La teoría de cuerdas, una teoría de todo

El denominado “Modelo estándar de las interacciones fundamentales”, edificio teórico de una precisión sorprendente, nos permite explicar absolutamente todo experimento de física de partículas que haya sido realizado en términos de una idea presocrática: todo cuando existe está hecho de partículas indivisibles. Tanto la materia como las interacciones entre la materia (las fuerzas) están constituidas de partículas elementales, de objetos puntuales, infinitamente pequeños, que, al combinarse de distintas maneras, forman todo cuanto vemos. Es así como entendemos las fuerzas nucleares, los fenómenos electromagnéticos, los núcleos atómicos, los átomos, la química, la luz, la vida, todo. “Todo está hecho de partículas elementales”, dice la teoría; tanto la materia como las fuerzas que la aglutinan; todo; absolutamente todo; o …casi.

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Hay un único fenómeno físico que elude ser descripto en términos de partículas elementales; un único fenómeno que, paradojalmente, nos es evidente: la gravedad. La fuerza gravitatoria, a diferencia de las fuerzas electromagnéticas y las nucleares, se resiste a ser explicada en términos de partículas fundamentales. En otras palabras, la hipótesis de que todo es partículas falla al tratar de describir la omnipresente fuerza gravitatoria. Si lo intentamos, las ecuaciones chillan ante la pululación de resultados sin sentido, infinitos, indomables.

¿Debemos renunciar, entonces, a la idea de incluir a la gravedad en el mismo esquema teórico con el que pensamos el resto de la naturaleza? ¿Debemos, acaso, aceptar que la gravedad es de una naturaleza distinta?¡De ninguna manera! Para nosotros, físicos convencidos, la empresa de aprehender a la naturaleza en un esquema teórico unificado es inclaudicable. Es imperioso, por lo tanto, buscar una nueva teoría y descartar la anterior, una nueva teoría en la que tanto la gravedad como todos los otros fenómenos puedan ser descriptos de igual manera.

Existe una teoría de tal suerte: la teoría de cuerdas, una teoría que logra el objetivo de describir a la gravedad y a las otras fuerzas de la naturaleza en un marco unificado, y lo logra con la osada propuesta de que no existen partículas, sino cuerdas; que todo está hecho de “cuerdas”.

Objetos unidimensionales

Según esta teoría, tanto los constituyentes fundamentales de la materia como las distintas formas de interacción entre ellos no serían entes puntuales, tal como la física de partículas elementales propone, sino objetos unidimensionales infinitamente delgados denominados “cuerdas” o “supercuerdas”. Estos objetos remedan pequeñísimos cordeles elásticos indeciblemente pequeños que, al igual que las partículas, pueden surcar el espacio y colisionar entre sí, pero que, además de ello, y diferenciándose así de las partículas, pueden también moverse en forma serpenteante, vibrar en diferentes frecuencias, enroscarse y rotar.

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Las ventajas de reemplazar la noción de partícula elemental por la de cuerda fundamental son muchas; mencionemos las dos principales: la primera es la posibilidad de dar una descripción de la gravedad compatible con las leyes de la física cuántica. De hecho, el éxito que la teoría de partículas ha tenido a la hora de describir los constituyentes de la materia y las fuerzas nucleares y electromagnéticas es tan evidente como el fracaso rotundo que ésta ha sufrido siempre que ha intentado extender su dominio al terreno de la fuerza gravitatoria. Como decíamos, la gravedad, a diferencia de las otras fuerzas de la naturaleza, se resiste a ser descripta en términos de partículas elementales, mientras que en el marco de la teoría de cuerdas no sólo encaja consistentemente, sino que lo hace de una manera inextirpable: es imposible hablar de cuerdas sin hacerlo de la gravedad cuántica.

Rol estético-conceptual

La segunda ventaja que la hipótesis de “cuerda fundamental” tiene sobre la de “partícula elemental” es de carácter estético-conceptual, y no por eso menos apreciable. Se trata de su potencial carácter unificador, al lograr explicar cómo todas las distintas especies de elementos subatómicos existentes, fotones, electrones, quarks, neutrinos…no serían sino diferentes modos de manifestación de un único ente fundamental, la cuerda, que, vibrando a distintas frecuencias o enrollándose de variadas maneras, cumple con expresar las diversas propiedades que asignamos a las partículas. Según la teoría de cuerdas, no habría distintos elementos fundamentales, sino distintas formas en las que el único elemento fundamental puede vibrar, enrollarse o girar.

Las cuerdas son objetos unidimensionales sin espesor. Vale decir que, a diferencia de las partículas elementales, que no son puntos pequeños sino puntos sin tamaño alguno, las cuerdas sí tienen una longitud, aunque no tengan espesor. Al moverse en el espacio-tiempo, las cuerdas dibujan una estela bidimensional que se denomina “hoja de mundo” y que es el análogo de las trazas que las partículas dejan al surcar el espacio en el tiempo.

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La dinámica de las cuerdas, al comprender no sólo el movimiento de traslación que ya presentaban las partículas, sino también el ondulatorio-vibratorio propio de ellas, es rica y abstrusa: las cuerdas pueden vibrar mucho o casi no hacerlo, pueden rotar en torno a su eje o no hacerlo, pueden propagarse mientras tanto; dos cuerdas abiertas pueden unirse para formar una cerrada, una cuerda cerrada enrollarse sobre sí misma, etcétera. Es debido a la gran versatilidad de movimientos de los que una cuerda es capaz que esta teoría resulta fortísima para describir todos los componentes de la materia y sus interacciones a partir de un único objeto primordial.

No es que las cuerdas sean “muy” delgadas, sino que son «infinitamente» delgadas; no es que estén constituidas de elementos aún más pequeños, sino que las cuerdas fundamentales son el menor elemento que lo constituye todo, incluso a ellas mismas que, libres de dividirse en más cuerdas, surcan el espacio en una danza que es composición de todo lo que vemos; y son, a su vez, la razón por la que lo vemos. Como en La Ciudad Ausente, donde alguien cree recordar que Macedonio Fernández dijo alguna vez que “es una idea interesante buscar en la música los acordes fundamentales de los cuales, tal vez, derivaría todo el universo”.

*El autor es profesor de New York University. Además Gastón Giribet es un científico argentino, doctor en Física y doctor en Filosofía, radicado en Nueva York, EEUU.

Producción y edición: Miguel Títiro - mtitiro@losandes.com.ar

(Este artículo está basado en “Cuerdas y supercuerdas”, J. Edelstein y G. Giribet, RBA, 2016)