Supercuerdas, revolución ou soño?

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

• Fisika

Segundo esta teoría, que atraeu a atención de tantos premios Nobel, as fraccións non serían puntos minúsculos, senón cordas vibrantes. Ademais, o noso Universo tería catro dimensións non e dez: o tres espaciais, o temporal e outro seis que non vemos. Que comeria! De onde imos con todo isto?

De cando en vez xorden teorías que cuestionan as nosas crenzas anteriores e crean visións revolucionarias desde novos puntos de vista. A maioría delas esquécense do silencio, outras poucas compiten e só algunhas delas son aceptadas por todos.

Figura . Una corda de violín vibra de moitas maneiras. E é que cada una destas formas corresponde a unha nota diferente. No caso das fraccións, cada forma de vibración da corda corresponde a unha fracción de distinta masa. Por exemplo, o muón ten máis masa que o electrón. Segundo as teorías das supercuerdas, ambas son una corda, pero mentres o electrón vibra como a primeira corda da imaxe, o muón vibra como a segunda.

Este exemplo non é real senón una imaxe similar

As teorías das supercuerdas tamén conseguiron atraer a atención dos científicos máis prestixiosos e aprender nas mellores universidades hai cinco anos. Até agora non foron máis que un soño bonito e desexable, pero algún día poderían chegar a ser una revolución. Por tanto, é preferible estar informado.

Evolución histórica

A primeira aparición das cordas foi un fracaso. En 1968, antes de que aparecese a teoría dos quarks, os científicos estaban preocupados polo comportamento dos hadrones (véxase “Fraccións básicas: o núcleo da materia” Elhuyar Z. e T. Nº 55. xaneiro 1992). Sokena era una teoría proposta paira explicar este comportamento. Segundo isto, os hadrones non eran fraccións puntuais, senón cordas virando. Mesmo cando o modelo de Quarke demostrou a súa solidez, tentaron explicar que as teorías das cordas descartábanse, é dicir, que non sempre estaban dentro dos hadrones e nunca libres (ver cadro).

Todo en balde; en 1974 a cromodinámica cuántica (QCD) expandiuse e aceptou, deixando ao carón as propostas sobre as cordas.

Con todo, consciente de que algunhas ciencias pedían una fracción especial das teorías da corda, seguiu adiante. Esta peza especial tiña as características do gravitón e pensouse en utilizar as cordas paira explicar a gravitación. En 1980, ademais, aplicaron una supersimetría que intercambia todas as fraccións, creando teorías sobre supercuerdas. A supersimetría une fermiones e bosones que traballan na natureza. Por tanto, a teoría das supercuerdas faría realidade, como nunca, a maior unidade das leis da física.

Paira o ano 1986, toda a comunidade científica (salvo algunhas excepcións) mostrouse moi interesada nos supercuerdas.

En que consiste o valor dos supercuerdas?

Mecánica cuántica vs relatividad xeneral

XX. O feito de que as dúas bases da física do século XX, a teoría da relatividad e a mecánica cuántica, sexan útiles e incompatibles, provocou sempre una inquietude nos científicos.

E é que ambas as teorías son correctas en ámbitos de uso habitual. Os problemas aparecen a moi pouca ^distancia, 10-35 m. Por unha banda, paira aplicar a mecánica cuántica ao campo gravitatorio hai que recoñecer que a curvatura espazo-temporal é moi pequena, xa que pola contra sairían infinitos eventros absurdos. Pero doutra banda, a mecánica cuántica reivindica a incerteza da enerxía, e como a masa e a enerxía son o mesmo, a incerteza da enerxía materialízase mediante a xeración espontánea de fraccións imaxinarias en baleiro.

Se a ^distancia é menor de 10-35 m, a enerxía (e a súa incerteza) é tan grande que, segundo a relatividad xeneral, créanse buracos negros virtuais. E como sabemos, os buracos negros teñen una curvatura moi grande. Por tanto, podemos considerar o espazo como moi curvo a esas distancias, pero, como dixemos ao principio, se a curvatura é grande, as solucións da mecánica cuántica son infinitos absurdos.

Este é, por tanto, o XX. A contradición da física do século XX: tanto a Teoría da Relatividad como a Mecánica Cuántica son correctas na maioría das aplicacións (a astronomía e a microelectrónica local), pero a pequena distancia una das dúas teorías (ou ambas as) está equivocada.

Os científicos creen que poden ter solución nas supercuerdas paira liberar este duro nó.

