Dr. José Manuel Nieto Jalil
Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur
Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
En la actualidad, la teoría más avanzada y mejor probada sobre las partículas que hay en el universo y las fuerzas que las gobiernan es el Modelo Estándar, que incluye a todas las partículas fundamentales y a todas las fuerzas de la naturaleza que conocemos hasta ahora.
La mayoría de los físicos saben que el Modelo Estándar resulta incompleto, ya que no nos dice nada sobre cuestiones como la energía o la materia oscuras, ni tampoco resuelve el problema de la inexplicable ausencia de antimateria, por no hablar de la cuestión pendiente de la gravedad, la única de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas que no ha podido ser cuantificada.
Las teorías aceptadas para explicar la formación del universo plantean que, en un instante (una trillonésima parte de un segundo) tras el big bang, el universo se expandió con una velocidad incomprensible, desde su origen del tamaño de un guijarro a un alcance astronómico.
La expansión aparentemente ha continuado, pero mucho más despacio, durante los siguientes miles de millones de años. Los astrónomos desconocen con exactitud la forma en que el universo evolucionó tras el big bang. Algunas teorías consideran que, a medida que acontecía el tiempo y la materia se enfriaba, comenzaron a formarse tipos de átomos más diversos y, que éstos, finalmente se condensaron en las estrellas y galaxias de nuestro universo presente.
Según las nuevas teorías, el universo puede haber sido creado a partir de unas cuerdas cósmicas: hilos invisibles más delgados que un átomo, horrendamente energéticos (la energía del big bang está en su interior) y desconcertantemente excéntricos en su comportamiento.
Los hilos estarían repartidos de modo disperso, como una madeja de hilo desenrollado a lo largo y ancho del cosmos, y se moverían a una velocidad cercana a la luz.
Esta teoría de cuerdas cósmicas está siendo utilizada por algunos físicos con el objetivo de complementar el Modelo Estándar de la física. Dicha teoría, concretamente, propone que las partículas fundamentales de la física son cuerdas unidimensionales y que el universo se creó a partir de una red de cuerdas cósmicas que se entrelazaron y formaron estructuras más grandes, como galaxias y cúmulos de galaxias.
Desde 2017, numerosos grupos de investigadores han tratado de detectar cuerdas cósmicas en el Fondo Cósmico de Microondas (CMB, por las siglas en inglés de Cosmic Microwave Background), aunque por ahora todos esos esfuerzos han sido en vano. El CMB sigue siendo de gran interés, debido a que es una radiación electromagnética presente en el universo, la cual fue emitida cuando este tenía alrededor de 380 mil años, por lo que constituye una huella muy importante del big bang, la gran explosión que dio origen al universo tal y como lo conocemos, para así poder explicar diferentes mecanismos que hay en un universo infinito.
Los científicos explican que el CMB se originó en el momento en que el Universo se volvió lo suficientemente frío y transparente como para que los átomos pudieran mantenerse estables, lo que se conoce como recombinación. En ese momento, los fotones se liberaron y comenzaron a viajar a través del universo, en todas las direcciones. A medida que este se expandió y enfrió, también estos fotones y ahora tienen una longitud de onda en el rango de las microondas.
El estudio detallado del CMB ha proporcionado información importante sobre la historia temprana del universo, incluyendo la composición, la geometría y su edad.
La teoría de cuerdas, a la que hemos hecho referencia, aún se encuentra en desarrollo y no tiene comprobación. Recordemos que la ciencia se basa en la observación empírica y la experimentación, y que cualquier teoría nueva debe ser respaldada por evidencia antes de ser considerada válida; sin embargo, la teoría de cuerdas sugiere que todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza pueden ser explicadas por la vibración de las cuerdas en diferentes modos.
Esto significa que la teoría de cuerdas puede unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, incluyendo la gravedad, en una sola teoría coherente y esto constituye un elemento clave que ninguna teoría ha logrado hasta ahora.
Adicionalmente, esta teoría sugiere que las cuerdas pueden vibrar en dimensiones extras a las conocidas, lo que puede explicar la aparente debilidad de la gravedad, en comparación con otras fuerzas fundamentales. De igual forma, sugiere que diferentes teorías pueden estar relacionadas por la dualidad, lo que significa que dos teorías diferentes pueden ser equivalentes en ciertas condiciones.
Finalmente, y lo más importante, esta teoría se propone como una teoría de todo, que significa que puede explicar todos los fenómenos físicos, desde las partículas subatómicas hasta la gravedad en el universo. Sin embargo, aún se necesitan más investigaciones y pruebas para validar esta propuesta.
Las cuerdas cósmicas fueron propuestas por primera vez por el físico teórico Tom W. B. Kibble a finales de los años 70, como una posible predicción de algunas teorías de campos, incluida la famosa Teoría de Higgs.
Hoy en día, aún no hay evidencias observacionales de la existencia de las cuerdas cósmicas, uno de los métodos más prometedores de la detección de estos esquivos objetos es buscar la radiación gravitacional que deberían emitir.
Según las teorías de las cuerdas cósmicas, estas estructuras son teóricamente una de las más larga y posiblemente la más vieja del universo conocido. De acuerdo con la Teoría de Gran Unificación (TGU), el diámetro de una cuerda cósmica sería de tan solo una trillonésima parte del tamaño del átomo de hidrógeno (lo cual significa que si el átomo de hidrógeno fuera del tamaño del Sol, el diámetro de la cuerda no alcanzaría el grosor de un pelo humano). En cambio, su longitud puede adoptar proporciones cósmicas.
Una cuerda de solamente seis kilómetros de largo tendría una masa igual a aproximadamente la masa de la Tierra. Sin embargo, su longitud puede ser enorme, llegando incluso a escalas cósmicas. Estas propiedades de las cuerdas cósmicas las hacen objetos potencialmente importantes para el estudio de la física y la cosmología.
Desde 2017, numerosos grupos de investigadores han tratado de detectar cuerdas cósmicas en el CMB, aunque por ahora todos esos esfuerzos han sido en vano. La mejor oportunidad para conseguirlo sería utilizar una red neuronal, un poderoso software capaz de encontrar patrones que a los humanos se nos escapan.
Sin embargo, resulta casi imposible proporcionar a la red neuronal datos lo suficientemente limpios como para que consiga detectar las cuerdas. De hecho, otras fuentes de microondas más brillantes oscurecen el CMB y resultan muy difíciles de separar de los datos que revelarían la presencia de las tan deseadas estructuras.
Existe también un nuevo método, basado en la medición de la expansión del universo en algunas de sus partes más antiguas. El método, llamado mapeo de intensidad de 21 centímetros, no consiste en estudiar los movimientos de galaxias individuales o en imágenes más o menos precisas del CMB, sino en mediciones de la velocidad a la que los átomos de hidrógeno se alejan de la Tierra, en promedio, en todas las partes del espacio profundo.
La detección de cuerdas cósmicas sigue siendo un desafío importante en la física y la cosmología, y la evidencia clara de estas estructuras aún no se ha encontrado. Se necesitarán avances significativos en la tecnología y la teoría para poder detectar y comprender completamente las cuerdas cósmicas.
