HABLEMOS DE LA TEORÍA DE CUERDAS

Si estás más o menos interesado en el mundo de la física, habrás oído hablar de la teoría más reconocida mundialmente en este campo, la teoría de cuerdas.
La teoría de cuerdas o la teoría que intenta englobar todas las partículas elementales que rigen este universo bajo unas mismas leyes.
Por supuesto cuando hablamos de partículas elementales, estamos hablando tanto de las partículas que forman la materia (electrones, neutrinos y algunos quarks) como de las partículas que forman las fuerzas elementales, fuerza gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil (gravitón, gluon, bosón W, bosón Z y fotón).
Si estás interesado en saber más sobre las partículas elementales, hice una entrada hace poco en mi blog, te dejo el enlace:PARTÍCULAS ELEMENTALES

Bien, dicho esto, voy a intentar hacer un pequeño repaso muy simple y rápido sobre esta teoría.

La teoría de cuerdas como acabamos de comentar intenta unificar todas las partículas elementales bajo unas mismas leyes que podamos estudiar para comprender más fácilmente toda la realidad, pero comenzó bajo un intento de englobar todas las fuerzas elementales bajo las mismas normas.
El problema radica en una partícula encargada de una fuerza elemental, esta fuerza es la gravedad y la partícula es denominada gravitón.

Mientras todas las demás partículas encargadas de las fuerzas elementales se pliegan a la mayoría de las leyes cuánticas, el gravitón, la partícula encargada de la gravedad, parece ir por libre, no acepta ninguna ley que le relacione con las demás partículas.
Esto, por supuesto, implica que la gravedad también decida ir por libre y trastocarnos la mayoría de las leyes cuánticas establecidas, el ejemplo claro es el de Einstein y su teoría de la relatividad.
Esta teoría de la relatividad tiene dos variantes, la teoría especial de la relatividad, siendo la más conocida por todos, y la teoría general de la relatividad, donde incorpora la gravedad a sus cálculos, esa gravedad que se escapa a todas las leyes normales cuánticas.

Teoría especial de la relatividad

Teoría general de la relatividad

Así que para intentar unir todas las fuerzas elementales bajo unos mismos criterios se propusieron diversas teorías, y una de ellas fue la que comentó que las partículas elementales no tenían porqué ser objetos puntuales, sino que podían ser objetos extensos, esta tomó protagonismo como la teoría del todo más importante del momento, pasemos a hablar más sobre ello.

Quiero decir, antes de seguir con la entrada, que esta teoría no se ha confirmado todavía experimentalmente, es una teoría sobre la que se está trabajando, que aporta además nuevos conocimientos sobre los que centrarse a expensas del trabajo global de la teoría.
También he de decir que la teoría de cuerdas no es una teoría única sino que existen 5 realizaciones de la misma, pero que sin embargo vienen a explicar lo mismo solo que de distintas maneras, cambiando alguna de sus características podemos pasar de una teoría a la otra.

Bien, dicho esto, vamos a pasar a ver los tres "ingredientes" fundamentales para entender esta teoría.

La cuerda: Un filamento diminuto que, dependiendo de su vibración, genera cada una de las partículas que conocemos.
Recordemos que en el mundo cuántico y gracias a la dualidad onda-corpúsculo de De Broglie, una onda con una frecuencia determinada puede existir también como partícula.
Así que todos los componentes de la realidad, saldrían del mismo objeto, la cuerda.
Además también explicamos cómo las partículas interaccionan, ya que en algún modelo, las partículas del modelo estándar, las que todos conocemos estarían hechas por cuerdas abiertas mientras que el gravitón, la ilusiva partícula encargada de la gravedad formaría una cuerda cerrada.
Dos cuerdas abiertas pueden combinarse para dar lugar a una cuerda abierta conjunta, o esta separarse en dos cuerdas abiertas. También una curda abierta puede plegarse de modo que emita una cuerda cerrada, así sería cómo la materia emite gravitones, cómo crea campos gravitacionales.

