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• Noelia Mittag

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El Universo Elegante - La Teoria de Cuerdas - 01 - El sueño de Einstein Estamos en el mundo de la teoría de cuerdas, un modo para describir cada fuerza y toda la materia, desde un atomo a la tierra o los confines del universo, desde el inicio de los tiempos hasta el instante final, una teoría única que lo explicaría todo. Drian greene, podrá ayudarnos a resolver el mayor rompecabezas de la física moderna, ¿Por qué nuestra concepción del universo se basa en 2 leyes que se contradicen?. Eintein se tomo este dilema como un desafio, pero no pudo dilucidarlo. Décadas mas tarde quizás estemos muy cerca de dar un gran paso, la solución esta en las cuerdas, unas pequeñas partículas que vibran como las cuerdas de un chelo, una sinfonía cósmica como corazón de toda la realidad, pero ahí no queda todo, hay universos paralelos y 11 dimenciones y la mayoría de ellas no las hemos percibido jamas. ¿Un espejismo de la ciencia y las matemáticas, o la teoría definitiva para todo? La teoría de cuerdas ya nos ha demostrado que el universo es mucho mas extraño de lo que nos imaginábamos. Todo empezó con una manzana, el logro de las ecuaciones de newton se produjo gracias a la necesidad de comprender los planetas y las estrellas, y hemos avanzado mucho desde entonces; Einstein proporciono al mundo una nueva imagen de lo que constituye la fuerza de la gravedad, los defensores de la teoría de cuerdas se han atrevido a llegar mas lejos que el, pero ¿se encuentran cerca de alcanzar su sueño? El universo elegante Einstein vivio sus últimos 20 años en su modesto hogar de priston, new jersey. (investigaba sin cesar en el estudio que tenia en el segudo piso), buscaba una sola teoría que describiera el funcionamiento de todo el universo, incluso en el ocaso de su vida, llevaba un cuaderno siempre en sima, no dejaba nunca de buscar las ecuaciones que pasarían a ser conocidas como la teoría de todo, Einstein estaba convencido de que se encontraba muy cerca del descubrimiento mas importante de la historia de la ciencia, pero su tiempo se acabo antes de alcanzar su sueño. Ahora casi medio siglo después, la meta unificadora de Einstein, la unificación que convine todas las leyes del universo en una, la teoría armonizadora, se ha convertido en la quimera de la física moderna, y quizás logremos alcanzar el sueño de Einstein con unos nuevos conceptos que se definen como TEORIA DE CUERDAS, si esta revolucionaria teoría es correcta podría suponer todo un impacto. La teoría de cuerdas dice que podríamos estar viviendo en un universo en el que la realidad coincide con la ciencia ficción, un mundo de 11 dimenciones con universos paralelos muy cercanos, un universo elegante compuesto por la música de las cuerdas. A pesar de parecer ambicioso, el concepto básico de la teoría de cuerdas es sorprendentemente sencillo, asegura que todo en nuestro universo, desde desde la particula mas pequeña a la estrella

