LA TEORÍA DEL TODO

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¿LA ECUACIÓN DE DIOS?

Neall Machado

Pontificia Universidad Católica del Ecuador-Carrera de Biología

TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS © Copyright 2019/18/12

 

TEORÍA DE CUERDAS  DE LA FÍSICA QUÁNTICA

Desde el principio de la humanidad se buscó dar explicaciones a fenómenos naturales, la mayoría de estas explicaciones eran creadas en relación a la imaginación y el entorno de aquellos tiempos, conforme la ciencia y la filosofía surgieron se empezó a cambiar el “marco de visión” para dar explicaciones más coherentes y comprobables.

En la antigua Grecia, allá por el siglo cuarto antes de nuestra era, un filósofo llamado Demócrito se empezó a cuestionar, por qué el universo funcionaba como funcionaba y de que estaba hecho. Demócrito pensó que si se partía algo en dos y luego se volvía a cortar una de sus partes y así sucesivamente se debería llegar a un punto en donde se encontraría un objeto que fuera indivisible, llamó a este objeto hipotético átomo (no cortable) (Tonatiuh, 2018).

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En 1804 John Dalton descubrió que estas “esferas” indivisibles realmente existían, luego Niels Bohr expuso que estas no eran esferas indivisibles como tal, sino que más bien estaban formadas por partículas más pequeñas llamadas protones, neutrones y electrones y según el principio de exclusión de Pauli, su cantidad y forma determina si se trataran de átomos de distintos elementos, ya sean de un átomo de carbono o uno de oro. La pregunta que surge es ¿de qué están hechas estas partículas subatómicas? (Tonatiuh, 2018).

Según el modelo estándar, están hechas de otras partículas fundamentales con 3 familias de partículas subatómicas con 6 sabores, 3 colores por sabor (en realidad son números cuánticos denominados colores, evitando así la violación del principio de exclusión de Pauli antes mencionado, para que los cuarks “q” no sean iguales uno tiene un color y otro tendrá un color diferente), estos colores y sabores están descritos por una teoría formal, rigurosa y matemática, llamada la cromodinámica cuántica, que describe la fuerza nuclear fuerte y matemáticamente descrita por un grupo de simetría SU(3) (Javier, 2019).

 

La cromodinámica cuántica describe los colores de los quarks, por ejemplo, quarks rojos, azules y verdes con traslapes entre ellos pueden provocar otros colores, rojo y azul pueden formar magenta, rojo y verde amarillo, etc. El centro será de color blanco por un traslape entre los colores principales antes mencionados el verde, azul y rojo (Javier, 2019).

De esta forma la unión entre quarks “q” de colores rojos, verdes y azules formarán un protón, también existen anti quarks con anti colores (anti color rojo, anti color verde, anti color azul), que constituyen a un anti protón. Con estos números cuánticos se puede describir los diferentes estados de los hadrones, las combinaciones de estos quarks coloridos siempre tienen que ser blancas para que sus subpartículas puedan ser “visibles”, permitiendo crear una gran variedad de partículas del modelo estándar como landas, kaones, protones, neutrones, etc. (Javier, 2019).

Aunque el modelo estándar es consistente con los experimentos tiene muchos fallos y deja varias preguntas sin responder como, por ejemplo:

  •         No se sabe el porqué de que las fuerzas tengan ciertos parámetros arbitrarios denominados constantes (como los parámetros de Higgs, la masa de los quarks, las parejas de gauge y la constante cosmológica de la relatividad y más…) y no otros (José, 2016).
  •         O porque los neutrinos tienen masa, si hay partículas de la materia oscura, pero sobre todo el más complejo, el de donde sale la gravedad.

Es de este contexto donde surge la teoría de cuerdas, abriéndose así las puertas a una de las teorías más importantes del momento.

No hay una sola teoría de cuerdas, en realidad es un marco teórico con 5 teorías, cada una con “enfoques” diferentes. Las cinco realizaciones de las ideas se engloban en estos postulados, A, IIA, IIB, SO(32), 58X58. Estas teorías están conectadas por dualidades, esto quiere decir, que con ciertas transformaciones se puede convertir una teoría en la otra y viceversa, por lo que cada teoría de cuerdas habla de lo mismo, pero se comunican de maneras distintas, equivalente a nuestros sentidos que perciben el mismo mundo de una manera diferente, por lo que al igual que es más sencillo detectar sabores con la boca que con el olfato, a ciertos cálculos que son fáciles de obtener que una teoría pero más complicados con otras, estas dualidades siguen siendo estudiadas, pues pueden llevar a la teoría M (otra teoría de súper unificación) (José, 2016).

