EL PORQUE DE LAS SUPERCUERDAS

EL PORQUÉ DE LA SUPERCUERDAS

Las teorías de supercuerdas no son más que una de las muchas maneras que los científicos usan para desarrollar los conocimientos que la humanidad reclama y necesita para su propia evolución. Sus adeptos han concluido, con mucho entusiasmo, que han elegido un camino acertado que conducirá a entender la interacción de la materia. Más allá, porque el propósito que los anima es seguir un camino que los pueda conducir a encontrar una total comprensión de la materia y, quizás de todo, partiendo desde el punto de vista de unas pocas cuerdas que se mueven al compás de nueve dimensiones más el tiempo, que es la cifra dimensional más frecuentemente usada en las correspondientes ecuaciones.

El que existan o hayan existido las cuerdas nace de la siguiente reflexión: históricamente, siempre hemos observado, en el interior de un átomo, que en esa estructura aparecen subestructuras: dentro de un átomo hay núcleos, y dentro de éstos hay quarks. ¿Por qué no se puede pensar que un quark comporta un prequark, y que fuera de éste se genera otra partícula subquark, y así sucesivamente?. Esto viene a ser un procedimiento primario de la investigación científica, que aparece como estancada, y que con las supercuerdas retomaría la acción, aunque, en alguna medida, por caminos distintos.

En las supercuerdas se intenta una desagregación investigativa de los procedimientos previos que se han seguido en el conocimiento de la materia, incluido sus mejoras. La idea medular de la TSC es que todas las partículas, todos los conductores de fuerza, y la gravedad , se armonizan igualitariamente en un sentido bajo los sones de vibraciones de cuerdas que aparecen como objetos. Para entender la aparición de las cuerdas, basta con recordar el ejemplo de la visión que obtenemos desde lo alto en el vuelo de un avión cuando observamos la autopista. Aparecería la materia, cuando es observada desde altísimas distancias, como un objetos vibratorio semejante a pelitos. Así, un quark nos parecería como un pelito extendido unidimensional. Pero al empequeñecerse más la escala, el quark va apareciendo como si estuviera constituido por una cuerda que genera interactivamente muchísimos prequarks alrededor de ella. No cabe la menor duda que es una forma bastante diferente de hacer ciencia, de elaborar teorías de Física.

En la teoría de supercuerdas, la gravedad se encuentra matemáticamente inserta dentro de una consistente estructura mecánico cuántica. La TSC desarrolla una novedosa idea para describir las partículas elementales dentro de un formato diferente a como los físicos lo han venido haciendo. Hasta ahora, se ha considerado a las partículas elementales como puntos, sin procederse a estimar su extensión, tan sólo puntos matemáticos. Y, es eso, lo que nos presenta los problemas cuando intentamos introducir la gravedad en la teoría. Con la TSC, al propugnarse la idea de que las partículas no sólo son un punto sino líneas unidimensionales insertas en rizos que adquieren diferentes conformaciones, el problema matemáticamente se soslaya, cuando se considera a los bucles o rizos como partículas elementales.

Si aceptamos con una buena disposición científica los avances teóricos, entonces, no cabe duda que en la TSC se presenta implícita la deseada unificación. En ninguno de sus seis modelos más aceptados se plantea la existencia de unos precisos tipos de objetos, y que los demás se generarían alrededor o fuera de estos. Lo que se propugna es que un objeto unidimensional, parecido a una cuerda, puede adquirir diferentes conformaciones y estructuras geométricas. Es un fenómeno semejante al que ocurre cuando se aplica un punteo en las cuerdas de una guitarra. Se dan variados sonidos con la vibración de las cuerdas.

Los tonos diferentes que produce la vibración de una cuerda son la analogía de distintos objetos. En esa misma forma, existe una cuerda fundamental que, en distintas vibraciones, puede ser detectada en condiciones de baja energía y grandes distancias. Una vibración es un quark; otra distinta es un fotón; la partícula de la luz vibra agudo y se observa como un electrón; hace otra vibración y aparece un gravitón, la partícula que daría origen a la fuerza gravitatoria. Las distintas vibraciones se producen en un mismo objeto. Es la unificación de todo, de las partículas, de la interacción, de partículas que manejan interacción, son todas vibraciones de la misma cuerda.