mas lejana, esta compuesto por un solo ingrediente, unos minúsculos hilos de energía llamados cuerdas. Igual que las cuerdas de un violonchelo pueden crear un gran variedad de notas musicales, estos hilos vibran de numerosas maneras para formar todos los componentes de la naturaleza. En otras palabras, el universo es una especie de sinfonía cósmica que suena al compas que marcan estos minúsculos hilos de energía. La teoría de cuerdas es aun muy reciente, pero ya nos ha mostrado una imagen completamente nueva del universo, una imagen tan extraña como bonita. ¿ Pero que nos hace pensar que podemos comprender la complejidad del universo y que podemos resumirla en una teoría para todo? Por mucho que lo intentes, no le puedes enseñar física a un perro, sus cerebros no son capaces de comprenderla. Pero ¿y nosotros? ¿Cómo sabemos si podemos comprender las complejas leyes del universo?. La física moderna asegura que somos capaces de ello, y recogemos el testigo que Einstein nos lego en su búsqueda por la unificación. La unificación supondría formular una ley que describiera todo lo que conocemos en este universo a partir de una sola idea, una ecuación única, y creemos que dicha ecuación puede existir porque en el transcurso de los últimos 200 años nuestros conocimientos a cerca del universo nos han aportado toda una serie de explicaciones que apuntan en la misma dirección, todas parecen convergir en único y valioso concepto que aun estamos buscando. Steven Weinberg: La unificación es la clave, supone nuestro objetivo, la meta de la física fundamental es ver cada fenómeno de nuestro mundo basándose en cada vez menos principios e irlos simplificando. Michael B. Green: como físicos creemos que si podemos explicar un mayor numero de fenómenos de manera mas sencilla, ya habremos logrado algún progreso, diría que casi hay un aspecto emocional en el hecho de que las grandes teorías de la física parecen englobar una amplia variedad de fenómenos físicos, de modo que el concepto de unificar nuestros conocimientos es inherente a la forma en la que nuestra ciencia progresa. Muchas años antes de que vivera Einstein, la búsqueda de la unificación comenzó con el accidente mas famoso de la historia de la ciencia, la anécdota cuenta que un dia de 1665 un joven estaba sentado debajo de un árbol, cuando de repente, vio como caia una manzana de el, el desprendimiento de aquel fruto sirvió para que issac newton revolucionara nuestro concepto del universo, una apuesta ambiciosa en su época. Newton aseguro que la fuerza que atraía a las manzanas hacia el suelo y la que mantenía a la luna en la órbita terrestre no eran sino la misma, en un solo paso newton había unificado el cielo y la tierra en una teoría que llamo gravedad.

La unificación de lo celestial con lo terrenal, una ley única que rige los movimientos de los planetas, las mareas y la caída de la fruta, supuso una unificación fantástica de nuestra imagen de la naturaleza. La gravedad fue la primera fuerza que llegamos a comprender científicamente y lo seguirían otras, a pesar de que newton descubrió la ley de la gravedad hace mas de 300 años, las ecuaciones que la describían realizaban predicciones tan exactas que las seguimos utilizando hoy en dia; de hecho, gracias a estas ecuaciones los expertos lograron diseñar la trayectoria del cohete que aterrizo en la luna. Pero había un problema, a pesar de describir la fuerza de la gravedad con una gran exactitud, newton ocultaba un bochornoso secreto, no tenia ni idea de como funcionaba. Durante casi 250 años, los científicos miraban hacia otro lado a la hora de enfrentarse a este misterio. A principios de siglo, un anónimo empleado de una oficina de patentes suiza lo cambio todo, mientras revisaba las solicitudes para patentes, A. Einstein reflexionaba sobre el comportamiento de la luz, pero no sabia q sus cavilaciones le llevarían a resolver el misterio de newton a cerca de lo que es la gravedad. A los 26 años Einstein descubrió algo sorprendente, que la velocidad de la luz es una especie de limite cósmico que nada en el universo puede superar, pero nada mas publicar este concepto Einstein se daba cuenta que se estaba enfrentando al padre de la gravedad. El problema era, que la idea de que nada puede ir mas rápido que la luz contradecía la teoría de la gravedad de newton. Para comprender este conflicto debemos realizar algunos experimentos, para empezar concibamos una catástrofe cósmica, imagínense que de repente y sin previo aviso el sol se vaporizara y desapareciera por completo, reconstruyamos esta catástrofe y veamos el efecto que produciría en los planetas según newton, la teoría predice que si se destruyera el sol, los planetas saldrían inmediatamente de sus orbitas y se perderían en el espacio; en otras palabras, newton creía que la gravedad era una fuerza que actuaba instantáneamente a cualquier distancia, de modo que sentiríamos los efectos de la destrucción del sol de manera inmediata, pero Einstein encontró un gran problema en la teoría de newton, un fallo que se descubría al investigar sobre la luz, Einstein sabia que la luz no viaja instantáneamente, de hecho, los rayos solares tardan 8 minutos en recorrer los 150 millones de km que hay hasta la tierra, y si había demostrado que nada, ni siquiera la gravedad viaja mas rápido que la luz; ¿como podría salirse de orbita la tierra antes de que la oscuridad causada por la desaparición del sol llegara a nuestros ojos? . Para el joven trabajador de una oficina de patentes suiza era imposible que nada viajara mas rápido que la luz, y eso quería decir que la teoría de newton de 250 años de antigüedad era incorrecta. S. James Gates, Jr: Si newton estaba equivocado, ¿por que iban a mantenerse los planetas en pie? Debemos recordar que el logro de las ecuaciones de newton se produjo gracias a la necesidad de comprender a los planetas y las estrellas, sobre todo de saber por que los planetas siguen sus orbitas. Con las ecuaciones de newton se podía calcular el movimiento de los planetas, Einstein consiguió resolver este dilema.