Cordas vibrantes

Figura . As cordas das fraccións non serían abertas, senón pechadas, como aneis vibrantes.

Por que se producen as estimacións infinitas anteriormente mencionadas? Porque as fraccións considerábanse puntos, é dicir, sen dimensións. O problema é como cando algo se divide por cero. As cordas, con todo, teñen una dimensión (lonxitude) na que os infinitos desaparecen.

Segundo a teoría das supercuerdas, por tanto, todas as fraccións básicas son as sokas. Ademais, una corda pode vibrar de varias formas (ver figura 1). Cada un destes estados de vibración correspondería a unha fracción de distinta masa. É dicir, a diferenza entre dúas fraccións coñecidas é o estado de vibración. A maior enerxía, maior masa e estado de vibración. Por outra banda, segundo os casos máis aceptados, as cordas serían pechadas (ver figura 2).

Si é certo, dixo isto que o “modelo estándar” das fraccións básicas está equivocado? Nin moito menos. Lembrade que a mecánica de Einstein non desmentió a de Newton, senón que a estendeu, é dicir, a mecánica de Newton era o caso especial e restrinxido doutra máis xeral, a de Einstein.

A situación actual é a mesma. As fraccións “en grandes distancias” parecen ser puntuais, teñen una actividade puntual e o modelo estándar é perfectamente correcto. A pouca distancia ^(10-35 m), con todo, veremos que as fraccións son verdadeiramente aneis vibrantes de corda e outra sorpresa.

10 dimensións

A teoría das supercuerdas require que o noso Universo teña 10 dimensións. A solución paira superar este obstáculo é a seguinte: catro dimensións (tres espaciais e temporal) son as que percibimos diariamente, e as outras seis dimensións están enmarcadas nunha pequena bolita. Así, un punto do espazo é en realidade ^una bolita semidimensional recollida a 10-35 m. A medida é tan pequena que non podemos ver outras dimensións.

Admitindo de novo que o Universo ten catro dimensións en grandes distancias, non hai ningún erro. Pero una vez ^descendemos aos 10-35 m, notaríanse as 10 dimensións.

E é verdade?

As novas condicións son que a fracción teña cordas e que o Universo teña 10 dimensións. Que gañamos a cambio?

En primeiro lugar, eliminar as contradicións entre a Teoría da Relatividad e a Mecánica Cuántica. En segundo lugar, que todas as fraccións e forzas diferentes aparezan nun único modelo, é dicir, que toda a natureza redúzase a unhas poucas leis.

Pero paira quen están en contra das supercuerdas, en cambio, esta teoría non demostrou nada e non propón experimentos de afirmación. A súa característica principal é a súa beleza e, á marxe diso, din que non é máis que una retolica da xente que soña.

Estes últimos teñen un pouco de razón. De feito, as achegas da teoría ^están dispoñibles durante 10-35 m, pero o acceso a esa distancia é totalmente imposible co instrumental actual, é dicir, non hai ningunha forma de experimentar.

Con todo, sempre necesitamos saber máis sobre o noso mundo, e si a esta teoría esgótase o caudal, necesitamos outro. Ademais, se fose correcto, gañariamos máis que perder. Por iso, a pesar de soñar, moitos científicos comezaron a explotar a liña de supercuerdas. O tempo ten a palabra.

Derrota na orixe das cordas

Cando apareceron as cordas, tentaron explicar a estrutura dos hadrones. Paira iso, dicían que os hadrones eran cordas virando. A medida que a corda xira, a lonxitude alárgase. Cando a lonxitude é suficiente para que os extremos móvanse coa velocidade da luz, a forza centrífuga asimila a tensión. Este modelo, con todo, estaba equivocado. Impúxose o modelo de quarks e rexéitase o de cordas.

Cando se descubriu que os hadrones estaban compostos de quarkes, utilizáronse paira explicar o rexeitamento das cordas. Como sabemos, os quarks non poden saír dos hadrones e ao caer créase un mesón. As teorías da corda explicárono así:

As quarkas son os extremos das cordas (a), no tamaño dos hadrones a forza forte (identificada coa tensión da corda) é pequena (b), pero si tratamos de comparala aparece una forza enorme (c). E si liberamos o quarca (é dicir, rompemos a corda) aparece un novo hadrón e mesón (d). Este segundo modelo tamén tivo que ser descartado cando apareceu a Cromodinámica Cuántica (QCD).