¿10 dimensiones? La teoría de cuerdas dice que el universo puede tener mucho más que 4 dimensiones
La teoría de cuerdas es la hipótesis más popular para la gravedad cuántica y la unificación de la Física. Sin embargo, existen obstáculos que dificultan comprobar si esta teoría es correcta, y uno de ellos es la cuestión de las dimensiones del universo.
Cuando el popular físico Albert Einstein publicó sus trabajos a principios del siglo pasado, popularizó la idea de que vivimos en un universo con 4 dimensiones: 3 espaciales y 1 temporal. Después de 100 años, el trabajo de Einstein sigue siendo la base del Universo cuatridimensional en el que vivimos.
A pesar del éxito de la teoría de Einstein, durante el siglo XX surgió otro campo que mostraba las limitaciones de la hipótesis de Einstein. La mecánica cuántica nació para explicar el mundo subatómico y es famosa por no poder entenderse con la relatividad general de Einstein. Cuando ambas se juntan, se rompen.
Esto es algo que molestó a Einstein hasta el final de su vida y la búsqueda de la gravedad cuántica -el área que uniría a ambas- se puso de moda en la Física. En los años setenta comenzó a tomar forma una hipótesis llamada teoría de cuerdas, que se proponía como una forma de gravedad cuántica. Sin embargo, los obstáculos impiden que la hipótesis progrese hasta nuestros días.
El mapa de la Física
Durante siglos, nombres como Galileo Galilei, Isaac Newton y Johannes Kepler construyeron los pilares de lo que se convertiría en la Mecánica Clásica o Física Clásica. La Física Clásica surgió como una forma de explicar el mundo que observamos a diario a través de las Leyes de Newton y las leyes de conservación.
Más tarde, científicos como James Maxwell y Michael Faraday introdujeron la siguiente gran área, que fue el electromagnetismo. El electromagnetismo se atrevió a explicar los campos magnéticos y los campos eléctricos, incluso a describir la propia luz.
En el siglo XX nacieron en paralelo dos áreas: la relatividad general y la mecánica cuántica. La primera pretendía describir la gravedad, mientras que la segunda se ocupaba del mundo subatómico. Ambas se unieron entonces a las principales áreas de la física.
El problema de la relatividad general y la mecánica cuántica
Ambas áreas tienen un gran éxito en sus respectivos campos. La relatividad general puede explicar la gravedad desde el sistema solar hasta objetos extremos como los agujeros negros. Los agujeros negros son objetos que se explican puramente por la relatividad general, ya que son verdaderas regiones de campo gravitatorio.
La mecánica cuántica, por su parte, alberga el modelo más exitoso de la física, el Modelo Estándar. A día de hoy, la mecánica cuántica es capaz de describir el mundo subatómico y cada experimento realizado, cada vez con mayor precisión, no hace sino confirmar el éxito del campo.
Sin embargo, cuando se juntan ambas, surge el problema. La mecánica cuántica no parece aceptar la gravedad, explicada por la relatividad general, dentro de su dominio. Sin embargo, los propios agujeros negros presentan una singularidad que habría que explicar combinando ambas.
La gravedad cuántica
Con esta limitación, se hace necesaria una nueva área denominada gravedad cuántica. El objetivo de la gravedad cuántica sería poder explicar el ámbito en el que fallan la cuántica y la relatividad. En otras palabras, sería una unificación de estas dos áreas.
A pesar del interés de físicos como el propio Albert Einstein, Stephen Hawking y Robert Oppenheimer, la gravedad cuántica nunca ha tenido sus pilares bien asentados. En la década de 1970, un grupo de físicos comenzó a investigar una nueva hipótesis que podría ser la gravedad cuántica: la teoría de cuerdas.
¿Qué es la teoría de cuerdas?
La idea más común de las partículas es que son puntos unidimensionales. En nuestra imaginación creamos la idea de pequeñas esferas. En física, las partículas fundamentales serían puntos reales sin volumen. Pero para la teoría de cuerdas, cada partícula es en realidad una cuerda.
Cada partícula sería una vibración diferente de esta cuerda. Las propias fuerzas fundamentales también serían algún tipo de vibración. Con esto, la teoría de cuerdas podría añadir la fuerza gravitatoria sin mayores problemas.
Más de cuatro dimensiones
Para poder satisfacer el número de partículas y fuerzas, nuestro mundo de cuatro dimensiones no sería suficiente. Por eso, con cada reformulación de la teoría de cuerdas, se predecía que habría que añadir una nueva dimensión. Hoy, estudios recientes estiman que el universo tendría que tener entre 10 y 11 dimensiones si la teoría de cuerdas es correcta.
La teoría de cuerdas es la única teoría que permite unificar la gravedad con las otras interacciones del Modelo Estándar de las partículas elementales. En esta teoría, la gravedad cuántica aparece naturalmente, y si se compactifican 6 dimensiones, entonces pic.twitter.com/kNt1CNmEfy
— Gaston Giribet (@GastonGiribet) January 5, 2024
La mejor explicación de por qué no podemos observar más allá de las 4 tradicionales sería porque algunas de estas dimensiones están "envueltas" unas en otras. Aun así, es probable que sigan siendo necesarias 6 dimensiones, 2 más que las 4 que conocemos.
Otros problemas de la teoría de cuerdas
Aparte de la cuestión de las dimensiones, la teoría de cuerdas se enfrenta a más problemas. Uno de ellos es su complicadísima parte matemática, en la que algunas ecuaciones siguen sin resolverse. La teoría de cuerdas se llama teoría precisamente por la necesidad de nuevos teoremas y axiomas matemáticos en las últimas décadas.
Otro gran problema con el que se encuentran los físicos partidarios de la teoría de cuerdas es la falta de pruebas de observación y verificación. Se trata de un gran problema, ya que la teoría de cuerdas se sitúa en el límite físico de lo observable.