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La teoría de las cuerdas. Una aproximación.


 

En este artículo pretendemos explicar de un modo estructurado y sencillo la que es una de las teorías físicas expuestas y ha desarrollar más importantes y que más críticas y argumentos de toda clase ha suscitado: La teoría M o la teoría de cuerdas. Para entender esta teoría es necesario comenzar desde, si no el principio, sí en un escalón tan conocido y básico de la física como es Newton. 

En 1665 Newton observó como una manzana se desprendía del árbol y comenzó a caer rápidamente a los pies del mismo. Esta conocida anécdota, junto a las leyes de Kepler, le valió a Newton para elaborar y comprobar empíricamente la ley de gravitación universal con sus conocidas formulaciones, convirtiéndola en la que sería una de las bases de la Mecánica clásica, además, de una de las teorías más importantes de la física.

Newton entendía que era la fuerza de la gravedad (la misma que atraía la manzana hacia el suelo) ejercida por el sol la que evitaba que la tierra saliera, literalmente, disparada hacia el espacio, obviando que la gravedad sobrepasaba la velocidad a la que la luz se desplazaba en el vacío. (La atracción de los cuerpos es proporcional al producto de sus masas y de forma inversa al cuadrado de sus distancias).

Durante siglos, la teoría de la Mecánica clásica fue totalmente válida y, de ella, se podían deducir todas las leyes que regulan el comportamiento mecánico de los cuerpos hasta que surgieron dos excepciones en su aplicación:

     1)cuando las velocidades involucradas eran cercanas a la velocidad de la luz

     2)cuando las dimensiones de los cuerpos estaban en la escala del mundo atómico (partículas subatómicas).

 

A veces ocurre que una ley física falla en ciertas situaciones, ya sean experimentales o en la concurrencia de ciertos fenómenos. Aquí pueden ocurrir diversas cosas. Por ejemplo, se restringe el uso de ellas excluyendo a las situaciones donde falla, o bin, se modifica para dar cuenta adecuada de los nuevos fenómenos. En algunos casos, el error conduce a la elaboración de una nueva teoría, de donde se pueda deducir la ley correcta. En el caso de la teoría de Mecánica clásica curiosamente se han seguido los dos caminos, se han elaborado teorías nuevas que dan cuenta correctamente de los fenómenos nuevos (Mecánica relativista, Mecánica cuántica…), pero también se sigue utilizando la Mecánica clásica en el ámbito donde ella conduce a resultados correctos. Así pues, en 1915 y 1916. Einstein publicó lo que sería el trabajo de diez años de elaboración: La Teoría general de la relatividad. Que daría lugar a la Mecánica relativista. 

En dicha teoría Einstein demostró, entre otras cosas,  que la gravedad no superaba la velocidad de la luz, sino que viajaba exactamente a la velocidad de la luz, y que el tiempo es una cantidad física relativa al estado de movimiento del observador. De este modo, Einstein nos dio a comprender el universo como una red o tejido espacio-temporal en la que la masa de los cuerpos provoca un hundimiento o curvatura en el tejido. Comprendiéndose como una pelota sobre una sábana. Esa curvatura o hundimiento es provocada por la masa de la pelota de la que deriva la gravedad a su alrededor y no una instantánea fuerza (gravedad) la que atrae a los cuerpos cercanos como afirmaba Newton.

 

Años antes de su muerte A. Einstein comenzó a trabajar en un nuevo proyecto, unificar su concepto de la gravedad con el de la electromagnética. Las dos interacciones fundamentales de la naturaleza conocidas hasta aquella fecha, con el fin de elaborar y entender una sola teoría o leyes que explicara todos los fenómenos del universo.

El electromagnetismo era una teoría que había sido obtenida décadas atrás por James Clerk Maxwell, quien la describió en cuatro ecuaciones  de la unificación de la fuerza eléctrica y la fuerza magnética en un solo campo. Consiguió así uno de los mayores logros de la física: la expresión de una relación que había sido evidente durante tantos años en inventos como el telégrafo y que nadie hasta entonces había logrado unificar en una sólida teoría.

Más tarde, gracias al desarrollo de la Mecánica cuántica se descubrieron dos interacciones fundamentales más, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Esta rama de la física nos proporcionó una concepción del universo totalmente diferente hasta entonces conocido, contradiciendo la visión de Einstein sobre un predecible universo y un tejido espacio-temporal en calma con otra visión que mostraba a este mismo tejido y al universo como un lugar entrópico, impredecible y aleatorio.

 

 

 

La fuerza nuclear fuerte es la interacción que permite unirse a los quarks para formar hadrones. Esta “fuerza” fue expuesta tras comprobar que las partículas que forman los átomos no podían ser explicadas mediante la gravedad ni el electromagnetismo. Mediante la fuerza nuclear fuerte se explicaría que las partículas que forman un átomo se mantengan unidas.

La fuerza nuclear débil es la interacción que permite y que explica que los quarks y los leptones decaigan en partículas más livianas. En otras palabras, es la causante de la descomposición radioactiva.

Haciendo un repaso general hasta la fecha tenemos cuatro fuerzas fundamentales: La gravedad, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo, .

 

 

Llegados a este punto ya podemos dejar paso a la explicación o a la pregunta de ¿qué es la teoría de cuerdas?

La Teoría de cuerdas es una teoría, aún en proceso de desarrollo, que unifica estas cuatro fuerzas fundamentales en una sola teoría o leyes comunes. O lo que es lo mismo, trata de concentrar la física cuántica y el modelo relativista del universo, dos ramas fiables y comprobadas en su campo pero de las que surgen contradicciones a la hora de combinarlas tanto matemáticamente como en su teoría.

 

La teoría de cuerdas defiende que existen unas pequeñas cuerdas de energía más pequeñas, y que forman los quarks, que vibran al igual que un instrumento de cuerda y que, según se da esta vibración, ocurren los diferentes fenómenos de la naturaleza, la teoría explicaría todas nuestras teorías, desde la composición y configuración de una partícula subatómica a la estrella más alejada.

Para alcanzar dicha unificación de las fuerzas fundamentales hallaron una sencilla explicación, la existencia, por ahora hipotética, de una partícula que transmitiera la interacción gravitatoria (gravedad) a los modelos de Mecánica cuántica.

La dificultad de la comprobación de la teoría de cuerdas recae en que los cálculos realizados hasta ahora explican y pronostican la existencia de siete dimensiones adicionales a las cuatro conocidas hasta ahora (tres dimensiones para el espacio y una dimensión para el tiempo) comprendiendo la posibilidad de que nuestro universo sea uno más entre un número infinito de universos paralelos, aunque por otra parte, respondería a la necesidad de vibración de las cuerdas al aumentar la posibilidad de movimiento entre las dimensiones adicionales.

Por otra parte, esas cuerdas de energía que explican y forman todos los elementos y partículas de nuestro universo, según la teoría, son tan pequeñas que posiblemente nunca lleguemos a observarlas, limitando así nuestra comprobación de su existencia.

 

 

 

La teoría de cuerdas es, hasta ahora, el modelo más fiable que tenemos de unificar unas teorías distintas que actúan siempre en el universo pero que se ven contradichas así mismas. De demostrarse, dicha teoría revolucionaría completamente nuestra visión y configuración del universo y de la vida, e incluso de la manzana que observó Newton una mañana de  1665.

  1. blademanu
    mayo 18, 2010 de 9:22 pm

    ¡¡¡Excelente!!!! muchas, muchas, muchas felicidades, me parece que un tema tan complejo como este lo has explicado de maravilla, pero de maravilla.

    RECOMIENDO A TODOS (si habéis leído los comentarios antes del artículo) que lo leáis, porque engancha y porque es capaz de sintetizar en pocas líneas ideas y teorías de cuatro siglos de física. Sergio, has logrado dejarnos una enseñanza correcta y clara de muchos aspectos. Gracias!

  2. blademanu
    agosto 3, 2010 de 7:43 am

    Y para recomendar algún libro sobre este asunto después de ofrecernos esta introducción, recomendamos…

    http://www.ed-critica.es/libro/en-busca-de-susy-978849892110

  3. diciembre 1, 2015 de 2:41 pm

    todo es posible matematicamente demostrar y hacer

  1. marzo 27, 2012 de 1:07 am

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