en pocas palabras

El concepto opuesto a lo convencional fue originariamente planteado en los años 60 y 70, mediante la utilización de cadenas como modelo para datos provenientes de colisionadores subatómicos en Europa, según informa un sitio web creado por la Universidad de Oxford en conjunto con la Royal Society Británica, enfocado en la teoría de cuerdas. Estas cuerdas presentaron una solución matemática sofisticada para describir la fuerza fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo, encargada de mantener unidos los núcleos atómicos.

Explorando los fundamentos de la Teoría de cuerdas

La Teoría de Cuerdas es una teoría que busca resolver uno de los grandes misterios de la física teórica actual y crear una teoría unificadora que englobe todos sus campos en una sola. En otras palabras, pretende ser la "teoría del todo".

Esta propuesta científica y modelo fundamental sostiene que las partículas materiales, como los bloques básicos del átomo, en realidad son estados vibracionales de una "cuerda" o "filamento".

Según la Teoría de Cuerdas, el espacio-tiempo cuenta con muchas más dimensiones de las que podemos percibir (exactamente once). Por lo tanto, estas "cuerdas" fundamentales pueden vibrar de múltiples maneras en todas estas dimensiones.

Desentrañando misterios

La teoría de cuerdas es una propuesta para alcanzar una teoría del todo, un modelo que abarcara todas las partículas y fuerzas conocidas y reemplazara al modelo estándar de la física, el cual explica todo excepto la gravedad. Muchos científicos creen en esta teoría debido a su belleza matemática. Sus ecuaciones son descritas como elegantes y sus explicaciones del mundo físico son consideradas altamente satisfactorias.

La teoría explica la gravedad a través de una cuerda vibrante en particular, cuyas características se corresponden con las del hipotético gravitón, una partícula mecánica cuántica que transportaría la fuerza gravitatoria. A pesar de que esta teoría requiere once dimensiones en lugar de las tres dimensiones del espacio y una del tiempo que normalmente experimentamos, esto no ha desanimado a los físicos que la apoyan. Según la NASA, simplemente describieron cómo las dimensiones adicionales se encuentran en un espacio extremadamente pequeño, del orden de 10^-33 centímetros, lo suficientemente pequeño como para que normalmente no puedan ser detectadas.

Los investigadores han utilizado la teoría de cuerdas para intentar resolver preguntas fundamentales sobre el universo, como por ejemplo lo que ocurre en el interior de un agujero negro, o para simular procesos cósmicos como el Big Bang. Además, algunos científicos han tratado de utilizar esta teoría para controlar la energía oscura, una fuerza misteriosa que acelera la expansión del espacio y el tiempo.

Debate en torno a la teoría de las cuerdas

La teoría de cuerdas ha sido planteada como una posible solución innovadora a los desafíos más complejos de la física natural. Sin embargo, no está exenta de limitaciones notables. Una de ellas es que solo es aplicable en un espacio-tiempo de 11 dimensiones.

Además, las predicciones que se derivan de esta teoría no han podido ser lo suficientemente específicas para ser sometidas a pruebas experimentales. De hecho, para muchos, esta teoría es tan ambiciosa y amplia que resulta difícil de corroborar o refutar científicamente, lo que la ha llevado a ser considerada, en ocasiones, como pseudociencia.

La autora de "Teoría de cuerdas", Estefania Coluccio Leskow, residente de Argentina, destaca estos aspectos en su artículo para Concepto.de. Publicado el 15 de julio de 2021, está disponible en la dirección web https://concepto.de/teoria-de-cuerdas/ y ha sido editado por última vez ese mismo día. Consultado por última vez el 18 de octubre de 2023.

Desenmascarando el misterio de las anomalías

Análogamente, en la teoría de cuerdas también existen simetrías. Se dice que la física descrita por esta teoría no dependerá de cómo se eligieron las coordenadas en la superficie del Universo. Por lo tanto, se puede afirmar que la teoría es invariable ante la elección de coordenadas.

