Me parece muy interesante compartir este artículo con
vosotros ya que trata uno de los problemas más importantes de la física de hoy,
la unificación de la teoría de la relatividad y de la física cuántica.
La
relatividad, por un lado, explica con éxito la fuerza gravitatoria mientras que
la física cuántica explica el resto de fuerzas de la naturaleza: la fuerza
nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y el electromagnetismo.
La
teoría de cuerdas es uno de los modelos teóricos que unifican ambas teorías y
que podría ser un modelo estándar de explicación del universo aunque el problema
es que actualmente ha sido imposible demostrar su validez.
A
continuación os paso el artículo y debajo el enlace por si queréis leerlo en la
web donde se encuentra directamente:
El gran
problema de la ciencia moderna desde mediados del siglo XX ha sido cómo dar
coherencia a las dos grandes teorías vigentes y aparentemente incompatibles que
explican el universo: la Relatividad, que describe los objetos más grandes del
cosmos, y la mecánica cuántica, que explica el mundo sub-atómico.
Mientras
que la teoría de la relatividad describe el funcionamiento de la gravedad, la
mecánica cuántica hace coherentes las fuerzas electromagnéticas, nuclear débil
y nuclear fuerte. Pero no sabe qué hacer con la fuerza gravitatoria. Le sobra.
Si se
realiza una regresión en la historia de nuestro universo, aproximándose
paulatinamente al momento del Big Bang, es decir, si se imagina un proceso de
implosión donde el tamaño se contrae, las distancias se acortan y aumenta la
temperatura, se llegaría a un punto donde las influencias de ambas teorías se
encontrarían una frente a la otra, provocando la gran debacle. Sería como tener
dos códigos de circulación completamente diferentes para un mismo territorio.
Aunque esto es algo que ya ocurre en las situaciones más extremas de la
cosmología, como el estudio de los agujeros negros.
Es
indispensable, por lo tanto, crear un código común. El modelo estándar de la física tiene diferentes alternativas.
Una de ellas es la teoría de cuerdas, que muchos consideran la mejor candidata
a ser la teoría del Todo, aquella que ha de superar las contradicciones entre
física cuántica y Relatividad.
Según
la teoría de cuerdas, la base de la materia no son las partículas, sino unos
filamentos muchísimo más pequeños que vibran de diferentes maneras. Cada una de
esas vibraciones será la clave para que aparezca una partícula determinada.
En
términos sencillos, se puede resumir el dilema como sigue: el modelo estándar
de la física, al describir la realidad más elemental mediante partículas y sus
incesantes interacciones, se topa con un mundo inestable, desequilibrado e
incoherente; al transformar dichas partículas en cuerdas, el mundo sub-atómico
mantiene la vibración de que hace gala en los experimentos, pero ya no hay
inestabilidad, sino una superficie más tranquila formada por hilos vibratorios
donde la fuerza de la gravedad también encuentra su sitio.
Unas
ecuaciones de Euler, uno de los grandes matemáticos del s. XVIII, fueron el
punto de partida para el nacimiento de la teoría de cuerdas: en 1968, el físico
italiano Gabriele Veneziano descubrió que aquella fórmula, que hasta
entonces se había considerado una curiosidad matemática, describía la fuerza
nuclear fuerte descubierta unos decenios atrás.
Posteriormente,
el estadounidense Leonard Susskind pudo ir más allá y propuso que la ecuación
de Euler hacía referencia a “algo” vibrante que se comportaba como un hilo
elástico que se estiraba, se contraía y ondeaba.
Durante
algunos años, la teoría de cuerdas no avanzó, debido a que sufría muchas
anomalías matemáticas que impedían su concordancia. Había, además, dos grandes
problemas al abordar este modelo: uno, exigía la existencia de una partícula
sin masa, que se dio en llamar “taquión”, que no sólo era hipotética sino
indetectable en cualquier experimento; y dos, hacía falta la existencia de diez
dimensiones. Y esto, qué duda cabe, la hacía muy poco atractiva para la ciencia
del momento.
Con
todo, algunos se empeñaron en resolver aquel entuerto. En 1973, John Schwarz
descubrió que la partícula sin masa permitía explicar la fuerza de la gravedad
en el terreno cuántico. Se la denominó, así, “gravitón”.
En los
años 80, surgieron cinco variantes de la teoría de cuerdas. Esto no habría sido
demasiado problemático de no ser por un detalle: todas ellas resultaron ser
igual de válidas. Por lo tanto, había que asumir que una de ellas describiría
nuestro universo pero, entonces, ¿qué "otros" universos describían
las cuatro restantes?
Este
fue el gran rompecabezas a resolver durante años hasta que, en 1995, uno de los
físicos y matemáticos más relevantes de hoy, Ed Witten, presentó su solución al
enigma: no había cinco teorías diferentes, sino que, en realidad, eran cinco
enfoques sobre un mismo concepto, como si estuviéramos en una habitación
cubierta de espejos que reflejaran el mismo objeto desde diferentes
perspectivas.
La
solución de Witten se llamó teoría M. Y la teoría M aportaba cambios: el
más importante, que existen 11 dimensiones. La dimensión añadida a las diez de
las que se venía hablando permitía que las cuerdas se estiraran para formar una
especie de membranas, las cuales podrían tener tres o más dimensiones. Con la
energía suficiente, alguna de ellas podría alcanzar tamaños tan grandes como
para albergar nuestro universo.
Es
decir, que podríamos estar viviendo dentro de una membrana, algo así como si
estuviéramos en una rebanada sacada de una barra de pan, y cada rebanada de
dicha barra sería un universo paralelo. Entonces, la siguiente pregunta sería:
¿estaríamos atrapados o sería posible acceder al resto de rebanadas?
