Las cosas en cuestión se llaman "cuerdas cósmicas". Se predicen como un subproducto de algunas, pero no de todas las teorías del Universo temprano. No hay evidencia experimental de que realmente existan, aunque supongo que la posibilidad no se ha descartado.
- ¿Cómo podríamos observar esto?
Una larga cuerda cósmica tendría un par de firmas observables. El efecto principal es una especie de lente gravitacional. Si una cuerda cósmica se encuentra directamente entre usted y un objeto de fondo, verá dos copias del objeto, una de la luz que pasó alrededor de la cuerda hacia la izquierda, y otra de la luz que fue a la derecha.
Para entrar en un poco más de detalle, una cuerda cósmica produce una "singularidad cónica" en el espacio que la rodea. Esto significa que la circunferencia de un círculo que rodea la cuerda será ligeramente menor que $2\pi$ veces el radio. El déficit fraccional es independiente del radio. Es como si alguien hubiera quitado una cuña triangular de espacio y luego "pegado" las caras que rodean la parte eliminada. Para ver por qué esto se llama una singularidad cónica, imagina tomar un trozo de papel, recortar una cuña triangular (es decir, eliminando todos los puntos con $0<\phi<\alpha$ para algún constante $\alpha$), y luego pegando juntas las aristas $\phi=0$ y $\phi=\alpha$. El papel ahora tendrá la forma de un cono; una hormiga caminando alrededor de la singularidad cubrirá una circunferencia $C=(2\pi-\alpha) r$.
La luz viaja en líneas rectas (geodésicas) en este espacio cónico, pero dos líneas rectas de ese tipo pueden pasar alrededor de lados opuestos y encontrarse de nuevo. (Dibújalo en tu papel cónico si no ves esto.)
Entonces, una forma de buscar cuerdas cósmicas es buscar pares de imágenes idénticas de algo.
Si la cuerda cósmica sucede estar moviéndose transversalmente a su línea de visión, entonces hay otra firma observacional. La luz de fondo que llega a usted desde el lado "aguas abajo" estará desplazada al azul en comparación con la luz de fondo que llega a usted desde el lado aguas arriba. En efecto, la geometría cónica da una sacudida a los fotones que vienen de un lado en relación con el otro. (En realidad, esta es una forma algo imprecisa de decirlo: esto es un efecto puramente geométrico, no una fuerza real.)
Se predice que las cuerdas cósmicas tienen un grosor distinto de cero, pero muy pequeño. No recuerdo los detalles.
- ¿Son lo mismo que las cuerdas que (se teoriza que) constituyen las partículas elementales?
Las cuerdas cósmicas no son las mismas que las cuerdas en la teoría de cuerdas. Hay conexiones entre las dos teorías, que no entiendo en absoluto. Entiendo bastante bien las cuerdas cósmicas y nada en absoluto la teoría de cuerdas. Espero que alguien más hable sobre las conexiones.
- ¿Qué se necesita para producir una cuerda tan larga?
Las cuerdas cósmicas son predichas en algunas teorías del Universo temprano. Son "defectos topológicos" resultantes de una transición de fase. Durante la transición de fase, algún campo intenta "relajarse" en una configuración de menor energía. Existen varias versiones diferentes del estado de menor energía, y el campo elige diferentes versiones en diferentes partes del espacio. Una cuerda cósmica resulta de regiones diferentes haciendo elecciones incompatibles, por lo que todo el sistema no puede relajarse al mismo estado.
Si se simula tal transición de fase, en la que diferentes puntos "eligieran" aleatoriamente en qué estado relajarse y luego todo el sistema intentara estabilizarse en una configuración final de baja energía, se descubre que resultan muchas cuerdas. Hay grandes cantidades de pequeños bucles y números menores de cuerdas grandes. Se predice que las muy largas de las que Witten habla son raras, pero debería haber un pequeño número en nuestro Universo observable (si realmente ocurrió una transición de fase que produjo cuerdas).
- ¿Qué sucede cuando interactúas con tal cuerda?
Las cuerdas están bajo alta tensión y tienen una alta densidad de energía confinada a una área transversal muy pequeña. Sería difícil cortar una, sin suministrar suficiente energía para "des-hacer" la transición de fase. Cuando dos cuerdas (o dos secciones de la misma cuerda) se encuentran, pueden "reconectarse", esencialmente intercambiando entre sí en el punto de intersección. Un bucle de cuerda puede "pinzar" bucles más pequeños a través de este proceso: imagina la cuerda retorciéndose en una forma de 8 y luego dividiéndose en dos bucles más pequeños.
Hay mucho más en la dinámica de estas cuerdas. Pueden perder energía emitiendo ondas gravitacionales, por ejemplo.
- ¿Podríamos tener una en la Tierra?
En principio, probablemente podríamos producir algunas pequeñas, si pudiéramos aumentar la densidad de energía en alguna región lo suficiente como para des-hacer la transición de fase, pero nadie ha hecho algo remotamente parecido a esto. Si tuviéramos una grande, no sé qué tan fácil sería controlarla.
