¿Supercuerdas, revolución o sueño?

1992/04/01 Martin Axpe, Iñaki Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Según esta teoría, que ha atraído la atención de tantos premios Nobel, las fracciones no serían puntos minúsculos, sino cuerdas vibrantes. Además, nuestro Universo tendría cuatro dimensiones no y diez: las tres espaciales, el temporal y otras seis que no vemos. ¡Qué comeria! ¿De dónde vamos con todo esto?

De vez en cuando surgen teorías que cuestionan nuestras creencias anteriores y crean visiones revolucionarias desde nuevos puntos de vista. La mayoría de ellas se olvidan del silencio, otras pocas compiten y sólo algunas de ellas son aceptadas por todos.

Figura . Una cuerda de violín vibra de muchas maneras. Y es que cada una de estas formas corresponde a una nota diferente. En el caso de las fracciones, cada forma de vibración de la cuerda corresponde a una fracción de distinta masa. Por ejemplo, el muón tiene más masa que el electrón. Según las teorías de las supercuerdas, ambas son una cuerda, pero mientras el electrón vibra como la primera cuerda de la imagen, el muón vibra como la segunda.

Este ejemplo no es real sino una imagen similar

Las teorías de las supercuerdas también consiguieron atraer la atención de los científicos más prestigiosos y aprender en las mejores universidades hace cinco años. Hasta ahora no han sido más que un sueño bonito y deseable, pero algún día podrían llegar a ser una revolución. Por lo tanto, es preferible estar informado.

Evolución histórica

La primera aparición de las cuerdas fue un fracaso. En 1968, antes de que apareciera la teoría de los quarks, los científicos estaban preocupados por el comportamiento de los hadrones (véase “Fracciones básicas: el núcleo de la materia” Elhuyar Z. y T. Nº 55. enero 1992). Sokena era una teoría propuesta para explicar este comportamiento. Según esto, los hadrones no eran fracciones puntuales, sino cuerdas girando. Incluso cuando el modelo de Quarke demostró su solidez, intentaron explicar que las teorías de las cuerdas se descartaban, es decir, que no siempre estaban dentro de los hadrones y nunca libres (ver cuadro).

Todo en vano; en 1974 la cromodinámica cuántica (QCD) se expandió y aceptó, dejando a un lado las propuestas sobre las cuerdas.

Sin embargo, consciente de que algunas ciencias pedían una fracción especial de las teorías de la cuerda, siguió adelante. Esta pieza especial tenía las características del gravitón y se pensó en utilizar las cuerdas para explicar la gravitación. En 1980, además, aplicaron una supersimetría que intercambia todas las fracciones, creando teorías sobre supercuerdas. La supersimetría une fermiones y bosones que trabajan en la naturaleza. Por lo tanto, la teoría de las supercuerdas haría realidad, como nunca, la mayor unidad de las leyes de la física.

Para el año 1986, toda la comunidad científica (salvo algunas excepciones) se mostró muy interesada en los supercuerdas.

¿En qué consiste el valor de los supercuerdas?

Mecánica cuántica vs relatividad general

XX. El hecho de que las dos bases de la física del siglo XX, la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, sean útiles e incompatibles, ha provocado siempre una inquietud en los científicos.

Y es que ambas teorías son correctas en ámbitos de uso habitual. Los problemas aparecen a muy poca ^distancia, 10-35 m. Por un lado, para aplicar la mecánica cuántica al campo gravitatorio hay que reconocer que la curvatura espacio-temporal es muy pequeña, ya que de lo contrario saldrían infinitos eventros absurdos. Pero por otro lado, la mecánica cuántica reivindica la incertidumbre de la energía, y como la masa y la energía son lo mismo, la incertidumbre de la energía se materializa mediante la generación espontánea de fracciones imaginarias en vacío.

Si la ^distancia es menor de 10-35 m, la energía (y su incertidumbre) es tan grande que, según la relatividad general, se crean agujeros negros virtuales. Y como sabemos, los agujeros negros tienen una curvatura muy grande. Por lo tanto, podemos considerar el espacio como muy curvo a esas distancias, pero, como hemos dicho al principio, si la curvatura es grande, las soluciones de la mecánica cuántica son infinitos absurdos.

Este es, por tanto, el XX. La contradicción de la física del siglo XX: tanto la Teoría de la Relatividad como la Mecánica Cuántica son correctas en la mayoría de las aplicaciones (la astronomía y la microelectrónica local), pero a pequeña distancia una de las dos teorías (o ambas) está equivocada.

Los científicos creen que pueden tener solución en las supercuerdas para liberar este duro nudo.

