La teoría de cuerdas se destaca como la hipótesis más prominente para abordar la gravedad cuántica y lograr la unificación de la física. No obstante, la comprobación de su validez enfrenta obstáculos, y uno de ellos reside en la cuestión de las dimensiones del universo.
Cuando el eminente físico Albert Einstein presentó sus trabajos a principios del siglo pasado, difundió la noción de que nuestro universo se compone de cuatro dimensiones: tres espaciales y una temporal. A lo largo de los últimos 100 años, las contribuciones de Einstein continúan siendo la piedra angular del universo cuatridimensional en el que residimos.
A pesar del éxito de la teoría einsteiniana, el siglo XX presenció la aparición de otro campo que reveló las limitaciones de las hipótesis de Einstein. La mecánica cuántica surgió para describir el mundo subatómico y se hizo conocida por su incapacidad para concordar con la relatividad general de Einstein. Cuando ambas teorías se combinan, surgen conflictos.
Esta problemática inquietó a Einstein hasta sus últimos días, dando inicio a una búsqueda ferviente de la gravedad cuántica, un dominio que aspiraba a conciliar ambas teorías. En la década de los setenta, surgió una hipótesis que captó la atención: la teoría de cuerdas, concebida como una vía hacia la gravedad cuántica. No obstante, diversos obstáculos han obstaculizado el progreso de esta hipótesis hasta nuestros días.
La cartografía de la Física
A lo largo de siglos, figuras destacadas como Galileo Galilei, Isaac Newton y Johannes Kepler erigieron los fundamentos de lo que posteriormente se desarrollaría como la Mecánica Clásica o Física Clásica. Esta rama de la física surgió como un medio para interpretar el mundo cotidiano mediante las Leyes de Newton y los principios de conservación.
Posteriormente, científicos notables como James Maxwell y Michael Faraday introdujeron la siguiente área significativa: el electromagnetismo. Esta disciplina se aventuró a explicar los campos magnéticos y eléctricos, incluso abordando la descripción de la luz.
En el siglo XX, surgieron de manera paralela dos áreas fundamentales: la relatividad general y la mecánica cuántica. Mientras que la primera buscaba describir la gravedad, la segunda se enfocaba en el mundo subatómico. Ambas se integraron posteriormente como áreas fundamentales en el campo de la física.
El desafío planteado por la relatividad general y la mecánica cuántica
Ambas áreas han logrado notables avances en sus respectivos dominios. La relatividad general ha demostrado su eficacia al explicar la gravedad en escalas que abarcan desde el sistema solar hasta objetos extremos como los agujeros negros. Estos últimos constituyen fenómenos que encuentran su explicación completa en los principios de la relatividad general, al tratarse de regiones genuinas de campo gravitatorio.
En cuanto a la mecánica cuántica, destaca por albergar el modelo más exitoso de la física: el Modelo Estándar. En la actualidad, la mecánica cuántica tiene la capacidad de describir con precisión el mundo subatómico, y cada experimento llevado a cabo, con creciente exactitud, solo sirve para reafirmar el éxito continuo de esta disciplina.
No obstante, cuando ambas teorías se entrelazan, surgen complicaciones. La mecánica cuántica parece resistirse a incorporar la gravedad, que es explicada por la relatividad general, en su ámbito. Sin embargo, la existencia misma de singularidades en los agujeros negros plantea la necesidad de una explicación que involucre ambas teorías.
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Ante esta limitación, emerge la necesidad de una nueva disciplina conocida como gravedad cuántica. El propósito de la gravedad cuántica es abordar el dominio donde tanto la mecánica cuántica como la relatividad presentan dificultades. En esencia, busca lograr la unificación de estas dos áreas.
A pesar del interés de físicos prominentes como Albert Einstein, Stephen Hawking y Robert Oppenheimer, la gravedad cuántica ha enfrentado dificultades para establecer una base sólida. En la década de 1970, un grupo de físicos inició la exploración de una nueva hipótesis que podría ser la clave para la gravedad cuántica: la teoría de cuerdas.
¿En qué consiste la teoría de cuerdas?
La concepción más convencional de las partículas las representa como puntos unidimensionales. En nuestra mente, a menudo las imaginamos como diminutas esferas. Sin embargo, en el ámbito de la física de partículas fundamentales, se les considera puntos reales sin volumen. En marcado contraste, la teoría de cuerdas postula que cada partícula es, en realidad, una cuerda.
La teoría de cuerdas dice que cada partícula es en realidad la vibración de cuerdas extremadamente pequeñas, en el límite de lo que conocemos.
Cada partícula se concebiría como una vibración única de esta cuerda. Incluso las fuerzas fundamentales serían interpretadas como distintos tipos de vibraciones. Así, la teoría de cuerdas presenta la capacidad de incorporar la fuerza gravitatoria de manera natural y sin inconvenientes significativos.
Más de cuatro dimensiones
Para dar cabida al número de partículas y fuerzas necesarias, nuestro universo de cuatro dimensiones resulta insuficiente. Por esta razón, en cada iteración de la teoría de cuerdas se postula la necesidad de agregar una nueva dimensión. Actualmente, investigaciones recientes sugieren que, de ser correcta la teoría de cuerdas, el universo debería tener entre 10 y 11 dimensiones.