Cuando comenzaba la treintena, Einstein dio con un nuevo concepto del universo en el que la gravedad no excedería el límite de velocidad cósmica, mientras conservaba su empleo en la oficina de patentes se embarcó en una travesía en solitario para resolver este misterio. Tras casi 10 años devanándose los sesos, encontró la respuesta en una nueva forma de unificación. Einstein dio con la teoría de las tres dimensiones espaciales y la dimensión única temporal unidas en un solo tejido espaciotemporal. Peter Galison: Tenia la esperanza de comprender la geometría del tejido tridimensional para poder describir el movimiento de los objetos sobre superficies en este tejido espaciotemporal. Igual que la superficie de una cama elástica, se comba o se estira debido a objetos pesados como los planetas y las estrellas, y es esta curvatura del espacio tiempo la que crea lo que llamamos GRAVEDAD. La tierra no se mantiene en orbita por que el sol ejerza su atracción de manera instantánea como teorizo newton, sino porque sigue las curvaturas del tejido espacial causado por la presencia solar. Y volvamos a la catástrofe cósmica teniendo en cuenta este nuevo concepto de gravedad, veamos lo que ocurre ahora si desaparece el sol. La perturbación gravitacional provoca una ola que viaja por el tejido espacial del mismo modo que lanzar una piedra a un lago genera una ondulación en la superficie del agua, de modo que no percibiríamos un cambio en nuestra orbita alrededor del sol hasta que esa ola no alcanzara nuestro planeta. Es mas, Einstein calculo que estas ondas gravitacionales viajan exactamente a la velocidad de la luz. Con esta nueva teoría resolvió el conflicto con newton sobre la rapidez a la que se desplaza la gravedad, pero además le proporciono al mundo entero una nueva forma de ver lo que es la fuerza de la gravedad, curvaturas y pliegues en un tejido del espacio y el tiempo. Einstein bautizo a su nuevo concepto de la gravedad como RELATIVIDAD GENERAL, y no tardo en convertirse en un nombre muy familiar. A pesar de sus logros, Einstein no estaba satisfecho, paso inmediatamente a centrarse en una meta mucho mas importante, unificar su nuevo concepto de la gravedad con la única otra fuerza conocida en aquella época, el ELECTROMAGNETISMO. Se trataba de una fuerza que a su vez había sido unificada tan solo una décadas atrás, a mediados del siglo XIX la electricidad y el magnetismo atraían la atención de los científicos. Estas dos fuerzas parecían relacionadas de una manera un tanto curiosa, algo que los inventores como Samuel Morse aprovecharon para sus modernas creaciones como el telégrafo, una señal eléctrica que se enviaba a través de un cable hasta un imán situado a miles de kilómetros de distancia producía los conocidos puntos y rallas del código morse que permitía que los mensajes de transmitieran al otro lado del continente en una fracción de segundo. El telégrafo fue todo un éxito, pero la ciencia fundamental que le hacia funcionar seguía siendo un misterio.

