La Teoría de Cuerdas es una teoría, desde un punto de vista matemático y conceptual, bella y extremadamente interesante, no obstante, abordarlo de manera sencilla y en la medida de lo posible amena tiene su complejidad y por eso no lo había hecho hasta ahora. Finalmente, y después de la sugerencia dejada en este mismo blog por Hammer de tratar este tema,  he aceptado el desafío: plasmar en no más de lo que ocuparía una página de tamaño A4 una breve aproximación a la teoría de cuerdas y despertar  con ello la curiosidad que anime a profundizar en su estudio. 

Hace muy poco, en el post sobre la Teoría del Todo hice la primera mención en este blog a la Teoría de Cuerdas.  La Teoría de Cuerdas es una de las hipótesis que se establecen para definir una Teoría del Todo. Es decir, sería, como ya califiqué en un post anterior, el Santo Grial del conocimiento que todo científico soñaría lograr. La teoría presenta no obstante muchas críticas y carece además de las evidencias necesarias para poder calificarla a día de hoy como la madre de todas las teorías, sin embargo, he de decir que eso pasó también en el pasado con otras tantas teorías, como el electromagnetismo, hasta que finalmente fueron completamente aceptadas.

Actualmente, lo que fueron cinco teorías de cuerdas diferentes se ha pasado a unificar en una sola teoría, Teoría M o Teoría U, al considerarse todas ellas casos particulares de la Teoría M. A las relaciones establecidas entre cada una de las cinco teorías de cuerdas iniciales (Tipo I, Tipo IIB, Tipo IIA, Heterótico-0, Heterótico-E) se las denomina dualidades. Las 5 teorías de cuerdas primitivas eran capaces de explicar lo que sucedía cuando las partículas chocaban a gran energía entre sí pero dejaba en un enigma el concepto de gravedad que ocasiona la curvatura espacio-tiempo por efecto de la masa. 

En la Teoría de las Cuerdas las partículas pasan de ser objetos puntuales a estados vibracionales, "cuerdas", que dan lugar a masas con diferentes cargas que se interpretan como partículas fundamentales, al igual que las cuerdas de un instrumento musical producen notas diferentes en función de la frecuencia de oscilación. A menor longitud de onda, o lo que es lo mismo a mayor frecuencia de oscilación, la Teoría predice una mayor masa de la partícula que representa.

Las branas es un concepto resultado de la evolución de la convulsa y cambiante Teoría de Cuerdas que quiere representar un límite entre dimensiones. Si bien inicialmente la teoría de cuerdas se manejaba con cuerdas unidimensionales ahora se piensa que pueden existir también estados vibracionales de más dimensiones. Un punto sería una 0-brana, una cuerda una 1-brana, una membrana o superficie una 2-branas..., así hasta 10 u 11-branas. Contadas las cuatro dimensiones, espacio-tiempo, conocidas, nuevas dimensiones, hasta  seis o siete, conformarían las llamadas dimensiones inobservables. Se dicen inobservables por estar "compactadas", es decir, enrolladas entre sí con un radio de curvatura extremadamente pequeño que las hacen inobservables.  Conocido esto ¿no debería cambiarse el nombre a la Teoría de Cuerdas por Teoría de Branas?

El físico británico Paul Townsend es el padre de la teoría de las p-branas.

¿y si nuestro universo fuera un universo membrana de 3-branas dentro de un espacio-tiempo de hasta once dimensiones?. La Teoría M piensa que pueden existir múltiples universos constituidos por diferentes p-branas. De esta manera y tal como escribí en el post "Los limites del espacio exterior" pudieran existir tantos universos como combinación de decisiones posibles pudiéramos tomar en nuestra vida.

Seguro que más de uno pensará que eso de los Universos Paralelos es más propio de un friki sin formación académica que de un razonamiento sesudo venido de complejas elucubraciones de nuestra realidad. Sin embargo, a aquellos que prefieren creer que la verdad se encuentra tan sólo en aquello que les viene dado desde su limitada experiencia yo les propondría que reflexionarán sobre lo increíble de tantas otras experiencias de las que no sabemos nada. Tan sólo hay que mirar una noche estrellada al firmamento y mientras recibimos la luz destellante de infinitos cuerpos celestes preguntadnos que hay más allá de nuestra limitada visión.

En aras a conseguir una mayor comprensión intelectual de lo que significa un mundo con más de tres dimensiones espaciales, algunos matemáticos han ideado algunas representaciones visuales que al menos nos permiten intuir lo que se esconde detrás de ese extraño mundo que nuestro cerebro se resiste a aceptar.

