¿Cómo funciona la teoría de cuerdas?

Para comprender la teoría de cuerdas debemos entender las cuatro fuerzas fundamentales: fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil, electromagnetismo y gravedad. La gravedad es una fuerza de atracción relativamente débil, que actúa a una distancia infinita, que surge debido a la presencia de masa (de hecho, actualmente está experimentando una cantidad minúscula de fuerza gravitacional que surge de los objetos en el extremo más alejado del universo). El electromagnetismo es la fuerza que surge entre los objetos que llevan una carga eléctrica, es relativamente fuerte y también actúa a una distancia infinita. La fuerza nuclear fuerte es la fuerza más fuerte, y actúa en un rango muy pequeño, es por eso que el núcleo de un átomo no se repele, a pesar de que es completamente positivo. Finalmente, la fuerza nuclear débil es una fuerza débil (aunque más fuerte que la gravedad), y es responsable de mantener unidos los protones y los neutrones.

La teoría de cuerdas, es una propuesta de “teoría de todo”, una teoría matemática, que describe cómo surge el concepto de una fuerza. Intenta unificar las cuatro fuerzas, en un solo modelo, simplemente forzar. La teoría de cuerdas es un poco inapropiada, ya que en realidad es una colección de diferentes teorías, todas con similitudes.

La teoría de cuerdas postula que las partículas fundamentales que forman todo (incluso más pequeñas que los protones y neutrones que habrías estudiado en las primeras clases de ciencias, aunque el electrón es una de estas partículas fundamentales) pueden considerarse como un objeto unidimensional ( una línea), conocida como ‘cadena’ (de donde la teoría toma su nombre). Estas cuerdas oscilan (vibran), de diferentes maneras, dependiendo de las propiedades de la partícula fundamental, como la masa, la carga e incluso cómo se une con otras partículas fundamentales. Un punto clave de la teoría de cuerdas es que propone un tipo de partícula para la gravedad, con ciertas propiedades definidas por las oscilaciones de la cuerda, llamada gravitón (esta teoría es similar al bosón de higgs en las noticias). Como ya hemos combinado todas las otras fuerzas, este gravitón es cómo el modelo combina todas las fuerzas.

Esto da lugar a algunos de los problemas que enfrenta la teoría de cuerdas. En primer lugar, el gravitón aún no se ha encontrado (definitivamente) (sin embargo, los experimentos de bosón de higgs realizados en Cern han afirmado haber encontrado un posible candidato, incluso aún no han confirmado sus sospechas). Además, los físicos todavía están tratando de hacer que la teoría de cuerdas ‘funcione’ con otros resultados probados, es decir, aún no explica todo. Una gran parte de la investigación que se realiza actualmente es desarrollar la teoría de cuerdas de tal manera que reproduzca el modelo estándar de la mecánica cuántica, un resultado que describe todas las partículas fundamentales.

Además, la teoría de cuerdas requiere una serie de dimensiones para funcionar. Por ejemplo, la teoría de cuerdas de supersimetría requiere 10 dimensiones, y la teoría de cuerdas bosónicas requiere 26, pero la comprensión cosmológica (espacial) del problema puede requerir aún más. Esto se debe a que (principalmente) el fotón (partícula de luz) no debe tener masa, y las oscilaciones presentadas por la teoría de cuerdas predecirían una masa, a menos que se extiendan en varias dimensiones. Esto se puede resolver haciendo que las dimensiones sean tan pequeñas que no se puedan detectar.

Piensa en una manguera. Incluso si uno mira lo suficientemente lejos, la manguera parece ser una línea recta (unidimensional). Ahora, si uno le pone una pelota de béisbol (tenemos una manguera especial que puede soportar eso), parece, una vez más, ser tridimensional (todo en el mundo real), pero si retrocedemos mucho, la manguera, Una vez más aparece unidimensional.

Se cree que la teoría de cuerdas es una teoría de todo. Eso es mucho decir. Las cuerdas no solo comprenden todas las partículas por la forma en que las cuerdas vibran de manera diferente, sino también el enredo de partículas, la gravedad y el espacio mismo. Entonces, ¿cómo hacen las cuerdas todo eso y más? Aquí hay una idea radical. Las cadenas surgen de las matemáticas básicas, por lo que quiero decir bits … 1/0. Para citar al físico John Wheeler, “It From Bit!”

¿Dónde encuentras una cadena en un poco? Es la parte media, el ‘/’. Allí separa y enreda el ‘1’ y el ‘0’. Esto explica tanto la gravedad como la energía oscura porque la energía oscura es una función de separación de cuerdas y la gravedad una función de entrelazamiento de cuerdas. Todo está en las matemáticas.

La base de la teoría de cuerdas es que cada partícula que existe en el universo contiene una pequeña cuerda unidimensional. Estas cadenas vibran a diferentes frecuencias, y la frecuencia de cada cadena determina el tipo de partícula. Entonces, la cuerda para un quark up vibra a una frecuencia diferente a la de un quark down, los cuales son diferentes de, por ejemplo, un neutrino tau. Personalmente, considero que esto es algo similar a la teoría cuántica de campos, excepto que en lugar de que todos los electrones, quarks, etc. sean excitaciones de sus respectivos campos, son en su lugar todas las cadenas 1-D excitadas al mismo nivel que todas las demás partículas de del mismo tipo