Pero, entonces ¿cuál sería la partícula fundamental dentro de la concepción de la TSC? En el tiempo siempre se han dado cambios fundamentales en esta materia. Consideramos a los átomos como los ladrillos fundamentales de la construcción de la naturaleza; se pensó en los protones como fundamentales, luego los quarks. En TSC ellos siguen siendo ladrillos fundamentales en la construcción del edificio, pero son las consecuencias diferentes de la vibración de una cuerda, pasando ésta a ser también fundamental. Una cuerda, en cierto sentido, corresponde a un número infinito de partículas elementales, debido a que cada una de ellas comportan la facultad de poder vibrar en una multiplicidad de maneras. Es el distinto «tono» de las vibraciones el determinante que sugiere las propiedades de las partículas elementales. Según los físicos supercuerdistas, la TSC viene a ser la simplificación natural o el mejoramiento de nuestra teoría clásica de partículas.

En la actualidad, la capacidad de observación de partículas está limitada sólo para aquellas que se dan a bajas energías, ya que para las partículas masivas se requieren aceleradores de una magnitud que hoy no se cuenta y tampoco son visualizables en un futuro relativamente cercano. Ello es lo que hacen atractivas las cuerdas. Con las vibraciones de una sola cuerda, no sólo se dan partículas elementales como quarks, leptones, fotones, gluones, et., sino que habría que agregarle un número infinito. La teoría de supercuerdas sería la remplazante natural de la actual estructura teórica focalizada al conocimiento de la materia.

En el marco de la interacción tradicional, dos electrones, cuando se logran juntar, uno de ellos genera un fotón, y retrocede, y se mueve en otra dirección. El compañero absorbe el fotón, se excita, y se vuelve a mover en otra dirección. El resultado de este proceso es que los electrones entran como una cosa y salen como otra. Ese proceso, que corresponde a la interacción electromagnética, puede ser explicado por la existencia de partículas livianas como los fotones que observamos en trazos de distancias largas o en trazos más cortos pero no cercanos a la longitud de Planck, cuando visualizamos la interacción en nuestros aceleradores de alta energía.

Ahora bien, si tuviéramos la capacidad de hacer observaciones dentro de las mediciones de la longitud de Planck (10^-33 cm), la interacción que hemos expuesto la observaríamos como si viéramos a un electrón con la forma de una cuerda que se moviliza a lo largo de una especie de tubo o caño. En cualquier momento, la cuerda entubada se mueve fuera del tubo, y entonces genera una cuerda fotón, y se excita y, el otro electrón, absorbe la cuerda fotón. Así, se podría visualizar a una cuerda electrón moviéndose para acá y otra para allá, intercambiándose una cuerda fotón. Según la relatividad general, la masa curva a la luz.

Una de las conclusiones consecuentes a que se llega en la TSC, partiendo de la afirmación comprobada relativista, es que en un sentido fundamental las cuerdas cohabitan dentro de un mayor número de dimensiones a las tres espaciales observadas. El número más preciso que se ha dado es nueve. Ya Einstein, después de haber propuesto, en la teoría de la relatividad general, que específicamente es la gravedad la dinámica del espacio y el tiempo, se percató que el número de dimensiones podría ser mayor a las tres que normalmente distinguimos. Podrían existir dimensiones extras en objetos muy pequeños y comprimidos.

La teoría de supercuerdas lleva a esa posibilidad: imaginándose que las cuerdas cohabitan dentro de un espaciotiempo de diez dimensiones. Claro que puede que no sea así, ya que sólo, hasta ahora, hemos podido observar tan sólo tres dimensiones, pero no obstante es una posibilidad. Imaginemos un mundo unidimensional que podemos describir con una sola dimensión, una sola coordenada. Un punto se movería o hacia la izquierda, o hacia la derecha. Con una sola dimensión las posibilidades son de moverse hacia a..., a lo largo de....

Pero alguien descubre que existía otra dimensión que se encontraba oculta. Entonces hablaríamos de un mundo semejante a un tubo o caño. Tiene una dimensión X, pero también podrían encontrarse otras. Si el tubo es muy pequeño, o si no podemos ver a distancias cortísimas, entonces siempre el tubo nos parecerá unidimensional. Pero en una observación más exacta, es factible ver que existe una forma circular y que a través del círculo es posible también moverse a su alrededor. Aquí, se encuentra una segunda dimensión, con una diferencia: esta dimensión se cierra. O sea, se vuelve al mismo punto. En un objeto como un pelo: si no se observa con gran atención, es difícil detectarlo.

