Teoria de les Cordes: Explicació Clara i Estructurada

La teoria de les cordes (string theory) és un marc teòric de la física que intenta unificar la mecànica quàntica i la relativitat general — les dues grans teories del segle XX que descriuen el món a escales molt diferents. És una candidata a "teoria del tot" (Theory of Everything, TOE).
1. El Problema de Fons: Per què cal una nova teoria?
Teoria
Escala
Descriu
Problema
Mecànica Quàntica
Molt petita (àtoms, partícules)
Electromagnetisme, forces nuclears
Funciona perfectament
Relativitat General
Molt gran (planetes, forats negres, univers)
Gravetat
Funciona perfectament
Juntes?
❌
No són compatibles
La gravetat quàntica falla (ex. singularitats dins forats negres)
→ La teoria de les cordes intenta resoldre aquesta incompatibilitat.
2. Idea Central: Les partícules no són punts, sinó cordesEn la física estàndard:
Una partícula (ex. electró) = punt sense dimensió.
En la teoria de les cordes:
Una partícula = corda unidimensional que vibra.
text
Punt (model estàndard)       →       Corda vibrant (teoria de cordes)
    ●                                 ~~~~~~~
                                      /     \
                                     /       \
                                    vibració → determina la partícula
  • Una corda tancada (bucle) → pot ser un gravitó (partícula de la gravetat).
  • Una corda oberta → pot ser un electró, quark, fotó, etc.
3. Com funciona? Modes de Vibració = Partícules
Cada mode de vibració de la corda = una partícula diferent
text
Exemple:
- Vibració baixa freqüència → electró
- Vibració alta freqüència → fotó
- Vibració en bucle → gravitó (gravetat)
Això explica per què hi ha tantes partícules: són només diferents notes d’una mateixa corda.
4. Dimensions Extra: El Gran SaltLes cordes no poden vibrar lliurement en 4 dimensions (3 espai + 1 temps).
Per ser matemàticament consistents, necessiten:
10 dimensions (en la majoria de versions)
o 11 dimensions (en M-teoria)
Què passa amb les dimensions extra?
  • Estan compactades a escales infinitesimals (ex. forma de Calabi-Yau).
  • Són com un cable: de lluny sembla 1D, però de prop té estructura circular.
text
Univers observable: 4D (3 espai + temps)
Univers real (segons cordes): 10D o 11D
→ 6 o 7 dimensions "enrotllades" microscòpicament
5. Versions Principals de la Teoria de les Cordes
Tipus
Dimensions
Característiques
Bosònica
26
Només bosons, inestable
Supercordes (5 tipus)
10
Inclou fermions, supersimetria
M-Teoria
11
Unifica les 5 supercordes
→ Les 5 teories de supercordes eren diferents límits d’una mateixa M-teoria (proposta per Edward Witten, 1995).
6. Supersimetria (SUSY)
  • Cada partícula té una parella supersimètrica:
    • Electró → Selectró
    • Fotó → Fotí
  • Encara no detectada al LHC (2025).
  • Si no existeix, la teoria de cordes no falla, però perd elegància.
7. Què Prediu? (i per què no està provada)
Predicció
Estat actual
Partícules noves (SUSY)
No trobades
Dimensions extra
No detectades
Forats negres microscòpics
No observats
Ones gravitacionals de cordes còsmiques
Possible senyal futura
→ No hi ha prova experimental directa (fins ara, novembre 2025).
8. Avantatges i Crítiques
Avantatges
Crítiques
Unifica gravetat i quàntica
Sense predicció testable clara
Resol singularitats (forats negres)
10⁵⁰⁰ solucions possibles ("paisatge de cordes")
Explica per què hi ha 3 famílies de partícules
Massa matemàtica, poca física
9. Resum Visual
text
Univers = Cordes vibrants en 10/11 dimensions
       ↓
Modes de vibració → Partícules (electrons, quarks, gravitons...)
       ↓
Dimensions extra compactades → No les veiem
       ↓
Supersimetria (opcional) → Elegància matemàtica
Conclusió
La teoria de les cordes és la proposta més ambiciosa per unificar la física,
però encara és una hipòtesi matemàtica, no una teoria confirmada.
  • Per als físics: És una eina poderosa per explorar la gravetat quàntica.
  • Per al públic: És com imaginar que l’univers és una simfonia còsmica, on cada partícula és una nota d’una corda vibradora en un espai de 10 dimensions.
Recomanacions per Aprendre Més
  • Llibre: L’univers elegant – Brian Greene
  • Documental: "The Elegant Universe" (PBS, amb Brian Greene)
  • Curs gratuït: Leonard Susskind a Stanford (YouTube: "String Theory")