plano se ve más
pequeño que otro objeto tridimensional. Pero pensándolo bien tal vez la hoja de
papel no sea del todo mala idea, veamos el porqué: si uno toma una hoja de papel
(en este caso, nuestro ejemplo de un universo de dos dimensiones) y lo doblamos
apropiadamente (como cuando se hace “origami” ) podemos crear un cubo, es decir
partiendo de un objeto de dos dimensiones obtenemos otro de tres dimensiones. Si
observamos los pliegues que realizamos fueron hechos “hacia adentro” entonces en
teoría nuestro cubo se podría plegar hacia adentro una vez más y otra y otra
hasta obtener las 26 dimensiones que se mencionan, una aproximación de lo que es
un objeto de cuatro dimensiones visto o “proyectado”en tres dimensiones es el
“hipercubo” y otro sería la “botella de Klein”. Cualquiera se lo imaginaría como
un bodoque de papel pero en realidad nuestro cubo no cambiaría de forma aparente
como lo muestra el hipercubo, porque los pliegues hacia adentro no se pueden
observar, serían muy pequeños o estarían compactados como sugieren los teóricos
de las cuerdas.
Para imaginar como es que vibran estas cuerdas interactuando
entre dimensiones nos basta imaginar como funciona un teléfono de bramante (o
teléfono de cuerda). Para los que no lo saben un teléfono de bramante se hace
con dos latas o vasos de plástico en cuyo fondo se ha hecho un pequeño agujero,
por el que se pasa un hilo de bramante o cualquier otro hilo o cuerda fina y
para mantenerlo fijo se le hace un nudo en cada extremo. El hilo o cuerda debe
ser largo para apreciar el fenómeno. Dos personas toman los vasos y mantienen
tenso el hilo y una de ellas habla a través de un vaso mientras la otra escucha
en el otro. Uno de los vasos va a representar una dimensión y el otro otra. Al
vibrar la voz humana en uno de los vasos el hilo lleva esa vibración al otro
vaso. De manera similar ocurre la vibración de un objeto que trasmite la
vibración de dimensión en dimensión en la teoría de las cuerdas (recuerden que
las cuerdas son objetos).
También hay muchos detalles que modifican las diversas
versiones de la teoría, como por ejemplo si se trata de cuerdas abiertas o
cerradas, lo que veríamos como simples trozos de hilos o hilos cuyos extremos
están unidos; e incluso en las versiones actuales se asume que ambas
posibilidades pueden ocurrir en casos diferentes. Hay además serias objeciones
contra esta teoría, en especial a nivel experimental. Cuando Alber Einstein y
James Maxwell encontraron discrepancias entre sus cálculos y los experimentos
simplemente hacían unos “ajustes” que hacían coincidir unos con otros y dado que
estos ajustes básicos no se tenían que modificar luego para obtener nuevos
resultados correctos se daba por sentado que estaban bien. En la teoría de las
cuerdas se busca que tales correcciones no sean necesarias y es allí donde
aparecen los problemas, pues hay que hacer tales ajustes para que resultados y
cálculos coincidan. También ciertas predicciones que la teoría hace deben
cumplirse pero hasta ahora ninguna se ha podido demostrar.
Hay ciertas
confirmaciones indirectas, como la existencia de los monopolos magnéticos que
fueron confirmados en sustancias químicas a temperaturas muy bajas, cercanas al
cero absoluto donde se convierten las sustancias en supercondutoras. Pero esta
confirmación es indirecta, lo recalco, un monopolo debe aparecer por sí mismo
sin estar asociado a una sustancia para confirmar la teoría. Debo decir que
todavía no se han construido las herramientas necesarias para confirmar esta
teoría de manera experimental pero se trabaja en ello, por ejemplo el
Colisionador de Hadrones que recientemente se está probando en Suisa se supone
que tiene la capacidad de producir un monopolo magnético en alguno de sus
“choques”. Ahora bien, hasta en el marco teórico un monopolo sería un fenómeno
muy raro y esto sería una explicación simple del por que no se ha podido
observar ninguno.
Termino con una anécdota: tengo una amiga que es
bibliotecóloga y le pedí que si me hacía el favor de conseguirme algo sobre la
teoría de las cuerdas, ella me dijo que tenía lo que yo precisaba, lo que me
agradó mucho pero cuando me trajo el libro sobre el tema resultó ser un manual
de los “Exploradores” sobre como hacer nudos. Hace unos 15 o 20 años era difícil
que un profesor de ciencias en la secundaria o uno de física en la universidad
se detuviera a explicar con detalle la teoría de la relatividad o la mecánica
cuántica a personas neófitas en el tema pues lo consideraban “muy elevado”. Un
tanto ocurre hoy con esta teoría pero es pura ignorancia y algo de miedo al
tratar de encontrar una manera de simplificar estos conceptos. Opino que debemos
darnos a entender aunque fracasemos en el intento pero así se evitarían algunos
errores como el de mi amiga pues la información llegaría a más personas.