La TSC señala que, al margen de las tres dimensiones que conocemos, hay otras seis que no podemos ver por que son muy pequeñas. Los físicos que trabajan con supercuerdas afirman que, de modo singular, surgen en esta teoría dimensiones extras al intentar explicar mecanismos básicos que rigen el mundo de cuatro dimensiones (tres espaciales más el tiempo). Pero por si fuera poco complicado, se encuentran en sus cálculos con seis dimensiones más, lo que ha venido ser el tema más criticado de las supercuerdas. "Nos gustaría trabajar con cuatro dimensiones, sería estupendo que la teoría predijera sólo cuatro dimensiones, pero no es así", dice uno de los más conocidos físicos seguidores de las supercuerdas, Paul Townsend. La diez o más dimensiones no son algo que elijamos libremente, sino que algo que predice la teoría.

Los especialistas en supercuerdas afirman que surgen las dimensiones extras como una necesidad al intentar describir la historia del Universo en sus primeros instantes, cuando tenía la edad de una billonésima de billonésima de segundo y la gravedad estaba todavía unida (era lo mismo) a las otras fuerzas de la naturaleza. Fuerzas, por cierto, como el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil de la desintegración atómica (y esto ha sido comprobado experimentalmente) que era lo mismo en el cosmos muy joven aunque ahora perezcan muy diferentes.

Con las supercuerdas se espera encontrar una explicación para las partículas elementales, sus propiedades y sus fuerzas de interacción, explicar lo que sucede con el espacio y el tiempo a distancias muy pequeñas. Describir al Universo bajo una estructura matemática en la cual se requiere a la gravedad para su consistencia, mientras que todas las teorías Físicas previas en las que está implicada la mecánica cuántica no son consistentes al introducir la gravedad, que es una de las fuerzas de la naturaleza y que no se puede dejar de lado si se anhela tener una comprensión acabada.

La idea básica en la cual se sostiene el modelo de las supercuerdas es que, en cierto sentido, sólo hay una partícula elemental, un tipo de cuerda, como ya hemos intentado describir anteriormente, que puede vibrar y moverse en modos diferentes. Así, todas las partículas observadas (como los quarks o electrones) son diferentes movimientos y configuraciones de una supercuerda. Por ello es que la teoría de supercuerdas exige que hayan dimensiones espaciales adicionales sumadas a las tres convencionales más el tiempo. Las dimensiones extras de estas cuerdas tienen que estar enrolladas en sí mismas en configuraciones muy pequeñas de manera que no son observables normalmente. La única manera de poder verlas, si es que existen, sería en experimentos de muy altísima energía, muy por encima de la que se ha alcanzado con los más potentes aceleradores de partículas que hasta hoy se conocen.

Si el Universo tenía muchas más dimensiones que ahora en sus comienzos ¿dónde han ido a para las que ahora no percibimos? La respuesta que dan es que éstas se compactaron espontáneamente, que se convirtieron en algo infinitamente pequeño. Se convirtieron en algo tan diminuto que no podemos apreciar, algo así como un lápiz que tiene tres dimensiones pero se ve como una línea (como si perdiera una dimensión) al alejarse y hacerse más y más pequeño ante nuestros ojos.

La teoría de supercuerdas sugiere que la gravedad estaba integrada con las otras fuerzas de la naturaleza al principio del Universo, cuando estaban todas las dimensiones desplegadas; luego se escondieron varias de ella, las fuerzas se diferenciaron y el cosmos evolucionó hacia su estado actual: cuatro fuerzas distintas en cuatro dimensiones. Lo cierto es que hasta principios del año 2001, los fundamentos teóricos que se han logrado estructurar en los distintos modelos de la teoría, distan de ser constantes y claros. Un principio físico fundamental en la teoría de supercuerdas, incluido el modelo M, está todavía ausente. Por ello, así no cabe más que seguirnos preguntando: ¿qué es la teoría de supercuerdas? En cualquier caso, es una teoría fascinante cuyo perfeccionamiento teórico y comprobación experimental es necesario. Esperemos a ver cómo evoluciona la Física en esa dirección.