Pero para un científico escoces llamado James Clark Maxwel, la relación entre electricidad y magnetismo era tan evidente en la naturaleza que la unificación era necesaria. El escoces estaba obsesionado con esta relación y quise explicar la conexión entre ambas energías con el lenguaje de la matemáticas, arrojando un alo de luz al problema, maxwel formulo 4 ecuaciones elegantes, que unificaban la electricidad y el magnetismo en una única fuerza llamada ELECTROMAGNETISMO y al igual que issac newton esta unificación llevo a la ciencia mucho mas cerca de descifrar el código del universo. Unos 50 años después de que maxwel unificara la electricidad y el magnetismo Einstein estaba seguro de que si pudiera unificar su teoría de la gravedad con el electromagnetismo del escoces daría como una ecuación única que lo describiría todo, el universo por completo. S. James Gates ,Jr: Einstein esta convencido de la existencia de una hermosa pauta global para el funcionamiento de todo el universo, si nos preguntamos por que buscaba la unificación, creo que la respuesta es simplemente que se trataba de uno de esos físicos que quería sentir los pensamientos de dios y asi saberlo todo. Hoy en dia esa es la meta de la teoría de cuerdas, unificar nuestra percepción sobre todo, desde el origen del universo hasta el majestuoso movimiento de los planetas en un solo principio, en una ecuación única. Newton había unido el cielo y la tierra con la teoría de la gravedad, Maxwel había unificado electricidad y magnetismo, Einstein dedujo que todo aquello de formar una teoría para todo, una ley que englobara todas la leyes del universo y que fusionara su nuevo concepto de la gravedad con el electromagnetismo. Pero al investigar para unir gravedad y electromagnetismo, Einstein fue descubriendo que las diferencias entre ambas fuerzas superabas a sus similitudes.

Todo lo que percibimos, esta compuesto de pequeñas partículas de materia llamadas ATOMOS, la capa externa de un átomo contiene una carga eléctrica negativa. (la fuerza electromagnética es millones de veces superior a la de la gravedad) (26)

Unificar 2 fuerzas tan diferentes habría supuesto una ardua tarea para Einstein, peor aun, cuando apenas había comenzado a investigar vio como los drásticos cambios en el mundo de la física le dejaban atrás. En los años 20, un grupo de jóvenes científicos logro arrebatarle el protagonismo a Einstein al dar con un modo rompedor de considerar la física, su visión del universo era tan peculiar, que hacia que la ciencia ficción pareciera real y logro que Einstein se replanteara la idea de la unificación. Con el físico danés mil bor a la cabeza, estos científicos estaban descubriendo un nuevo campo del universo. Durante mucho tiempo se había pensado que los átomos eran las partículas mas pequeñas de la naturaleza, pero descubrieron que constaban de partes mas diminutas todavía, los ahora familiares PROTENES, NEUTRONES Y LA ORBITA DE ELECTRONES, las teorías de Einstein y

Maxwel se quedaron obsoletas para explicar la extravagancia con la que estas pequeñas partículas de materia se relacionaban entre si en el interior de un átomo. Al no disponer de una teoría que explicara este nuevo mundo tan peculiar, estos científicos se encontraban perdidos en un territorio atómico desconocido en busca de un aspecto que les resultara familiar. Hasta que a finales de los años 20 todo aquello cambio, en esa década los físicos desarrollaron una nueva teoría denominada MECANICA CUANTICA, y fueron capaces de describir con todo detalle el terreno microscópico, pero con un inconveniente, la mecánica cuántica fue una teoría tan radica que hizo añicos la manera en que se contemplaba el universo. Las teorías de Einstein implican que el universo es ordenado y predecible. (30´)