Se trata de la representación de un cubo en cuatro dimensiones espaciales compuesto por dos cubos tridimensionales que han sido desplazados entre sí sobre un cuarto eje dimensional perpendicular a los tres ejes conocidos. Lo que vemos en nuestra mente encerrada en tres dimensiones no son cuatro dimensiones sino la sombra proyectada por las cuatro. 

El hipercubo está formado por 8 celdas cúbicas, 24 caras cuadradas, 32 aristas y 16vértices.

Podríamos decir que la sombra del hipercubo sería la formada por un cubo metido dentro de otro con sus esquinas unidas a las esquinas del cubo que lo contiene, pero esto, como dije, es sólo una sombra, la representación real está vetada para nuestra limitada mente. No obstante, podemos hacernos una idea de lo que significa dejándonos llevar por el poder hipnótico de la animación del tesaracto.

¿Podrías imaginar una botella que carece de interior ni exterior? Los amantes de las matemáticas disfrutarán de esta solución de la topología ideada por el matemático alemán Félix Klein.  Se trata de una botella imposible en un mundo tridimensional euclidiano consistente en una suerte de botella cuya base se vuelve hacia la entrada de la botella atravesándola desde un lado para fusionarse con la entrada.

La botella de Klein es una superficie cerrada no orientable. En Topología una superficie no orientable es aquella que no puede mantener el sentido del vector normal, perpendicular, a la superficie. Existe una web en Internet que se dedica a vender botellas de Klein, pero si bien estas construcciones son buenas aproximaciones del modelo matemático no son exactamente botellas de Klein por pertenecer estas a un mundo al que no tenemos acceso.

La botella de Klein se puede obtener uniendo dos cintas de Mobiüs por sus bordes. Puedes saber que es una cinta de Möbius en el post "Ciencia Mágica".

LHC (El gran colisionador de hadrones)

Uno de las mayores polémicas en torno al famoso gran acelerador de hadrones se produjo cuando se declaró que uno de los posibles efectos de la aceleración de partículas hasta una determinada energía era la generación de un agujero negro. No faltaron los que, ávidos de noticias apocalípticas, se lanzaron a pronosticar el fin del mundo al ser absorbida la Tierra por el indómito agujero negro. La realidad es que el agujero negro, de producirse, tendría una vida tan corta y un poder de absorción tan pequeño que nadie más que los detectores del LHC darían cuenta de su existencia. En el post "LHC. El acelerador de partículas que pudiera cambiar el mundo" hablo con más detalle de este acelerador. 

En la Teoría M un agujero negro se genera por la intersección de varias cuerdas en las dimensiones adicionales del espacio-tiempo. Stephen Hawking declaró que, en caso de que se produjera el agujero negro anunciado, sería una gran noticia por evidenciarse una nueva realidad multidimensional que hasta ahora solo existe en la mente de los eminentes científicos que la teorizaron. Hawking, en su famoso libro "El Universo en una cascara de nuez", declara su resistencia a creer en dimensiones extras a las conocidas pero deja una oportunidad a la duda y manifiesta su gran interés en los resultados que pudiera ofrecer el LHC que cuando escribió dicho libro se encontraba aun en construcción. 

Los fans de la teoría M, entre los que me encuentro, recibimos hace poco un jarro de agua fría al hacerse público un informe, con algunos de los resultados obtenidos hasta el momento por el LHC, en el que no había ninguna muestra de creación de microagujero negro alguno. Esto, aunque no tiene porque invalidar la teoría M, si que le resta posiciones en el ranking por la obtención de la gran Teoría del Todo. El LHC, aunque reproduce momentos muy cercanos al origen de los tiempos, el Big Bang, no llega a reproducir las altas energías que se provocaron en el tiempo cero.

Independientemente de que finalmente la teoría tratada en este post quede refutada o no, lo cierto es que dicha teoría nos hace despertar la imaginación hacia nuevas realidades intrigantes de la que aún sabemos muy poco. Y he de decir que tenemos Teoría de Cuerdas para rato como muestra la creación de una nueva teoría que avanza un paso más al añadir una nueva dimensión a las actuales once dimensiones de la Teoría M, se trata de la Teoría F del físico iraní Cumrun Vafa.

Como ya he repetido varias veces en este blog, la dificultad de abrirse a estas descripciones de la realidad radica en la incapacidad de recibirlas a través de nuestros limitados sentidos capaces tan sólo de percibir en cuatro dimensiones espacio temporales. No obstante, que nuestro cerebro de mono no sea capaz de percibir algo no quiere decir que algo no exista. 

Como dijo Bruce Lee: