La idea de cuerda como base para construir el universo tiene una base aún más delgada. En otras palabras, si miramos las partículas elementales que construyen el universo con más precisión que la disponible actualmente, las veríamos como cuerdas vibrantes, y cada cuerda vibra de una manera particular que la identifica. Por lo tanto, el electrón es una cuerda, el quark es una cuerda, y del mismo modo, las partículas de las cuatro fuerzas son todas cuerdas, incluida la partícula de la fuerza gravitatoria, que es el gravitón, es una cuerda, y así sucesivamente.

La teoría de cuerdas se considera un intento de unificar las cuatro fuerzas de la naturaleza. El modelo estándar hasta ahora ha logrado unificar tres fuerzas: primero la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil, y luego la fuerza nuclear fuerte. Estas tres fuerzas trabajan a niveles microscópicos. La mecánica cuántica las describe, pero hasta el momento no ha podido unificarlas con la fuerza de la gravedad que normalmente funciona a nivel de cuerpos grandes, como estrellas, planetas y galaxias, que es descrita por la teoría general de la relatividad. La dificultad para encontrar la manera de unificar la teoría general de la relatividad con la mecánica cuántica ha dificultado la unificación de las cuatro fuerzas de la naturaleza (más específicamente, la unificación de las fuerzas electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil, con la fuerza de la gravedad). Sin embargo, se ha confirmado que hay lugares donde la gravedad debe unificarse con las fuerzas restantes, y estos lugares son infinitesimales y muy densos, como el agujero negro, la singularidad del Big Bang o incluso las primeras etapas del Big Bang.

En consecuencia, la teoría de cuerdas se presenta como una forma alternativa para unificar estas cuatro fuerzas y, en consecuencia, se presenta como una explicación para el universo como un todo, desde el Big Bang hasta el presente, y hasta el final en términos de quarks, electrones e incluso estrellas, planetas, galaxias, cúmulos galácticos y el universo como un todo. Es una teoría que propone la unificación de las leyes de la física en lugar de su división en dos partes como lo son ahora: una parte, la mecánica cuántica, que trata de lo que es pequeño y preciso, y la otra parte, la ley de la relatividad general, que trata de lo que es grande.

La teoría de cuerdas describe la masa de partículas mediante una vibración mayor de su cuerda interna, mientras que el tipo de partícula y su carga se determina mediante el patrón vibratorio. Por lo tanto, hay una sola cuerda, y con la variación de algunas de sus propiedades se convierte en un electrón, en un quark o en un gravitón, etcétera.

Ahora bien, a partir de la relatividad especial sabemos que la energía y la masa son dos caras de la misma moneda: más energía significa más masa y vice versa. En este sentido, según la teoría de cuerdas, la masa de una partícula elemental está determinada por la energía del modelo vibratorio de su cuerda interna. Las partículas que son más pesadas tienen cuerdas internas que vibran más energéticamente, mientras que aquellas partículas que son más ligeras tienen cuerdas internas que vibran menos energéticamente.

Dado que la masa de una partícula determina sus propiedades gravitatorias, vemos que existe una relación directa entre el modelo de vibración de la cuerda y la respuesta de la partícula ante la fuerza de la gravedad. Aunque el razonamiento correspondiente es algo más abstracto, los físicos han descubierto que existe un alineamiento similar entre otros aspectos del patrón vibratorio de una cuerda y sus propiedades con respecto a otras fuerzas. Por ejemplo, la carga eléctrica, la carga débil y la carga fuerte que transporta una cuerda concreta están determinadas por el modo exacto de vibración de dicha cuerda. Además, es aplicable exactamente la misma idea a las propias partículas mensajeras. Partículas tales como los fotones, los bosones gauge débiles y los gluones son otros modelos resonantes de vibración de cuerdas. Y, algo que es especialmente importante, entre los modelos vibratorios de las cuerdas, hay uno que encaja perfectamente con las propiedades del gravitón, lo cual permite asegurar que la gravedad es una parte integral de la teoría de cuerdas.