Física del siglo XXI que cayó en el siglo XX, así se describe a la teoría de cuerdas, el por qué tanto misterio y tantas menciones en adaptaciones cinematográficas y relatos de ciencia ficción a esta teoría, es por la complejidad que tiene, además, que lo que representa es invaluable, siendo uno de los más anhelados sueños de la física el poder explicar mediante una ecuación el comportamiento de los átomos y hasta la formación de las galaxias, en otras palabras, el poder entender el origen del cosmos mismo (José, 2016).

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Con el descubrimiento de la física cuántica surgieron nuevas preguntas, las partículas más pequeñas que el átomo perdían su comportamiento determinista de la mecánica clásica conforme más diminutas eran, hasta el punto de que la herramienta más utilizada para poder describir su comportamiento era el cálculo probabilístico, con por ejemplo el principio de indeterminación de Heisenberg ( que habla de que no se puede saber la posición y la trayectoria de una partícula al mismo tiempo, solo una a la vez). Mediante la mecánica cuántica se puede explicar tres de las cuatro fuerzas fundamentales del universo (Tonatiuh, 2018).

Dentro del átomo “operan” las fuerzas fundamentales de la naturaleza (en realidad no son fuerzas son más bien interacciones, haciendo justicia a las acciones puntuales transmitidas por agentes mediadores), como la fuerza fuerte que mantiene unidos protones y neutrones en el núcleo y la fuerza débil responsable de la radioactividad, produciendo la transformación de un protón más un electrón, en un neutrón y un anti electrón (este es el motivo por el cual en la física actual el concepto de fuerza fue reemplazado por interacciones mediante partículas portadoras), responsable de que ciertas partículas se conviertan en otras. Mediante la mecánica cuántica también se puede explicar la fuerza electromagnética, la cual tiene como su partícula de interacción a los fotones (Tonatiuh, 2018).

Por otro lado, la teoría de la relatividad (que en realidad no es una teoría como tal, debido a que ha sido comprobada en varias ocasiones como en el eclipse estudiado por Arthur Eddington, un famoso astrofísico, o actualmente por el primer hoyo negro observado), que explica el comportamiento de la gravedad, teniendo como partícula de interacción el gravitón.

Albert Einstein pasó el resto de su vida buscando una teoría que pudiera unificar las cuatro fuerzas, pero el resultado siempre “tendía” a infinito, siendo cálculos muy complejos con resultados incoherentes (Tonatiuh, 2018).

La teoría de cuerdas se puede entender con tres ingredientes esenciales: a) el primero será la cuerda, que en vibración formará las partículas conocidas, por lo que todos los componentes de la realidad estarán constituidos por un mismo objeto, las cuerdas también explican cómo las partículas interaccionan, en algunos modelos las partículas del modelo estándar serán representados con cuerdas abiertas a excepción del gravitón, que será una cuerda cerrada.

Dos cuerdas abiertas pueden combinarse y formar una cuerda más larga abierta, y este a su vez puede partirse por la mitad y formar otras dos cuerdas, así se explicaría cómo interaccionan las partículas que existen, por ejemplo, la interacción entre los fermiones (partículas con espín semientero), el cómo los electrones se repelen. Por otro lado, una cuerda abierta se puede plegarse y volverse una circular cerrada, esta sería la manera en que la materia emite los gravitones atreves de los campos gravitacionales (José, 2016).

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Estos filamentos serían tan diminutos que no se podrían detectar ni con los aceleradores de partículas de futuras décadas, pero se especula que puede haber rastros de su existencia en el universo primitivo. Cuando la energía era enorme para que pudieran manifestarse.

b) El segundo ingrediente serán las dimensiones extra; y,

c) el tercero son las branas, son donde están “ancladas” estas cuerdas, además son las que llenan todo el espacio, las distintas teorías de cuerdas predice la existencia de branas de diversas dimensiones, que incluso se pueden estirar por las dimensiones extra, además estas branas pueden intersecarse con otras branas dando así mayor libertad de “movimiento” a las cuerdas unidas a estas. En teoría una cuerda podría estar unida a dos branas intersecadas, esto le otorgaría nuevas propiedades a la cuerda, la idea es que todas las partículas del universo sean cuerdas ancladas a distintas branas, teniendo así diferentes características (José, 2016).

Tanto el espacio o como están compactificadas las cuerdas y la estructura de las branas, afectarán la vibración de las cuerdas, influyendo en el número de partículas, la fuerza de su interacción o inclusive en su masa, por lo que la compactificación determinará en parte las leyes de nuestro universo tal y como lo conocemos (José, 2016).

