Brian Greene explica en este libro cómo las grandes teorías de la relatividad y de la mecánica cuántica, que transformaron nuestra interpretación de la naturaleza durante el siglo XX, nos han conducido al mayor problema de la física de hoy en día la b!squeda de una ley que uni"que a todas las demás, una ley que #instein persiguió en vano durante treinta a$os a$os y a la que se denomina %teoría %teoría de supercuerdas&' #sta teoría vendría a uni"car esos dos grandes pilares de la física actual, actual, el cuántico y el gravitacional, gravitacional, al suponer que todo lo que sucede en el universo surge de las vibraciones de una !nica entidad microscópicos lazos de energía que se encuentran en el aut(ntico n!cleo de la materia y que habitan en espacios de dimensiones superiores a las cuatro del espacio)tiempo einsteiniano' Parte I: Los límites del conocimiento Capítulo 1 Atado con cuerdas
existen dos pilares fundamentales en los que se apoya la física moderna. Uno es la relatividad general de Albert Einstein, que proporciona un marco teórico para la comprensión del universo a una escala máxima: estrellas, galaxias, cmulos !o clusters" de galaxias, y an más allá, #asta la inmensa expansión del propio universo. El otro pilar es la mecánica cuántica, que ofrece un marco teórico para la comprensión del universo a escalas mínimas: mol$culas, átomos, y así #asta las partículas subatómicas, como los electrones y los quar%s. la relatividad general y la mecánica cuántica no pueden ser ambas ciertas a la ve&. 'as dos teorías en las que se basan los enormes avances reali&ados por la física durante los ltimos cien a(os )unos avances que #an explicado la expansión de los cielos y la estructura fundamental de la materia) son mutuamente incompatibles ! *asta la llegada de la teoría de las supercuerdas". la teoría de las supercuerdas muestra an más: dentro de este nuevo marco, la relatividad general y la mecánica cuántica se necesitan la una a la otra para que esta teoría tenga sentido. sentido. +egn la teoría de las supercuerdas, el matrimonio entre las leyes de lo grande y las de lo peque(o no sólo es feli&, sino inevitable. Parte de lo confictos
la forma geom$trica ligeramente curvada del espacio, que aparece a partir de la relatividad general, es incompatible con el comportamiento microscópico irritante y fren$tico del universo que se deduce de la mecánica cuántica El universo en sus aspectos más pequeños: lo que sabemos sobre la materia
los átomos están formados por un ncleo que contiene protones y neutrones, rodeado por un enambre de electrones que describen órbitas alrededor de $l. en -/0, los cientí1cos que reali&aban experimentos en el +tanford 'inear Accelerator 2enter, vali$ndose de una capacidad tecnológica cada ve& mayor para comprobar las profundidades microscópicas de la materia, descubrieron que los protones y los neutrones no eran las partículas fundamentales. 3emostraron que cada una de ellas estaba constituida por tres partículas menores, llamadas quar%s. 'os cientí1cos que reali&aron los experimentos con1rmaron que los propios quar%s existen en dos variedades, llamados, un poco menos creativamente, arriba up y abao do4n. Un protón está formado por dos quar%s arriba y un quar% abao5 un neutrón está formado por dos quar%s abao y un quar% arriba. 6odo lo que vemos en la tierra y en el cielo resulta estar #ec#o de combinaciones de electrones, quar%s arriba y quar%s abao. 7inguna evidencia experimental indica que alguna de estas tres partículas est$ constituida por algo menor. 8ero muc#as pruebas indican que el propio universo posee otras partículas adicionales. Cuarto tipo de partícula undamental llamada neutrino, miles de millones de neutrinos lan&ados al espacio por el +ol están atravesando su cuerpo y tambi$n la 6ierra, como parte de su largo viae a trav$s del cosmos. uinta otra partícula llamada mu!n )id$ntica a un electrón, salvo por ser 9 veces más pesada que $ste) fue descubierta por unos físicos que estudiaban los rayos cósmicos !lluvias de partículas que bombardean la 6ierra desde el espacio exterior".