Por lo tanto, vemos que, según la teoría de cuerdas, las propiedades observadas con respecto a cada partícula elemental surgen del hecho de que su cuerda interior está sometida a un patrón vibratorio de resonancia concreto. Este punto de vista difiere claramente del expuesto por los físicos antes del descubrimiento de la teoría de cuerdas; según el punto de vista anterior, las diferencias entre las partículas fundamentales se explicaban diciendo que, en efecto, cada tipo de partícula estaba «configurada por un tejido diferente». Aunque cada partícula se consideraba elemental, se pensaba que era diferente el tipo de «material» de cada una. El «material» del electrón, por ejemplo, poseía carga eléctrica negativa, mientras que el «material» del neutrino no tenía carga eléctrica. La teoría de cuerdas altera esta imagen radicalmente cuando afirma que el «material» de toda la materia y de todas las fuerzas es el mismo. Cada partícula elemental está formada por una sola cuerda -es decir, cada partícula individual es una cuerda individual- y todas las cuerdas son absolutamente idénticas. Las diferencias entre las distintas partículas surgen debido a que sus cuerdas respectivas están sometidas a patrones vibratorios de resonancia diferentes. Lo que se presenta como partículas elementales diferentes son en realidad las distintas «notas» que produce una cuerda fundamental. El universo -que está compuesto por un número enorme de esas

cuerdas vibrantes- es algo semejante a una sinfonía cósmica.

    Este panorama general muestra cómo la teoría de cuerdas ofrece un marco unificador realmente maravilloso. Cada partícula de la materia y cada transmisor de fuerza consiste en una cuerda cuyo patrón de vibración es su «huella dactilar». Dado que todo suceso, proceso o acontecimiento físico del universo se puede describir, a su nivel más elemental, en términos de fuerzas que actúan entre esos constituyentes materiales elementales, la teoría de cuerdas ofrece la promesa de una descripción única, global y unificada del universo físico: una teoría de todas las cosas. (T.O.E.: theory of everything.) (Greene 2003, “El universo elegante”, 106-107).

La teoría de cuerdas requiere de seis dimensiones extra infinitamente pequeñas que se enrollan. Las cuerdas vibran a través de ellas de tal forma que estas dimensiones no se pueden detectar como las tres grandes dimensiones espaciales.

La teoría de cuerdas asume que las cuerdas no pueden contraerse en dimensiones más pequeñas que la longitud de Planck, porque tal intento llevaría a una reversión en la expansión. Esto significa que el Big Bang comenzó en la longitud de Planck, y no en una singularidad con volumen cero y densidad infinita.

Hay cinco versiones diferentes de la teoría de cuerdas, y una sexta que las combina a todas, conocida como la teoría M. Lo más importante de las teorías de cuerdas es que las cuerdas pueden resolver la contradicción entre la teoría cuántica y la teoría de la relatividad general en niveles infinitamente pequeños, mientras que la teoría de la partícula puntual no la puede resolver.

La teoría M es la versión más inclusiva de las teorías de cuerdas ya que demuestra que las otras cinco teorías de cuerdas simplemente reflejan la misma verdad. La teoría M esencialmente une todas estas teorías.

Durante muchos años, los físicos estuvieron en una oscuridad parecida a la de los tres hombres ciegos, pensando que las distintas teorías de cuerdas eran muy diferentes. Pero actualmente, gracias a los hallazgos de la segunda revolución de las supercuerdas, los físicos han constatado que la Teoría-M es el paquidermo que unifica las cinco teorías de cuerdas (Greene 2003, “El universo elegante”, 224).

La teoría M propone una nueva dimensión espacial además de las diez dimensiones anteriores de las cinco teorías de cuerdas. Por lo tanto, las dimensiones en la teoría M son once: diez dimensiones espaciales y una dimensión temporal.

La teoría M propone no solo cuerdas, sino también branas bidimensionales y tridimensionales.

La teoría M ahora se considera la teoría de cuerdas candidata como el fundamento válido para la teoría del todo, o la teoría que establece una ley que trata tanto con lo infinitamente pequeño (como los electrones y los quarks) como con lo que es grande (como el actual universo incluyendo sus estrellas, planetas y galaxias). En otras palabras, la teoría M une las teorías de la mecánica cuántica y la relatividad general.

Las teorías de supercuerdas y la teoría M suponen que la cuerda no puede reducirse a una dimensión más pequeña que la longitud de Planck. Esto significa que, según la teoría M, el universo se formó de un segmento multidimensional e infinitesimal que tiene el volumen de Planck. En otras palabras, la teoría M evita el volumen cero y la densidad infinita de la singularidad, que se presume como el comienzo del universo.

