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| Theodor Kaluza |
En palabras de Edward Witten, la teoría de cuerdas es una teoría
física del siglo XXI que apareció por accidente en el siglo XX. Concretamente
en 1919 Theodor Kaluza, partiendo del principio de la relatividad general de
Einstein (véase el post correspondiente) utilizó un modelo espacio-tiempo de
cinco dimensiones para tratar de unificar la gravitación y el electromagnetismo.
Más tarde, en 1926, Klein matizó el trabajo de su colega, de forma que quedó
perfilada la que llamamos teoría de Kaluza-Klein, más conocida como teoría de cuerdas.
Diversas hipótesis acerca del hiperespacio sugieren que existen otras dimensiones
aparte de las que aceptamos habitualmente. En estas hipótesis hiperespaciales,
acaso más cercanas a la ciencia-ficción que al mundo real, las leyes de la
naturaleza se vuelven mucho más sencillas y elegantes si se expresan con todas
estas dimensiones adicionales.
La teoría
de cuerdas utiliza
esencialmente para el campo gravitatorio las ecuaciones
de campo de Einstein planteadas
en un espacio-tiempo de cinco dimensiones, y por otro lado las ecuaciones de Maxwell para el campo
electromagnético. En 1926 Oskar Klein combinó las ideas de Kaluza con
algunos principios de la mecánica cuántica para dar una estimación de la
cuantización de la carga y, puesto que en las ecuaciones aparece un campo
escalar extra, se apunta la inobservabilidad práctica de la dimensión adicional
o quinta dimensión.
Se trata ciertamente de una teoría
de una abstracción extraordinaria con un uso sutil de las matemáticas. Quizá
por eso la teoría de
cuerdas produce una serie
de sorprendentes resultados matemáticos en diversas áreas del conocimiento que
en principio parecen muy alejadas de la física. Esto quiere decir que la teoría de cuerdas no va mal encaminada, o al menos así
lo manifiestan aquellos científicos que en el momento actual poseen los
suficientes conocimientos matemáticos como para comprender en toda su dimensión
todas sus implicaciones. En la teoría de Kaluza-Klein original a una entidad
geométrica de d dimensiones convencionales se le
asocia una entidad de dimensionalidad d+1.
Un punto del espacio-tiempo tetradimensional es una curva cerrada (d=1), y la trayectoria (d=1) de dos partículas que colisionan puede
representarse mediante dos tubos que se unen (d=2).
Según la teoría de cuerdas algunas de las partículas elementales,
por ejemplo los quarks y
los fermiones (que incluyen electrones, protones y neutrones)
pueden representarse mediante unas entidades inconcebiblemente pequeñas y
esencialmente unidimensionales llamadas cuerdas. Los bucles de
cuerda se desplazan en el espacio tridimensional convencional, pero además (y
esta es la gran novedad de tan extraordinario hallazgo teórico) son capaces de vibrar en
dimensiones espaciales más altas. Del mismo modo que vibran las cuerdas
de las guitarras produciendo notas diferentes, estas particulares cuerdas
vibran, y según la “nota” en la que lo hacen, percibimos una partícula u otra,
lo que explicaría la enorme variedad de partículas que han sido detectadas
hasta la fecha.
Hay formulaciones aun más atrevidas
como la teoría de
supercuerdas que predice un universo con once o doce dimensiones. Los
expertos en la materia aseguran que las dimensiones más altas que las tres que
conocemos, se compactan o se repliegan en estructuras complejas conocidas como espacios de Calabi-Yau,
de manera que las dimensiones adicionales resultan en esencia invisibles.
Para nosotros, los no iniciados, hay mucha mística en todas estas ideas. Sin
embargo, los miembros del selecto grupo de privilegiados capaces de comprender
su desarrollo matemático aseguran que todo cuadra a la perfección. Procuraremos
seguir informados.
Creo
haber encontrado el eslabón perdido entre el animal y el hombre civilizado: somos
nosotros.
Konrad Lorenz.
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