Estas partículas se producen como resultado de colisiones a altas energías y tienen una existencia efímera5 cuatro quar%s más, llamados encanto !c#arm", extra(o !strange", fondo !bottom" y cima !top", y un pariente an más pesado del electrón, al que se #a denominado tau, así como otras dos partículas con propiedades similares a las del neutrino, que se llaman muon)neutrino y tau) neutrino, para distinguirlas del neutrino original, que actualmente se denomina electron) neutrino. 2ada una de estas partículas tiene como parea una antipartícula, es decir, una partícula de masa id$ntica pero que es opuesta a ella en algunos otros aspectos, como, por eemplo, su carga el$ctrica !así como sus cargas en relación con otras fuer&as de las que#ablaremos más adelante". 8or eemplo, la antipartícula de un electrón se llama positrón, y tieneexactamente la misma masa que un electrón, pero su carga el$ctrica es ;-, mientras que la carga el$ctrica del electrón es )-. 2uando se ponen en contacto, la materia y la antimateria pueden aniquilarse mutuamente para producir energía pura5 $sta es la ra&ón por la cual la existencia de la antimateria en el mundo que nos rodea es extremadamente poco natural. <+on así por a&ar, por algn designio divino, o existe una explicación cientí1ca comprensible para estas características fundamentales de nuestro universo= ! en referencia a masa, carga el$ctrica, carga d$bil y fuerte, porque esos valores y no otros= 8orq siempre los mismos valores 1os y constantes= >mprescindibles para que al untarse y combinarse pueden crear estructuras mas grandes y compleas estables, pero si alguno de estos cuatro valores fuera distinto= +on los mismo valores en otros planetas con otra gravedad, con otra física en general=" Las uer"as o #d!nde está el ot!n$
estirándolos, retorci$ndolos o aplastándolos5 congelándolos, calentándolos o quemándolos, empuándolos, disparándoles, deándolos caer al suelo desde muc#o altura, etc etc. 2ualquier clase de fuer&a se pueden reducir a combinaciones de cuatro fuer&as fundamentales. Una de $stas es la fuer&a de la gravedad. 'as otras tres son la fuer&a electromagn$tica, la fuer&a nuclear d$bil y la fuer&a nuclear fuerte. 'a fuer&a de la %ravedad es, de las tres, la que nos resulta más familiar. Es la responsable de que nos mantengamos en órbita alrededor del +ol, y tambi$n de que nuestros pies permane&can 1rmemente plantados sobre el suelo. 'a masa de un obeto determina la medida de cuánta fuer&a de la gravedad puede eercer o soportar dic#o obeto. A continuación, la más familiar para nosotros es la fuer&a electroma%n&tica. Es la fuer&a que #ace funcionar todas las comodidades de la vida moderna )iluminación, ordenadores, televisores, tel$fonos) y subyace al poder terrorí1co de las tormentas con aparato el$ctrico y al suave tacto de una mano #umana. ?icroscópicamente, la carga el$ctrica de una partícula desempe(a la misma función en relación con la fuer&a electromagn$tica que la que desempe(a la masa en relación con la gravedad: determina la fuer&a electromagn$tica que puede eercer una partícula o la fuer&a con que puede responder electromagn$ticamente esa partícula. 'as fuer&as denominadas, respectivamente, nuclear fuerte y nuclear d$bil nos resultan menos familiares, porque su magnitud disminuye rápidamente a escalas de distancias casi subatómicas5 son las fuer&as nucleares. @sta es tambi$n la ra&ón por la que se descubrieron muc#o más recientemente que las otras dos fuer&as. 'a uer"a nuclear uerte es la responsable de que los quar%s se mantengan pegadosB unos a otros dentro de los protones y los neutrones, y de que los propios protones y neutrones est$n estrec#amente api(ados dentro del ncleo del átomo. La uer"a nuclear d&bil se conoce sobre todo como la fuer&a responsable de la desintegración radiactiva de sustancias como el uranio y el cobalto. 'res tipos de partículas de uer"a
los físicos #an descubierto dos características comunes a todas estas fuer&as. A nivel microscópico todas las fuer&as tienen asociada una partícula que se puede considerar como el mínimo paquete o #a& que puede formar la fuer&a. +i se dispara un #a& de rayos láser )una escopeta de rayos electromagn$ticosB) se está disparando un c#orro de otones que es el #a& mínimo de fuer&a electromagn$tica. los constituyentes más peque(os de los campos de la fuer&a nuclear d$bil y de la fuer&a nuclear fuerte son partículas llamadas bosones %au%e asociados a la fuer&a nuclear d$bil y %luones. !El nombre gluón es especialmente descriptivo: se puede pensar en los gluones considerándolos como el componente microscópico del fuerte pegamento !glue" que mantiene unidos los elementos de los ncleos de los átomos."
