Locos por la Geología

Hace ya mucho, les expliqué la Ley de la Gravedad Universal como una de las fundamentales en la Geología. Por entonces describimos el comportamiento observable de esa elusiva fuerza que sin dudas se ejerce sobre todas las masas. Inclusive hablamos del valor de la Constante Universal y aplicamos la ley en fenómenos como la Isostasia o la remoción en masa, y contamos cómo se la utilizó para «pesar» la Tierra, pero…

…pero nunca hablamos de las causas de su existencia, ni de su comportamiento, porque  para ser honestos, su conducta es problemática. Tanto, que para explicar sus «rarezas» en el marco de la física cuántica, se debió recurrir a un nuevo modelo teórico conocido como «Teoría de Cuerdas».

Como no es un tema específicamente geológico y no soy especialista en ese campo, me metí con esta teoría por curiosidad personal, y encontré el tema tan atrayente que se me ocurrió generarles un post tan sencillito como se pueda, simplemente para ampliar nuestros propios puntos de vista.

¿Qué conceptos previos conviene mencionar?

Dentro del marco de la física cuántica, se explican las grandes fuerzas de la naturaleza en función de la existencia de ciertas partículas fundamentales, correspondiendo el fotón para explicar la luz, el electrón representa las cargas negativas, y el bosón es la masa, mediando entre ellos. Queda por explicar aún la gravedad, pero veamos antes otras premisas.

Recordemos que un quantum, cuanto o quanto es la menor cantidad discreta de energía que puede ser emitida, propagada o absorbida por la materia, y que entonces se requieren los bosones para ser los receptores o emisores de esos cuantos. En otras palabras, los fotones, por ejemplo no interactúan unos con otros sino a través de partículas cargadas, y allí aparece la rebelde del caso, que no es otra que la gravedad, que fue teorizada en la aproximación cuántica como la partícula elemental denominada gravitón que debería actuar como las otras, aprovechando la mediación del bosón de gauge.

Pero en los hechos, aparentemente los gravitones interactúan entre sí, y no responden a ninguna de las modelaciones matemáticas de la teoría de partículas, es decir que hay una interacción gravitatoria en la mayoría de los modelos de gravedad cuántica.

Para resolver y explicar esta inconducta de los gravitones es que surgió la Teoría de Cuerdas.

¿Qué es en esencia la Teoría de Cuerdas?

La Teoría de Cuerdas es una hipótesis científica según la cual las partículas subatómicas, que en en nuestra escala de percepción aparecen como puntuales, de ser observadas con mayor detalle se verían en realidad como estados de  vibración de objetos con la configuración de cuerdas o filamentos. Y los efectos observables resultarían de los modos en que ellos vibraran en distintos contextos.

¿Qué advertencia es necesaria en este punto?

Dos son en realidad las advertencias. La primera es que no existe hasta el presente comprobación experimental, de modo que se trata de un modelo meramente teórico que podría tanto ser enteramente real como enteramente falso.

Y la otra advertencia es que no hay tampoco un modelo único, sino que existen varias formulaciones diferentes, que también podrían considerarse como simples variaciones en el modo de interpretar un mismo fenómeno.

Los cinco modelos que hoy discuten los científicos son los conocidos como: I; IA; IB; SO(32) y E8xE8. Si alguno es el correcto, si todos lo son sólo parcialmente o si todos son falsos es todavía una incógnita.

¿Cuáles son las ideas fundamentales sobre las que se basa la Teoría de Cuerdas?

Tres son los conceptos que podrían considerarse los cimientos de la teoría:

1. El concepto de cuerda. Como dijimos más arriba, las partículas elementales no serían puntuales sino cuerdas abiertas y en vibración, salvo el gravitón que sería una cuerda cerrada como un anillo, lo que explicaría su diferente comportamiento. Surgiría de una cuerda abierta que se va flexionando hasta cerrarse sobre sí misma y generar un campo gravitacional en su entorno. Las cuerdas abiertas a su vez podrían fusionarse entre sí, o por el contrario dividirse en dos segmentos. En ese caso entre ambos se generarían las repulsiones propias de las cargas de igual signo. Como todo el modelo, la existencia de las cuerdas aún debe comprobarse.
2. Dimensiones extra en el espacio y «compactificación». Las cuerdas en espacios tridimensionales explican hasta el nacimiento del gravitón, pero no reflejan su posterior comportamiento. Tampoco agregando una o dos dimensiones la conducta del gravitón deja de ser aberrante; sólo al llegar al menos a nueve dimensiones la actividad gravitacional es predecible. En dimensiones casi infinitesimales, el espacio da cabida a todas las dimensiones requeridas para un complicado empaquetamiento que se ha denominado compactificación.
3. Branas. En las dimensiones compactificadas hacen su aparición las branas, que no son sino las diversas dimensiones del espacio en las que se fijan o «anclan» las cuerdas por alguno de sus extremos o por ambos, ya que no son infinitas sino de tamaño limitado. Las branas en definitiva ocupan todo el espacio y pueden cruzarse entre sí, dotando a las cuerdas de multiplicidad de movimientos, como los que representa la imagen que ilustra el post, y que son imposibles en espacios tridimensionales. Esos movimientos generan numerosos fenómenos distintos. Un ejemplo es que una cuerda con un extremo anclado en una brana de carga eléctrica, y el otro en una brana de color, da lugar al surgimiento de un quark. En definitiva, tanto los fotones, como los electrones, neutrinos y quarks, no serían sino cuerdas con extremos anclados en distintas branas, de resultas de lo cual tendrían sus peculiares características.

¿Qué posibilidades abriría esa concepción teórica?

Las posibilidades de organización de las cuerdas en este contexto no darían un modelo único, ya que la manera de compactificar 9 dimensiones no es una sola sino que se multiplica por millones de millones, generando el concepto de «landscape» que en este contexto no significa paisaje, sino la representación de las casi infinitas posibilidades resultantes.

Esta premisa conduce a otro concepto: el de «Multiverso», que no se refiere a un verso múltiple, como podrían esgrimir los opositores a esta concepción, sino a las múltiples formas de universo que podrían existir, y entre los cuales, el que conocemos sólo sería una de los probables. ¿Les suena lo de universos paralelos?

En suma, es una hipótesis interesante, aunque sea meramente especulativa, y por ese motivo, muy cuestionada por muchos científicos que la consideran simplemente como una salida cómoda que usan algunos de sus colegas, para explicar muchos comportamientos de la materia y la energía, sin tener que decir «No tenemos idea de por qué sucede esto». No obstante, conocerla- aunque sea muy someramente- es importante, porque aparece recurrentemente en muchos trabajos de Física teórica.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post fue tomada del siguiente video del IFT (Instituto de Física Teórica).