En la teoría de cuerdas básicamente se postula que las partículas subatómicas no son puntos adimensionales como se conciben en el modelo estándar, sino más bien son cuerdas unidimensionales con una media de la longitud de Planck (la distancia de mínima medida del universo, en otras palabras, el pixel de la realidad). En teoría estas cuerdas a bajas energías se pueden describir de manera efectiva con la teoría cuántica de campos (las partículas son excitaciones puntuales de campos), y se moverán y vibraran siguiendo diferentes frecuencias y patrones determinados por el espacio multidimensional en el que se mueven, la manera en la que vibran, determinará qué partículas son ya sean fotones, neutrinos tau, etc… (parecido al fenómeno de resonancia que ocurre cuando se hace vibrar una cuerda de guitarra, dando como resultado diferentes notas).

Pero, ¿qué es esto de espacio multidimensional?, al tener que ser matemáticamente estrictos, la teoría de cuerdas requiere que estas vibren en las dimensiones espaciotemporales. ¿ahora cuántas dimensiones existen?, usted me puede decir que tres, largo, ancho y alto y una cuarta dimensión temporal. Lo puede deducir al simplemente mirar en su entorno, puede medir y calcular estas longitudes con álgebra vectorial básico, pero hace mucho tiempo que la ciencia dejó de ser “coherente” o “lógica”, actualmente la ciencia se basa en los resultados de la praxis, por ejemplo, el bosón de Higgs o la partícula de Dios (responsable de la masa de toda la materia, por los campos de Higgs), que fue recientemente añadida al modelo estándar, fue encontrada a través del gran colisionador de partículas LHC ubicado en la organización europea para la investigación nuclear cerca de Ginebra, no fue detectado directamente, más bien se encontraron sus “huellas”, el cómo interactúa y afecta a otras subpartículas como los electrones, que se producen con regularidad en los súper colisionadores (Kaku, 2017).

Por lo que la teoría de cuerdas requiere de 10 dimensiones diferentes, la nueva pregunta es ¿dónde están entonces las otras seis dimensiones?, una de las explicaciones más aceptadas dice que estas dimensiones extra son microscópicas, incapaces de ser vistas con el microscopio más potente de tecnología actual, están de alguna forma enrolladas en la escala de Planck, a esto se le llama la compactificación, una analogía muy común para este término tiene que ver con las hojas de papel, si usted ve una hoja de papel a una distancia considerable la verá plana, pero conforme se acerque más y más notará sus relieves o incluso que está arraigada, se evidenciará su profundidad (Kaku, 2007).

Las cuerdas existen en un espacio multidimensional llamado espacio de Calabi-Yau, de ser reales estas diminutas dimensiones, se podría explicar la existencia de las partículas virtuales (partículas que aparecen con un tiempo de vida tan cortos, que desaparecen casi instantáneamente, ejemplo los electrones virtuales) sin que se sepan de dónde viene o a donde van (aunque en la actualidad se habla de que las partículas surgen de la excitación de un campo). Estas cuerdas están compuestas de energía, por lo que es consistente con la ecuación relativista al decir que la materia está hecha de energía, con la famosa ecuación:

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(esta es la ecuación completa)

Ciertas cuerdas cerradas serían los complicados gravitones (partículas de interacción de la gravedad) que no encajan con el modelo estándar.

Una curiosidad de la teoría de cuerdas es que, de ser cierta describe todas las leyes de nuestro universo pero también millones de otras leyes con sus constantes que no existen, permitiendo crear así el hiperespacio, existiendo no solo una sino millones de maneras de crear un universo con sus propias leyes (mejor conocido como landspace o multiversos), los físicos teóricos que la defienden afirman que son leyes y constantes de otros universos, pudiendo esto indicar que nuestro universo surgió de la colisión de otros universos o de la división de un universo en pares (Kaku, 2007).

Hasta la fecha no se ha comprobado que esta sea la teoría del todo, es más, existen teorías que tienen más probabilidad de ser la teoría definitiva, como la de las súper cuerdas, la teoría M o la de la súper gravedad de Kaluza Klein. La teoría de cuerdas es muy discutida entre los científicos, pero al fin y al cabo la naturaleza siempre tendrá la última palabra.

Y de ser esta la teoría definitiva, implicaría que se habría logrado descubrir la “firma” de Dios, que todo lo que existe es producto de cuerdas que vibran en diferentes frecuencias y tonos, cada objeto, cada materia, cada ser, sería una melodía, incluso el universo entero sería espectáculo de una inmensurable y compleja sinfonía (Tonatiuh, 2018).

Bibliografía:

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