La visión cósmica de la teoría M supone que, después del Big Bang, solo tres dimensiones espaciales se extendieron fuera de las varias dimensiones enrolladas en una pequeña pieza del volumen de Planck de la cual surgió el universo, y la longitud de Planck es increíblemente pequeña (1,61619926 x 10-35 metros). Como hemos mostrado anteriormente, se supone que la teoría M es una teoría que unifica las cuatro fuerzas de la naturaleza o la gravitación con las otras tres fuerzas (electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte). Dentro de la teoría M también se propone que hay un universo más pequeño que la longitud de Planck que no está restringido por el tiempo y el espacio, o un universo sin espacio. Tiene sus propias matemáticas, a diferencia de las matemáticas convencionales utilizadas para caracterizar el tiempo y el espacio.

La esperanza que tenemos es que a partir de este punto inicial que es como una pizarra limpia —probablemente en una época anterior al Big Bang o al pre Big Bang (si es que podemos usar expresiones temporales, por falta de otro marco lingüístico)— la teoría describirá un universo que evoluciona hacia una forma en la cual emerge un fondo de vibraciones coherentes de cuerdas, produciendo las nociones convencionales de espacio y tiempo. Si se constata un marco así, esto indicaría que el espacio, el tiempo y, por asociación, la dimensión, no son elementos esenciales para la definición del universo. Más bien son conceptos prácticos que emergen de un estado más básico, atávico y primario.

Las investigaciones de punta sobre diversos aspectos de la Teoría-M, llevadas a cabo por Stephen Shenker, Edward Witten, Tom Banks, Willy Fischler, Leonard Susskind y otros, demasiados para nombrarlos a todos, han demostrado que algo conocido como una cero-brana —posiblemente el ingrediente más fundamental de la Teoría-M, un objeto que se comporta en cierto modo como una partícula puntual en las distancias largas, pero que tiene unas propiedades radicalmente diferentes en las distancias cortas- puede darnos una visión de un dominio sin espacio y sin tiempo. Los trabajos de estos investigadores han puesto de manifiesto que, mientras las cuerdas nos indican que los conceptos convencionales de espacio dejan de tener importancia a escalas inferiores a la longitud de Planck, las cero-branas dan esencialmente la misma conclusión, pero también proveen una diminuta ventana sobre el nuevo marco no convencional que toma el control. Estudios con estas cero-branas indican que la geometría ordinaria queda sustituida por algo conocido como geometría no conmutativa, un área de las matemáticas desarrollada en gran parte por el matemático francés Alain Connes. En este marco geométrico, las nociones convencionales de espacio y distancia entre puntos se funden y desaparecen, dejándonos un paisaje conceptual muy diferente. No obstante, centrando la atención en escalas mayores que la longitud de Planck, los físicos han demostrado que nuestra noción convencional de espacio vuelve a emerger. Es probable que el marco de la geometría no conmutativa esté todavía a algunos pasos de distancia del estado

de pizarra en blanco que mencionábamos anteriormente, pero dicho marco nos da un indicio de lo que puede involucrar ese marco más completo al que se incorporarían el espacio y el tiempo (Greene 2003, “El universo elegante”, 268).

Debido al hecho de que la teoría M es ahora la única teoría que propone tanto la unificación de la gravedad con las fuerzas restantes como una posible explicación del universo antes del tiempo y el espacio, Hawking lo ha designado como el elucidador anticipado de la aparición de un universo de la nada.

Pero, ¿puede la teoría M explicar la aparición del tiempo y el espacio de la nada?

Creo que esto no es posible, porque no importa a qué tesis lleguen la teoría M o la teoría final, se centrará en algo así como fluctuaciones cuánticas en el espacio, o vibraciones de cuerdas, y así sucesivamente. Por lo tanto, solo transferirá la pregunta a un nivel más avanzado y no explicará la existencia del universo a partir de la nada.

De lo que se mencionó anteriormente y se presentará a su debido tiempo, vemos que es realmente un juicio erróneo que un físico diga que el universo vino de la nada y que no necesita ser puesto en movimiento por algo externo.


Extracto del libro “La Ilusión del Ateísmo” de Ahmed AlHasan (a)

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