83 El Universo y el hombre

     29 Teoría de cuerdas

La Teoría de cuerdas es un modelo de física teórica cuyo fin podría valer para unificar las diferentes teorías que explican el Universo. En ella se plantea la posibilidad de que las partículas subatómicas –es decir, electrones, fotones, quark o cualquier otra partícula del modelo estandar– no serían puntos de magnitud ínfima sino que estarían vibrando y, por tanto, formando un estado diferente. Ese “estado vibracional” le daría forma de filamento o cuerda. Tendríamos así que un electrón, sin estructura interna y sin dimensión, sería una cuerda minúscula en forma de lazo vibrando en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. El planteamiento de la Teoría de cuerdas consiste en que, según el modo de vibración, se establecería una partícula subatómica diferente.

    Pero la Teoría de cuerdas es solamente una hipótesis; no se sustenta en observaciones o en reacciones de la materia sometida a un determinado proceso. Es un marco teórico que se escapa por completo a la capacidad de los científicos para medirlo; incluso, ni siquiera para comprenderlo por completo.

Sabemos por la Teoría de la relatividad de Einstein que tanto el espacio como el tiempo pueden ser alterados cuando se someten a fuertes campos gravitatorios. El espacio puede curvarse y el tiempo puede frenarse cuando se está bajo la influencia de un gran poder de atracción gravitatoria o cuando se viaja a velocidades cercanas a las de la luz. ¿Pueden ser éstas otras dimensiones del Universo? En la película “Interstellar” se manejan estos conceptos de manera airosa.

Con la evolución de la teoría y la inclusión del principio de supersimetría, esta teoría se denominó Teoría de supercuerdas. Pero ¿cómo surgió y evolucionó?

En 1919 el físico alemán Theodor Kaluza se plantea que el

Theodor Kaluza

Universo podría tener más de tres dimensiones. Se inspiraba en otro físico alemán, Albert Einstein, que ya había planteado su famosa teoría de la relatividad. Einstein pretendía entender cómo funcionaba la gravedad del Sol para que influyera en la Tierra, a 150 millones de kilómetros de distancia, y cómo la transmitía a través del espacio. Su conclusión fue que la masa produce la curvatura el espacio, y ese espacio curvado transmite la gravedad, como agua que discurre por un valle.

Kaluza intentó hacer el mismo planteamiento con la otra fuerza que entonces ya se conocía: la electromagnética; fuerza que es responsable del dominio de la electricidad y de la atracción magnética; fundamentos de nuestro progreso actual. Se conocen también las otras dos fuerzas elementales: la fuerza fuerte y la fuerza débil. Con estas cuatro fuerzas funciona el Universo.

Para transmitir la fuerza electromagnética, Kaluza propuso que podría haber más dimensiones en el Universo. Para describir una fuerza más, quizás habría que añadir una dimensión más. Se tendría, por tanto, cuatro dimensiones físicas más el tiempo.

Oskar Klein

Surgía entonces la pregunta: si el Universo tiene más dimensiones, ¿dónde están? La respuesta llegaría en 1926 por parte del físico sueco Oskar Klein. Habría unas dimensiones grandes, fáciles de ver, y otras muy pequeñas, rizadas y enrolladas sobre sí mismas; imposibles de ver.

Después de estos planteamientos, la teoría de cuerdas decayó en las líneas de investigación durante más de medio siglo.

Basados en los estudios de estos planteamientos, a mediados de los años 80 resurgió esta teoría pero de una forma diferente: la Teoría de supercuerdas. Destaca entre otros el estadounidense Brian Greene, profesor de la Universidad de Columbia y destacado estudioso de la teoría.

Brian Green

Proponían estos físicos que en el interior de los elementos más pequeños de la materia, indivisibles –como quarks, leptones o bosones–, existe una forma de filamento que vibra. En esencia es una cuerda. Y las diferentes vibraciones de estas cuerdas producen las diferentes partículas que vemos en el Universo. Las matemáticas de esta teoría de supercuerdas necesitan de diez dimensiones más una temporal para que funcionen. Un auténtico desafío a la mente humana. Teoría aún en evolución.

Timm Wrase

De hecho, actualmente existe una importante controversia entre detractores y defensores de dicha teoría. El físico Timm Wrase, de la Universidad de Viena, y su equipo, de la Universidad de Columbia, sostienen que la Teoría de cuerdas está relacionada con la energía oscura, responsable de la expansión acelerada del Universo. Así mismo, postulan la posibilidad de que esta teoría podría agrupar en un único cuerpo teórico a todas las fuerzas de la naturaleza para poder describir el mundo físico al completo; desde las partículas más pequeñas hasta las estructuras más grandes del Universo. Todo un sueño para los físicos.

No sabemos qué sorpresas nos pueden deparar las nuevas hipótesis que se planteen. Con la misión Euclides, de la Agencia Espacial Europea, podrá medirse la expansión acelerada del Universo con mayor precisión, y comprobar experimentalmente algunos de los postulados de la Teoría de cuerdas.

Desde los años 80, cuando resurgió, ésta teoría ha excitado la fantasía y la creatividad de escritores de ciencia-ficción, y ha permitido efectuar muchas especulaciones jugando con sus contenidos.

Francisco Sáez Pastor

Universidad de Vigo