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Agujeros Negros, Cuerdas y Gravedad Cuántica
Juan Maldacena
 Institute for Advanced Study
School of Natural Sciences
Einstein Drive
Princeton, NJ, 08540, USA

Con licencia de Jefferson Laboratory of Physics
Harvard University
Cambridge, MA, 02138, USA 
Princeton Centennial Lecture, October 15, 2000
 

Introducción
En este artículo vamos a describir algunas ideas sobre las leyes dela física más microscópicas o más fundamentales. Antes de eso vamos a resumir, en términos muy generales y simples, las leyes de la física tal como las entendemos hoy. Enfatizaremos que existe una importante inconsistencia lógica entre estas leyes: el conflicto entre la mecánica cuántica y la gravedad. La teoría de cuerdas fue inventada para resolver esta contradicción. Describiremos qué es lateoría de cuerdas y cómo describe algunas propiedades cuánticas de los agujeros negros. Esto será posible mediante la relación entre teoría de cuerdas y teorías más convencionales de física de partículas.

La física tal como la conocemos hoy
¿De qué están hechas las cosas?
Cuando nos preguntamos de qué están hechas las cosas, pensamos en moléculas, átomos o partículas elementales. La materiaordinaria está hecha de moléculas, que a su vez contienen átomos, que a su vez contienen más partículas elementales. Una partícula elemental es, por definición, una partícula que no está hecha de otras partículas. Podría ser que algún día se descubra que alguna de las partículas que hoy consideramos elementales estén hechas de otras partículas aun más elementales. Lo único que podemos decir es que hastaahora los experimentos no han logrado observar que éstas estén compuestas por componentes más pequeñas. Consideremos por ejemplo, un pedazo de hierro. Está compuesto de átomos, estos átomos están compuestos de un núcleo y de un cierto número de electrones; 26 en el caso del hierro. Hasta donde conocemos hoy, los electrones son elementales. El núcleo contiene protones y neutrones, que a su vezcontienen partículas llamadas "quarks," que son elementales. Todas estas partículas interactúan emitiendo y absorbiendo otras partículas. La fuerza electromagnética, responsable de mantener juntos a los átomos, se debe al intercambio de fotones. La fuerza fuerte, o fuerza nuclear, es responsable de mantener juntos a los quarks y junto al núcleo. Esta fuerza se debe al intercambio de otras partículasllamadas gluones. Toda la materia ordinaria que vemos a nuestro alrededor está compuesta de estas partículas. En resumen, tenemos un cierto número de partículas elementales, las anteriormente mencionadas y además algunas otras. Ellas componen toda la materia observable, incluyendo la materia en galaxias distantes, la materia que forma a los seres vivos, etc. En esta descripción de la materia, esextremadamente importante resaltar que las leyes que gobiernan su movimiento no son las leyes de la física clásica, sino las leyes de la mecánica cuántica. Nuestra intuición clásica nos diría que un electrón moviéndose alrededor del núcleo sería como un planeta moviéndose alrededor del sol. En ambos casos hay una fuerza atractiva, la fuerza gravitacional en un caso y la fuerza eléctrica en el otro.Pero un electrón en movimiento emitiría ondas electromagnéticas, perdería energía y después de una fracción de segundo caería dentro del núcleo. ¿Por qué el electrón no cae en el núcleo? No cae gracias a la mecánica cuántica. En la mecánica cuántica las energías del sistema están cuantizadas, esto significa que el electrón solo puede tener energías bien definidas. Hay un estado de mínima energíay el electrón no puede decaer más emitiendo ondas electromagnéticas. En conclusión, la mecánica cuántica es crucial para la estabilidad de la materia. Es la razón por la que nosotros no nos caemos por el suelo al fondo de la tierra. En la mecánica cuántica, las partículas no tienen una posición y velocidad bien definidas. De hecho, cuando un electrón está en un estado de mínima energía no...