De esta manera, se ha encontrado que el concepto de invariancia es relevante en la física. Por ejemplo, la teoría de la gravitación de Einstein es invariante ante un cambio en las coordenadas del espacio-tiempo, mientras que las teorías de calibre lo son ante un cambio en el calibre.

Si incorporamos leyes cuánticas en la teoría de cuerdas, se revelará aún más la importancia de las simetrías y la invariancia en la física. Por consiguiente, la comprensión de estos conceptos es esencial para entender la teoría de cuerdas y su relación con otras teorías en la física.

Comparación entre la teoría de cuerdas y la cromodinámica cuántica

En el transcurso de los años, surgió una teoría rival: la cromodinámica cuántica. Los experimentos exitosos realizados con los aceleradores SLAC de Stanford en 1969, junto con la demostración de la libertad asintótica en 1973, impulsaron la prevalencia de la cromodinámica cuántica. Como resultado, la mayoría de los físicos abandonaron los modelos duales, con solo unos pocos excepcionales.

Fue en 1975 que los físicos Joël Scherk y John Schwarz llevaron a cabo una demostración impactante: la teoría de cuerdas contiene una partícula de spin 2 y masa cero, que podría ser el gravitón. Esta revelación revolucionaria cimentó aún más el éxito continuo de la teoría de cuerdas.

Teoría de cuerdas heteróticas

En 1984, John Schwarz y Michel Green presentaron un modelo coherente de la teoría de cuerdas que incluía la violación de la paridad y no mostraba ninguna anomalía en un espacio-Tiempo de 10 dimensiones*. Este logro revitalizó el interés por la teoría de cuerdas en la comunidad científica de la física en 1985, cuando Edward Witten demostró que podía reducirse el número de dimensiones a 4 manteniendo la supersimetría. Esto era posible siempre que las 6 dimensiones adicionales pudieran compactarse en un espacio especial conocido como Calabi-Yau*. Ese mismo año...

La teoría de cuerdas no solo atrae a físicos, sino también a matemáticos. De hecho, su formalismo matemático es complejo y heterogéneo, presentando ciertos puntos de convergencia entre diferentes ramas de las matemáticas*. Esto se debe a que los teoremas de una rama en particular se pueden comprobar utilizando herramientas de otra rama.

A diferencia de la teoría cuántica de campos, donde las partículas se describen como puntos, en la teoría de cuerdas una partícula se forma a partir de una cuerda de dimensiones extremadamente pequeñas*. Esta característica es fundamental en la teoría de cuerdas, ya que permite explicar fenómenos físicos a nivel subatómico de manera más precisa.

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El concepto fundamental de la teoría de cuerdas una explicación exhaustiva

En la teoría de campos, una partícula en movimiento traza una línea, sin embargo, en la teoría de cuerdas, traza una superficie bidimensional en forma de tubo. Esta superficie es conocida como la superficie del Universo y en ella se definen campos abstractos que conforman las coordenadas del espacio-tiempo. El número de campos en esta superficie determina las dimensiones del espacio-tiempo. Por lo tanto, se puede afirmar que la supersimetría juega un papel fundamental en las teorías de cuerdas, ya que garantiza la estabilidad de la teoría.

En la teoría cuántica de campos, los diagramas de Feynman representan las interacciones entre partículas mediante líneas que se cruzan en un punto. Sin embargo, en la teoría de cuerdas, estos diagramas se transforman en una red de tubos entrelazados. Esto se debe a que en la teoría de cuerdas, las interacciones ya no se describen en términos de puntos, sino de superficies bidimensionales. Gracias a esto, se evitan los resultados infinitos que suceden en la teoría cuántica de campos cuando se consideran las interacciones en un punto.

A pesar de las diferencias entre la teoría de cuerdas y la teoría cuántica de campos, aún no se puede afirmar que una sea mejor que la otra. A día de hoy, seguimos sin contar con una prueba matemática que valide plenamente la teoría de cuerdas. Por lo tanto, aún queda mucho por descubrir y entender sobre estas teorías. Sin embargo, lo que es indudable es que la teoría de cuerdas ha revolucionado nuestra comprensión del Universo y ha introducido conceptos y marcos matemáticos muy abstractos y complejos en el estudio de la física.