Vivimos en un universo maravillosamente complejo y es normal que tengamos curiosidad por la naturaleza y todo lo que nos rodea. Una y otra vez a través del tiempo nos hemos preguntado ¿por qué estamos aquí? ¿De dónde venimos? ¿De qué está hecho el mundo? Es un privilegio vivir en una época en la que se han hecho enormes progresos para encontrar algunas de las respuestas. La teoría de cuerdas es nuestro intento más reciente por responder con pruebas a todas estas preguntas. Pero sobre todo, es un empeño por amalgamar todas las piezas que tenemos del rompecabezas del universo para, por primera vez, ver la fotografía completa.

Cada vez se hacen más presentes en nuestras vidas los avances de la física y otras áreas científicas que nos ayudan a comprender mejor nuestro entorno. Algunos de estos avances son claramente visibles y se perciben en forma de tecnología y herramientas de uso común.

Pero existe otro lado en la cultura popular moderna que nos ha acercado a conocer más de la ciencia, debido a diversas películas y series de televisión como The big bang theory. En esta producción, el protagonista de la historia, Sheldon Cooper, es un físico teórico que enfoca su trabajo en resolver la teoría de cuerdas. Este y muchos otros preceptos han plantado la semilla de la curiosidad en mucha gente y en este artículo, intentaré dar una explicación sencilla sobre su significado.

Los elementos básicos de la teoría

Para empezar, hay que introducirse en la física básica explicando de qué está hecho el mundo. La materia ordinaria está compuesta por átomos, que a su vez están compuestos de solo tres elementos básicos: los electrones, los neutrones y los protones.

Los electrones giran alrededor de un núcleo conformado por neutrones y protones. El electrón se considera una partícula verdaderamente elemental, perteneciente a la familia de los leptones. Los neutrones y los protones están hechos de partículas más pequeñas, conocidas como quarks.

Modelo atómico

El Modelo Estándar de física de partículas

Nuestro conocimiento actual sobre la composición subatómica del universo se resume en lo que se conoce como el Modelo Estándar de física de partículas. Este modelo incluye 12 bloques de construcción fundamentales de los que está hecho el mundo, así como las 4 fuerzas a través de las cuales interactúan.

De los 12 bloques de construcción básicos, 6 son quarks, que se presentan en diferentes versiones. Los otros 6 bloques de construcción se llaman leptones, que son el electrón, sus dos hermanos más pesados, el muón y el tauón, y tres neutrinos. Hasta aquí ya conocemos los 12 elementos fundamentales de lo que esta constituida la materia, ahora hay que conocer las fuerzas con las que interactúa.

Hay cuatro fuerzas fundamentales en el universo: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débiles y fuertes. Cada una de ellas es producida por partículas fundamentales que actúan como portadoras de la fuerza en cuestión.

La pieza faltante del Modelo Estándar

El Modelo Estándar describe el comportamiento de todas estas partículas y fuerzas con una precisión impecable, con una notable excepción, la gravedad. Por razones técnicas, la fuerza gravitacional, la más familiar en nuestra vida cotidiana, ha resultado muy difícil de describir microscópicamente. Este ha sido durante muchos años uno de los problemas más importantes de la física teórica, formular una teoría cuántica de la gravedad. Una teoría que nos explique de manera simplificada y aterrizada cómo funciona esta fuerza.

En las últimas décadas, la teoría de cuerdas se ha convertido en el candidato más prometedor para poder dar una explicación real y elaborar una descripción microscópica de la gravedad. Y es infinitamente más ambiciosa, va mucho más lejos que eso, intenta proporcionar una visión completa, unificada y coherente de la estructura fundamental de nuestro universo.

Por esta razón y a veces con bastante arrogancia, se le llama la teoría de todo. Cientificos famosos como Einstein, Stephen Hawking y muchos otros han intentado formularla, llegando a tener muchos avances, sí, pero sin llegar a completarla.

La explicación de la teoría de cuerdas

La idea esencial detrás de la teoría de cuerdas es que todas las partículas fundamentales del Modelo Estándar son solo diferentes manifestaciones de un objeto básico, una cadena o cuerda.

¿Cómo puede ser? Bueno, normalmente imaginamos un electrón, por ejemplo, como un punto sin estructura interna. Un punto no puede hacer nada más que moverse. Pero si la teoría de cuerdas es correcta, bajo un microscopio extremadamente poderoso podríamos ver que el electrón no es realmente un punto, sino una cuerda entrelazada formando un nudo. Una cuerda que puede oscilar de diferentes maneras. Entonces, partiendo de esta premisa, el mundo entero está hecho de cuerdas microscópicas.

Podemos ver una representación de esta idea en la película Lucy, cuando la protagonista accede al universo a través de una de las cuerdas para realizar una llamada teléfonica. Otro ejemplo se encuentra en la película Interstellar, cuando el astronauta interpretado por Matthew Mcconaughey se encuentra en la 5ta dimensión y puede comunicarse con su hija a través de las cuerdas invisibles de la teoría. Esto lo logra al mover las cuerdas en código morse y manipulando las manecillas del reloj que se encuentra en otra dimensión, en otro espacio.

Escena de la película Interstellar en la que se representa la teoría de cuerdas
Escena de la película Interstellar en la que se representa la realidad formada por cuerdas invisibles

Quizás lo más notable de la teoría de cuerdas es que una idea tan simple parece tener sentido. A partir de esta premisa, es posible derivar otras teorías que son al menos similares al Modelo Estándar, que se ha verificado experimentalmente con una precisión increíble.

La falta de evidencias de la teoría de cuerdas

En cualquier caso, hay que tener en cuenta que hasta la fecha no hay evidencia experimental directa de que la teoría de cuerdas sea la descripción correcta de la naturaleza. Se trata de una hipótesis en desarrollo, de la que conocemos partes pero aún no vemos la imagen completa. Por tanto, no podemos hacer predicciones ni afirmaciones definitivas.

En los últimos años se han producido muchos desarrollos emocionantes, mejorando radicalmente nuestra comprensión sobre lo que abarca la teoría. Comprobarla cambiaría el mundo, por fin podríamos entender cómo funciona la gravedad y posiblemente sería el primer peldaño para poder dominarla. Sería, en definitiva, el descubrimiento más grande que haya hecho la humanidad hasta el día de hoy y por ello es tan importante.

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