Las supercuerdas, o teoría de supercuerdas, es un apasionante campo de la física a veces llamado Teoría del Todo. Muchos piensan que es la elusiva explicación unificadora que Einstein buscó y que podría explicar todas las fuerzas conocidas en el universo.
Hasta que aparecieron las supercuerdas, los científicos tenían dos teorías opuestas sobre cómo se comportaban las leyes de la naturaleza: la Teoría General de la Relatividad de Einstein y la Mecánica Cuántica.
La relatividad general explica el mundo tal como lo conocemos en una escala bastante masiva. Describe el espacio-tiempo como un tejido deformado por la masa que representa los sistemas orbitales, las galaxias y la fuerza de la gravedad. Pero estas leyes se rompen a nivel cuántico donde una partícula subatómica no puede medirse en términos de su posición exacta en el espacio en un momento dado. También es tan probable que retroceda en el tiempo como que avance, e incluso puede parecer que está en dos lugares simultáneamente. El mundo de lo infinitesimalmente pequeño es tan extraño que los científicos acuñaron el término «rareza cuántica» para describirlo.
El problema para los físicos era llegar a una teoría que uniera el mundo que conocemos con el mundo cuántico. Una explicación para explicar las cuatro fuerzas conocidas: la gravedad, las fuerzas nucleares fuertes y débiles y el electromagnetismo. Las supercuerdas podrían ser esa respuesta.
A través de ecuaciones matemáticas se hizo obvio que la forma en que habíamos pensado previamente en las partículas como “puntos” o “bolitas” de energía era inexacta. Estos pequeños trozos de materia en realidad se comportaban más como cuerdas que se movían y vibraban. Las cuerdas son tan pequeñas que Brian Greene, físico y defensor, explica que si un solo átomo fuera del tamaño de nuestro sistema solar, una cuerda solo tendría el tamaño de un árbol. Sin embargo, las cuerdas constituyen toda la materia desde el nivel cuántico hacia arriba.
La forma en que vibran las cuerdas determina las propiedades específicas de todas y cada una de las partículas, comparando el universo con una sinfonía cósmica de supercuerdas. Pero para deshacerse de la teoría de las anomalías matemáticas, fueron necesarias seis dimensiones adicionales. Las seis dimensiones adicionales forman pequeñas formas 6-D enrolladas en cada punto de nuestro espacio. Dentro de estas formas 6-D están las cuerdas de la teoría de supercuerdas. Las seis dimensiones adicionales, más las tres, significaban que en realidad había 9 dimensiones. Agregue uno más por tiempo, y el total fue de 10 dimensiones. Por sorprendente que fuera, no fue el final.
En 1995, las diferentes teorías de supercuerdas presentaron un enigma hasta que la teoría M las unió. ¿El único truco? La teoría M requería matemáticamente una undécima dimensión. Esto presentó una nueva imagen de cuerdas mediante la cual, con suficiente energía, una cuerda podría estirarse para convertirse en una membrana flotante extremadamente grande, llamada brana para abreviar. Las branas pueden tener diferentes propiedades dimensionales y crecer hasta alcanzar el tamaño de un universo. De hecho, según la teoría, todo nuestro universo existe en una brana flotante, solo una de las varias branas flotantes que cada una sostiene su propio universo paralelo. Cada brana representa una porción de un espacio o volumen dimensional superior.
Aunque el Modelo Estándar de la década de 1970 ya unía tres de las cuatro fuerzas en una teoría unificada, la gravedad no podía reconciliarse con las tres fuerzas cuánticas. Pero un gran avance en las supercuerdas abarcó la elusiva fuerza de la gravedad, el susurro del Santo Grial de la física. Si una partícula hipotética sin masa responsable de transmitir la gravedad, el gravitón, existe a nivel cuántico como una cuerda cerrada, esto presentaría un vínculo gravitacional directo con la teoría de las supercuerdas.
La teoría predice que las cadenas pueden estar abiertas o cerradas. Los hilos abiertos, o hilos que se asemejan a pequeños pelos que se menean, tienen al menos un extremo «adherido» a la membrana como un tranvía está unido por un cable superior a una línea eléctrica. Las cuerdas pueden moverse a través de la brana pero no pueden salir de ella, lo que explica por qué no podemos ver físicamente fuera de nuestra dimensión o alcanzarla. Los átomos que componen nuestro cuerpo están compuestos de hilos abiertos que tienen extremos unidos a nuestra membrana tridimensional. Otra forma de verlo es considerar una pantalla de cine. Las personas en una pantalla parecen ser tridimensionales, pero en realidad no pueden llegar fuera de la pantalla a nuestro mundo tridimensional. Están atrapados en su mundo 3-D, al igual que nosotros estamos atrapados en nuestro mundo 3-D y no podemos llegar a las dimensiones vecinas. Los científicos se refieren a esto como grados de libertad.
Pero el gravitón es diferente. Como una cuerda o bucle cerrado sin extremos adjuntos, se teorizó que podría escapar de nuestra brana tridimensional y filtrarse a otras dimensiones. Esto explicaría por qué la gravedad es muchas veces más débil que las otras fuerzas.
Sin embargo, ¿y si lo contrario fuera cierto? ¿Qué pasa si la gravedad en una brana paralela es tan fuerte como las otras fuerzas, pero es más débil aquí porque solo se filtra hacia nuestra dimensión? Matemáticamente, la teoría de las supercuerdas funcionó de nuevo maravillosamente y finalmente presentó una explicación plausible de la debilidad de la gravedad mientras la unía con las otras tres fuerzas.
Solo quedaba un obstáculo: la teoría unificadora también debería poder explicar el Big Bang. Cuatro físicos que viajaban juntos en un tren abordaron este tema de manera informal. Uno de ellos planteó la pregunta: ¿Qué pasaría si dos branas chocaran? La respuesta matemática plausible resultó ser el Big Bang.
Los detractores de la teoría de las supercuerdas señalan la falta de pruebas y la dificultad para proporcionarlas. ¿Es solo una hermosa construcción matemática? Una filosofia? ¿O una verdadera explicación de nuestro mundo? Ninguna otra teoría se ha acercado a unificar matemáticamente las cuatro fuerzas, y mucho menos a proporcionar una explicación adicional del Big Bang. Pero demostrar que existen otras dimensiones (branas flotantes y universos paralelos) ha sido un gran obstáculo.
Sin embargo, los creyentes de la elegante teoría están ansiosos por verla demostrada, y desde entonces los científicos han descubierto que puede haber pruebas observables de cadenas astronómicamente grandes. Así, la teoría de las supercuerdas sigue ganando terreno. Al final, si tiene éxito, desde 11 dimensiones hasta universos paralelos, desde las galaxias en remolino hasta la sopa cuántica, las supercuerdas podrían ser realmente La Teoría del Todo.