Cuerdas vibrantes

Figura . Las cuerdas de las fracciones no serían abiertas, sino cerradas, como anillos vibrantes.

¿Por qué se producen las estimaciones infinitas anteriormente mencionadas? Porque las fracciones se consideraban puntos, es decir, sin dimensiones. El problema es como cuando algo se divide por cero. Las cuerdas, sin embargo, tienen una dimensión (longitud) en la que los infinitos desaparecen.

Según la teoría de las supercuerdas, por tanto, todas las fracciones básicas son las sokas. Además, una cuerda puede vibrar de varias formas (ver figura 1). Cada uno de estos estados de vibración correspondería a una fracción de distinta masa. Es decir, la diferencia entre dos fracciones conocidas es el estado de vibración. A mayor energía, mayor masa y estado de vibración. Por otra parte, según los casos más aceptados, las cuerdas serían cerradas (ver figura 2).

Si es cierto, ¿ha dicho esto que el “modelo estándar” de las fracciones básicas está equivocado? Ni mucho menos. Recordad que la mecánica de Einstein no desmentió la de Newton, sino que la extendió, es decir, la mecánica de Newton era el caso especial y restringido de otra más general, la de Einstein.

La situación actual es la misma. Las fracciones “en grandes distancias” parecen ser puntuales, tienen una actividad puntual y el modelo estándar es perfectamente correcto. A poca distancia ^(10-35 m), sin embargo, veremos que las fracciones son verdaderamente anillos vibrantes de cuerda y otra sorpresa.

10 dimensiones

La teoría de las supercuerdas requiere que nuestro Universo tenga 10 dimensiones. La solución para superar este obstáculo es la siguiente: cuatro dimensiones (tres espaciales y temporal) son las que percibimos diariamente, y las otras seis dimensiones están enmarcadas en una pequeña bolita. Así, un punto del espacio es en realidad ^una bolita semidimensional recogida a 10-35 m. La medida es tan pequeña que no podemos ver otras dimensiones.

Admitiendo de nuevo que el Universo tiene cuatro dimensiones en grandes distancias, no hay ningún error. Pero una vez ^descendemos a los 10-35 m, se notarían las 10 dimensiones.

¿Y es verdad?

Las nuevas condiciones son que la fracción tenga cuerdas y que el Universo tenga 10 dimensiones. ¿Qué hemos ganado a cambio?

En primer lugar, eliminar las contradicciones entre la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica. En segundo lugar, que todas las fracciones y fuerzas diferentes aparezcan en un único modelo, es decir, que toda la naturaleza se reduzca a unas pocas leyes.

Pero para quienes están en contra de las supercuerdas, en cambio, esta teoría no ha demostrado nada y no propone experimentos de afirmación. Su característica principal es su belleza y, al margen de ello, dicen que no es más que una retolica de la gente que sueña.

Estos últimos tienen un poco de razón. De hecho, las aportaciones de la teoría ^están disponibles durante 10-35 m, pero el acceso a esa distancia es totalmente imposible con el instrumental actual, es decir, no hay ninguna forma de experimentar.

Sin embargo, siempre necesitamos saber más sobre nuestro mundo, y si a esta teoría se agota el caudal, necesitamos otro. Además, si fuera correcto, ganaríamos más que perder. Por eso, a pesar de soñar, muchos científicos han comenzado a explotar la línea de supercuerdas. El tiempo tiene la palabra.

Derrota en el origen de las cuerdas

Cuando aparecieron las cuerdas, intentaron explicar la estructura de los hadrones. Para ello, decían que los hadrones eran cuerdas girando. A medida que la cuerda gira, la longitud se alarga. Cuando la longitud es suficiente para que los extremos se muevan con la velocidad de la luz, la fuerza centrífuga asimila la tensión. Este modelo, sin embargo, estaba equivocado. Se impuso el modelo de quarks y se rechaza el de cuerdas.

Cuando se descubrió que los hadrones estaban compuestos de quarkes, se utilizaron para explicar el rechazo de las cuerdas. Como sabemos, los quarks no pueden salir de los hadrones y al caer se crea un mesón. Las teorías de la cuerda lo explicaron así:

Las quarkas son los extremos de las cuerdas (a), en el tamaño de los hadrones la fuerza fuerte (identificada con la tensión de la cuerda) es pequeña (b), pero si tratamos de compararla aparece una fuerza enorme (c). Y si liberamos el quarca (es decir, rompemos la cuerda) aparece un nuevo hadrón y mesón (d). Este segundo modelo también tuvo que ser descartado cuando apareció la Cromodinámica Cuántica (QCD).