Teoría de cuerdas

La Teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente afirma que todos los bloques de materia son en realidad expresiones de un objeto básico unidimensional extendido llamado "cuerda" o "filamento".

De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino una cuerda minúscula que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse, puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o las Teoría M pretenden alejarse de la concepción del punto-partícula.

Actualmente, la teoría de cuerdas es la candidata más prometedora para tener una teoría unificada o Teoría del todo, es decir, una teoría capaz de describir todos los fenómenos ocurridos en la naturaleza debido a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil.

Durante años, muchos físicos han soñado con tener una teoría del todo. Ésta se ha negado principalmente porque la gravedad se ha resistido a expresarse en forma cuántica, algo que se conoce como gravedad cuántica. Existen teorías que han unificado algunas fuerzas, como por ejemplo la teoría electrodébil o, más aún, el modelo estándar (una teoría cuántica de campos) el cual sí describe los fenómenos con resultados aceptables, pero con la excepción notable de la gravedad. Uno de los modos posibles para evitar problemas con la renormalización e inconsistencias internas dentro de la teoría es no trabajar con partículas puntuales sino considerar objetos extendidos unidimensionales, semejantes a "cuerdas". Según la vibración de tales cuerdas (que se hipotetizan como cerradas o como abiertas, según la versión concreta de teoría) se observarán tales o cuales partículas. En este panorama estamos hablando en un mundo donde las energías son muy altas, del orden de la energía de Planck. Cada tipo de partícula viene representado por tanto por un modo particular de vibración de la cuerda unidimensional.

La primera formulación de una teoría de cuerdas se debe a Jöel Scherk y John Schwuarz que en 1974 publicaron un artículo en el que demostraban que una teoría basada en objetos unidimensionales o "cuerdas" en lugar de partículas puntuales podía describir la fuerza gravitatoria. Aunque estas ideas no recibieron en ese momento mucha atención hasta la Primera revolución de supercuerdas de 1984. De acuerdo con la formulación de la teoría de cuerdas surgida de esta revolución, las teorías de cuerdas pueden considerarse de hecho un caso general de teoría de Kaluza-Klein cuantizada. Las ideas fundamentales son dos:

Los objetos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos unidimensionales extendidos (en la cinco teorías de cuerdas convencionales estos objetos eran unidimensionales o "cuerdas", actualmente en la teoría-M se admiten también de dimensión superior o "p-branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los cálculos perturbativos.

El espacio-tiempo en el que se mueven las cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, al que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.
La inobservabilidad de las dimensiones adicionales está ligada al hecho de que éstas están compactificadas, y sólo son relevantes a escalas tan pequeñas como la longitud de Planck. Igualmente con la precisión de medida convencional las cuerdas cerradas con una longitud similar a la longitud de Planck se asemejan a partículas puntuales.