'os físicos creen que la fuer&a de la gravedad tambi$n tiene una partícula asociada (el %ravit!n( pero su existencia está an pendiente de con1rmarse experimentalmente. Cuer&a 8artícula asociada ?asa 7uclear fuerte Dluon ?asas en mltiplos de la masa del proton. Electromagn$tica Cotón 7uclear d$bil bosones gauge d$biles 0/, !las dos masas posibles" Dravedad Dravitón !pendiente de con1rmar" 'a segunda característica comn a estas fuer&as es que, del mismo modo que la masa determina cómo afecta la gravedad a una partícula, y su carga el$ctrica determina cómo le afecta la fuer&a electromagn$tica, las partículas están provistas de ciertas cantidades de carga fuerteB y carga d$bilB que determinan cómo se verán afectadas dic#as partículas por la fuer&a nuclear fuerte y la fuer&a nuclear d$bil. Eemplo un electron en cada mano. +u atracción gravitatoria mutua favorecerá que se acerquen, mientras que su fuer&a de repulsión electromagn$tica intentará separarlas. <2uál de estas dos fuer&as es más intensa= 7o #ay discusión posible: la repulsión electromagn$tica es un millón de billones de billones de billones !- a la F9" de veces más fuerte. 'a nica ra&ón por la que la fuer&a electromagn$tica no aplasta completamente a la fuer&a de la gravedad en el mundo que nos rodea es que la mayoría de las cosas están compuestas por una cantidad igual de cargas el$ctricas positivas y negativas cuyas fuer&as se cancelan mutuamente. la existencia de ncleos estables que forman los alrededor de cien elementos de la tabla periódica depende directamente de la proporción entre las magnitudes de la fuer&a nuclear fuerte y la fuer&a electromagn$tica. 'os protones que se api(an untos en los ncleos de los átomos se repelen todos ellos electromagn$ticamente entre sí5 la fuer&a nuclear fuerte que acta entre los quar%s de que están formados, afortunadamente, logra vencer esta repulsión y ata los protones 1rmemente. !la fuer&a nuclear fuerte !gluon" es mas fuerte que la electromagn$tica, y esta que la gravedad". si la masa del electrón fuera unas pocas veces mayor de lo que es, los electrones y los protones tenderían a combinarse para formar neutrones, engullendo los ncleos de #idrógeno !el elemento más sencillo del cosmos, ya que su ncleo contiene un nico protón" e impidiendo la producción de elementos más compleos. El universo es como es porque las partículas de la materia y de las fuer&as tienen las propiedades que tienen. 'eoría de cuerdas: la idea básica
'as partículas de las cuales #emos #ablado antes !todas, creo q incluidas las partículas de las fuer&as", parecen no tener subestructuras atomicas !viene a ser la unidad minima separada de todas las demás y vista mas a fondo carece de mas estrutcturas atomicas". si pudi$ramos examinar estas partículas con una precisión an mayor ) una precisión que estuviera en muc#os grados de magnitud más allá de nuestra capacidad tecnológica actual) descubriríamos que ninguna es como un punto, sino que cada una de ellas está formada por un diminuto bucle unidimensional. +U8G+>2>G7 6G6A'?E76E. 2omentarios de que es una pseudociencia y peca de falsacionismo ! teoría de 8opper de que si una teoría no es posible refutarla mediante un contraeemplo, queda corroborada, y siendo aceptada provisionalx, pero nunca veri1cada. Hucle: por un lado G73A, y por otro I+ucesion de efectos tales que el ultimo de ellos actua sobre el primeroJ 2ada partícula contiene un 1lamento que vibra, oscila y baila como un elástico de goma in1nitamente delgado que los físicos #an denominado cuerda, 9. 'as cuerdas tambi$n pueden tener dos extremos que se mueven libremente !las llamadas cuerdas abiertas", además del caso de los bucles !cuerdas cerradas" que se representan en la Cigura -.- . 8ara #acer más fácil nuestra explicación, la mayoría de las veces nos centraremos en las cuerdas cerradas, aunque en esencia todo lo que digamos se puede aplicar a los dos tipos. 'a simple sustitución de los componentes materiales de la partícula puntual por cuerdas resuelve la incompatibilidad
existente entre la mecánica cuántica y la relatividad general. La teoría de cuerdas como la teoría uni)cada de todo