10 Teorías

Trabajo de investigación

Teoría de cuerdas

La teoría de cuerdas pretende convertirse en la gran teoría del todo. Hoy, es la teoría que ofrece mayores expectativas de unificar las cuatro grandes fuerzas de la Naturaleza: electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y gravedad. Lo que equivale a unificar física cuántica y relatividad. Retoma la tarea que Einstein dejó inacabada.

La teoría de cuerdas surgió a finales de los 60. Era una teoría extravagante, que sólo llamó la atención de unos pocos y nunca se tomó en serio. Pero desde mediados de los 80 hasta hoy, se ha hecho cada vez más popular. El modelo estándar, que domina la física actual, sigue planteando muchos interrogantes y algunas contradicciones. La teoría de cuerdas parece dar respuestas. El problema es que, con los medios de que disponemos, es imposible de comprobar. Esto hace que muchos científicos la rechacen, por considerarla una teoría filosófica más que física. En el mundo científico, tiene tantos defensores como detractores.

Presupone que las partes más pequeñas son filamentos de energía. Una especie de cuerdas que vibran. Cada tipo de vibración produce un tipo u otro de partícula, con cualidades distintas. Igual que las vibraciones de las cuerdas de un violín producen distintas notas. Las cuerdas serían muchísimo más pequeñas que un quark, por eso no podemos verlas. Aunque sí pueden deducirse matemáticamente.

La teoría de cuerdas tiene distintas versiones. Una de ellas, la teoría M, cree que una especial vibración de cuerdas daría lugar a una partícula llamada gravitón, que sería la responsable de la gravedad. De esta forma unificaría la gravedad, algo que hasta ahora no ha logrado el modelo estándar.

Las cuerdas más grandes formarían una especie de membranas circulares o branas. Cada membrana sería un universo. El choque entre dos branas produciría un nuevo Big Bang y un nuevo universo. El nuestro sería sólo uno entre muchos. No habría comienzo ni final, sino ciclos entre un Big Bang y el siguiente.

La teoría defiende la existencia de diez dimensiones espaciales y una temporal. Esas dimensiones estarían en las propias cuerdas, y por eso no las vemos. Por ahora, no hay pruebas de que la teoría de cuerdas sea correcta ni de que no lo sea. Arthur Eddington decía que el mundo no sólo es más extraño de lo que imaginamos, sino incluso más extraño de lo que podemos llegar a imaginar.

La paradoja de Schrödinger

El gato de Schrödinger es la paradoja más popular de la cuántica. La propuso el nobel austríaco Erwin Schrödinger en 1935. Es un experimento mental que muestra lo desconcertante del mundo cuántico. Tiene distintas variantes, exponemos la más sencilla.

Imaginemos un gato dentro de una caja completamente opaca. En su interior se instala un mecanismo que une un detector de electrones a un martillo. Y, justo debajo del martillo, un frasco de cristal con una dosis de veneno letal para el gato. Si el detector capta un electrón activará el mecanismo, haciendo que el martillo caiga y rompa el frasco.

Se dispara un electrón. Por lógica, pueden suceder dos cosas. Puede que el detector capte el electrón y active el mecanismo. En ese caso, el martillo cae, rompe el frasco y el veneno se expande por el interior de la caja. El gato lo inhala y muere. Al abrir la caja, encontraremos al gato muerto. O puede que el electrón tome otro camino y el detector no lo capte, con lo que el mecanismo nunca se activará, el frasco no se romperá, y el gato seguirá vivo. En este caso, al abrir la caja el gato aparecerá sano y salvo.

Hasta aquí todo es lógico. Al finalizar el experimento veremos al gato vivo o muerto. Y hay un 50% de probabilidades de que suceda una cosa o la otra. Pero la cuántica desafía nuestro sentido común.

El electrón es al mismo tiempo onda y partícula. Para entenderlo, sale disparado como una bala, pero también, y al mismo tiempo, como una ola o como las ondas que se forman en un charco cuando tiramos una piedra. Es decir, toma distintos caminos a la vez. Y además no se excluyen sino que se superponen, como se superpondrían las ondas de agua en el charco. De modo que toma el camino del detector y, al mismo tiempo, el contrario. El electrón será detectado y el gato morirá. Y, al mismo tiempo, no será detectado y el gato seguirá vivo. A escala atómica, ambas probabilidades se cumplen. En el mundo cuántico, el gato acaba vivo y muerto a la vez, y ambos estados son igual de reales. Pero, al abrir la caja, nosotros sólo lo vemos vivo o muerto.

¿Qué ha ocurrido? Si ambas posibilidades se cumplen y son reales, ¿por qué sólo vemos una? La explicación es que el experimento aplica las leyes cuánticas, pero el gato no es un sistema cuántico. La cuántica actúa a escala subatómica y sólo bajo determinadas condiciones. Sólo es válida en partículas aisladas. Cualquier interacción con el entorno hace que las leyes cuánticas dejen de aplicarse.

Muchas partículas juntas interactúan entre sí, por eso la cuántica no vale en el mundo de lo grande, como el gato. Tampoco cuando hay calor, pues el calor es el movimiento de los átomos interactuando. Y el gato es materia caliente. Pero lo más sorprendente es que incluso nosotros, al abrir la caja y observar el resultado del experimento, interactuamos y lo contaminamos.

Así es. Una curiosa característica de la cuántica es que el mero hecho de observar contamina el experimento y define una realidad frente a las demás. Einstein expresaba así su desconcierto: "¿quiere esto decir que la Luna no está ahí cuando nadie la mira?"

La teoría de la gravedad

La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los cuerpos por el hecho de tener una masa determinada. La existencia de dicha fuerza fue establecida por el matemático y físico inglés Isaac Newton en el s. XVII, quien, además, desarrolló para su formulación el llamado cálculo de fluxiones (lo que en la actualidad se conoce como cálculo integral).

Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642, en Woolsthorpe, Lincolnshire. Cuando tenía tres años, su madre viuda se volvió a casar y lo dejó al cuidado de su abuela. Al enviudar por segunda vez, decidió enviarlo a una escuela primaria en Grantham. En el verano de 1661 ingresó en el Trinity College de la Universidad de Cambridge, donde recibió su título de profesor.

Durante esa época se dedicó al estudio e investigación de los últimos avances en matemáticas y a la filosofía natural. Casi inmediatamente realizó descubrimientos fundamentales que le fueron de gran utilidad en su carrera científica.

...