Teoría de las cuerdas

En los años ochenta los físicos se estaban ahogando en un mar de partículas subatómicas. Cada vez que rompían un átomo con los potentes aceleradores de partículas, encontraban que salían expulsadas montones de nuevas partículas. Era tan frustrante que J. Robert Oppenheimer declaró que el premio Nobel de Física debería ser para el físico que no descubriera una nueva partícula ese año. (Enrico Fermi, horrorizado por la proliferación de nuevas partículas subatómicas con nombres que sonaban a griego, dijo: “Si pudiera recordar los nombres de todas estas partículas, habría sido un botánico”). (…) Tras décadas de arduo trabajo, este zoo de partículas pudo ordenarse para dar algo llamado el modelo estándar.
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Pero, pese a sus éxitos experimentales, el modelo estándar adolecía de un serio defecto. Como dice Stephen Hawking: “«Es feo y ad hoc”. Contiene al menos diecinueve parámetros libres (incluidos las masas de las partículas y las intensidades de sus interacciones con otras partículas), treinta y seis quarks y antiquarks, tres copias exactas y redundantes de subpartículas, y numerosas partículas subatómicas de nombres extraños, tales como neutrinos tau, gluones de Yang-Mills, bosones de Higgs, bosones W y partículas Z. Peor aún, en el modelo estándar no se menciona la gravedad. Parecía difícil creer que la naturaleza, en su nivel supremo y fundamental, pudiera ser tan caprichosa y desaliñada. Era una teoría que solo una madre podía amar. La poca elegancia del modelo estándar obligó a los físicos a reanalizar todas sus hipótesis sobre la naturaleza. Algo iba realmente mal.
Si se analizan los últimos siglos en física, uno de los logros más importantes del siglo pasado fue resumir toda la física fundamental en dos grandes teorías: la teoría cuántica (representada por el modelo estándar) y la teoría de la relatividad general de Einstein (que describe la gravedad). Es notable que juntas representan la suma total del conocimiento físico en el nivel fundamental. La primera teoría describe el mundo de lo muy pequeño, el mundo cuántico subatómico donde las partículas ejecutan una danza fantástica, aparecen y desaparecen y están en dos lugares al mismo tiempo. La segunda teoría describe el mundo de lo muy grande, tal como los agujeros negros y el big bang, y utiliza el lenguaje de las superficies suaves, los tejidos estirados y las superficies distorsionadas. Las teorías son opuestas en todo: utilizan matemáticas diferentes, hipótesis diferentes e imágenes físicas diferentes. Es como si la naturaleza tuviera dos manos, y ninguna de ellas supiera lo que hace la otra. Además, cualquier intento por unir estas dos teorías ha llevado a respuestas absurdas. Durante medio siglo, cualquier físico que trataba de mediar una unión apresurada entre la teoría cuántica y la relatividad general encontraba que la teoría le explotaba en la cara, dando respuestas infinitas que carecían de sentido. Todo esto cambió con la llegada de la teoría de supercuerdas, que postula que el electrón y las otras partículas subatómicas no son otra cosa que diferentes vibraciones de una cuerda, que actúa como una minúscula goma elástica. Si golpeamos la goma elástica, esta vibra en modos diferentes, y cada nota corresponde a una partícula subatómica diferente. De esta manera, la teoría de supercuerdas explica los centenares de partículas subatómicas que se han descubierto hasta ahora en los aceleradores de partículas. De hecho, la teoría del Einstein emerge como una de las vibraciones más bajas de la cuerda.
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Si la teoría de cuerdas consiguiera unificar la gravedad con la teoría cuántica, entonces podría representar la coronación de una ciencia que se inició hace dos mil años, cuando los griegos se preguntaron de qué estaba hecha la materia. Pero la extraña característica de la teoría de cuerdas es que estas solo pueden vibrar en unas dimensiones concretas del espacio-tiempo; solo pueden vibrar en diez dimensiones. Si tratamos de crear una teoría de cuerdas en otras dimensiones, la teoría se viene abajo matemáticamente. Nuestro universo es, por supuesto, tetradimensional (con tres dimensiones de espacio y una de tiempo). Esto significa que las otras seis dimensiones deben de haber colapsado, o estar enrolladas, de algún modo, como la quinta dimensión de Kaluza.
MICHIO KAKU
“Física de lo imposible”