Las cuerdas son elementos muy muy pequeños, tan pequeños que ningún aparato actual ha logrado detectarlas, de hecho, quizá sean tan pequeñas que tengamos que buscar rastros de ellas en el universo primitivo, donde la energía era tan brutalmente alta, que podían manifestarse.

Las dimensiones extra: Si ponemos a las partículas a vibrar en las tres dimensiones originarán las distintas partículas y cómo estas interaccionan con la gravedad, el resultado es desastroso ya que la gravedad sigue sin comportarse bien a nivel cuántico cuando está con el resto.
Para arreglar esto se podría aumentar el número de dimensiones en el que vibran las cuerdas, así se llegó a tener hasta cuatro dimensiones, pero el resultado fue idéntico, desastroso.
Se necesitaron nueve dimensiones para que la gravedad se portase bien a nivel cuántico con el resto de partículas.

Pero claro, nuestro mundo, tal y cómo podemos observar sólo tiene tres dimensiones.
Aquí entra la idea de la compactificación, imaginemos que vemos un cable de un poste eléctrico de lejos, nos parecerá que sólo tiene una dimensión, ahora bien, si nos acercamos más a él y profundizamos, veremos que es cilíndrico, que podríamos movernos por su superficie.

Dicho esto, puede que a nuestro universo le ocurra lo mismo, que parezca tridimensional pero que a escalas pequeñas posea más dimensiones, dimensiones ocultas en diminutos espacios plegados, esta es la idea de la compactificación.

Las branas:Resulta que los físicos se dieron cuenta que las cuerdas tenían que acabar en algún sitio, tenían que estar ancladas en algún objeto que, además, llena todo el espacio.
Esto fue denominado como brana, así existirían, la 2-brana, con dos dimensiones, la 3-brana, con tres dimensiones y distintas branas de distintas dimensiones, que incluso se estirarían por las dimensiones extra.

Además estas branas tendrían la facultad de intersecar entre ellas, lo que otorgaría más movilidad a las cuerdas ancladas a ellas, es decir, podrían incluso tener un extremo amarrado a una brana y el otro a otra brana distinta.

Esto podría otorgar a la cuerda nuevas propiedades, es decir, el estaranclado a una brana podría otorgar carga eléctrica y el estar anclado a otra brana distinta, carga de color, formando así, un quark.
La idea es que cada partícula elemental estaría unida a distintas branas, otorgándoles estas, distintas características.

La cuestión es, que tanto la estructura de las branas como la forma en la que el espacio en estas dimensiones extra está compactificado va a afectar en cómo vibran las cuerdas.
Esto influirá en el número de partículas que haya, en su masa, o en la fuerza de su interacción.
La compactificación ayuda a determinar cuáles son las leyes de nuestro universo y es, precisamente eso en lo que están trabajando los físicos ahora, ya que no hay una sola manera de compactificar las seis dimensiones restantes, es decir, que tenemos millones y millones y millones de compactificaciones igualmente válidas, cada una de ellas generando sus propias leyes.
El landscape es, precisamente eso, un paisaje de todas las posibilidades, así que solo debemos encontrar nuestra compactifiación.

Mucha gente piensa que esto es más bien una maldición, pero podemos estar hablando de algo mucho más importante que, simplemente, buscar una secuencia concreta ya que, al igual que la astrofísica nos habla de las múltiples posibilidades de crear un sistema planetario, que de hecho todas esas posibilidades existen actualmente en nuestro universo, la teoría de cuerdas nos podría estar hablando de las múltiples posibilidades de crear un universo, cada uno con su compactificación concreta, cada uno con sus leyes concretas y además, todas igualmente válidas, conviviendo así, en un multiverso.

Espero que esta entrada os haya servido y os haya parecido interesante, seguiremos hablando de los nuevos descubrimientos o estudios en el campo de la física cuántica.
Si tenéis alguna duda, podéis dejarla en los comentarios.
Gracias.

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La mayor parte de la información de esta entrada y algunas imágenes han sido tomadas del Instituto de Física Teórica que resumió perfectamente algo tan complejo como la teoría de cuerdas.
Gracias a ellos y a José Luis Crespo por hacer tan buen trabajo de divulgación científica.
INSTITUTO DE FÍSICA TEÓRICA