La
teoría M cree que la respuesta está en la gravedad. Esta fuerza siempre ha sido
un problema para los científicos, debido a que su debilidad es tan manifiesta
respecto a las otras fuerzas del universo que tanta diferencia ha traído de
cabeza a la ciencia. El nuevo enfoque cambiaba la perspectiva del problema:
¿realmente es tan débil o, sencillamente, aparenta serlo?
La
teoría M dice que hay dos formas de cuerdas. Todo lo que forma el universo se
compone de cuerdas abiertas, cuyos extremos están adheridos a la membrana
tridimensional que lo contiene. Pero también existen unas cuerdas cerradas, y
una de sus variedades es el gravitón. Al formar un círculo cerrado, esta cuerda
no está atada a la membrana y es libre para escapar hacia las otras
dimensiones. Esto diluye la fuerza de la gravedad, haciéndola así parecer más
débil que el resto de fuerzas.
La
gravedad sería, por tanto, la forma de contacto entre todas las dimensiones
existentes. Esta es, por cierto, la idea sobre la que se elaboró el guion de Interstellar, una de las
mejores películas de ciencia ficción de los últimos tiempos –precisamente
porque todo lo que en ella aparece está justificado por argumentos científicos.
La
teoría M ofrece también una explicación al origen del Big Bang. Algunos
defensores de la teoría sugieren que no hubo un inicio: el Big Bang sería el
resultado de un choque entre dos membranas, y tal acontecimiento no sería
único, sino que se repetiría innumerables veces de manera impredecible.
Ahora
bien, ¿cómo demostrar la existencia de otras dimensiones y membranas? A pesar
de que una gran mayoría la considera pseudocientífica bajo el argumento de que
no es falsable, sus defensores afirman que quienes así piensan se equivocan en
la interpretación de la falsabilidad.
Desde
la perspectiva de la actual física teórica, el cosmólogo Sean
Carroll considera
que el método científico, tal y como se lo concibe habitualmente, es demasiado
simple para que siga siendo válido. El falsacionismo, dice, ha sido
malinterpretado. Karl Popper lo postuló como una manera de distinguir la
investigación científica de la no científica, pero eso “no significa que
aquello para lo que no puedes demostrar una falsedad sea falso”.
Hay
teorías que se antojan muy firmes para las cuales aún no han sido desarrollados
los métodos de falsación, pero sería una insensatez descartarlas por un motivo
que es ajeno a la verdad de la teoría, surgido de la incapacidad temporal de
los seres humanos para exponerla experimentalmente.
Es el
caso del multiverso o las dimensiones múltiples de que habla la teoría de
cuerdas, por ejemplo. “En mi opinión”, dice Carroll, “si le pudieras preguntar
a Karl Popper sobre ello, te diría que éstas teorías son perfectamente
científicas”.
No
parece serio, por tanto, que se dejen de lado tales ideas porque no es posible
demostrar empíricamente la existencia del multiverso o porque no se han
desarrollado los dispositivos para generar la suficiente energía con que
acceder al nivel de las cuerdas.
La idea
no es nueva. Ya Albert Einstein sabía de esto, y presumía de no necesitar
confirmaciones experimentales para su teoría de la relatividad, en su seguridad
de que las matemáticas no se equivocaban. Durante un tiempo se rechazó la
relatividad porque se consideraba que no podía ser demostrada empíricamente.
Cuando Arthur Eddington ideó
la manera de probar uno de los aspectos de la teoría, la
desviación de la luz de las estrellas a causa de la masa solar, aprovechando el
eclipse de 1919, los periodistas le preguntaron si estaba nervioso por conocer
qué deparaba el experimento. Einstein dijo que en absoluto, pues sabía que el resultado
iba a ser inevitablemente positivo.
Con
todo, hay aspectos de la teoría de cuerdas que sí podrían ser demostrados en
laboratorio. Así, se predice que las cuerdas pueden ser alteradas aplicando una
cierta cantidad de energía. Ésta depende del radio de las dimensiones extra; a
menor radio, más energía. El escenario más
probable requiere
aplicar 1019 GeV.
El
inconveniente es que la energía máxima que es capaz de producir el ser humano a
día de hoy es de unos 104GeV.
Ello ocurre en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN donde, año tras
año, se descubren estructuras cada vez más elementales de la materia.
Si, por
otra parte, las dimensiones extra fuesen más grandes, la teoría prevé, debido a
un incremento de la fuerza de gravedad, la aparición de minúsculos agujeros
negros que sí podrían ser detectados por el colisionador de hadrones.
También
sería posible detectar gravitones. El gran logro para la teoría de cuerdas
sería, después de este descubrimiento, observar el momento preciso en que el
gravitón, de repente, desaparece. Porque, si la Teoría M es correcta, el
gravitón debe desvanecerse al pasar a otra dimensión.
Aunque
la confirmación de que existen dimensiones extra tampoco sería una prueba
definitiva de que la teoría de cuerdas es correcta. Sin embargo, el hallazgo
daría el golpe de gracia al actual paradigma.
El
modelo estándar falla cuando se trata de describir lo que pasa en el nivel de
los quarks y gluones, que son la base de la materia según la cromodinámica
cuántica, donde existe el modelo de cuerda cromodinámica, o de Lund, esencial
para explicar las interacciones de gluones del modelo estándar. Pero no aporta
nada a los intentos por unir la gravedad con el resto de fuerzas elementales.
La
teoría de cuerdas, por su parte, ofrece métodos de cálculo que se ajustan mejor
a ese ámbito de la realidad. Y, de hecho, se emplean en algunos experimentos
del LHC. Y, aunque a día de hoy la teoría de cuerdas sólo se considera válida
como método de cálculo, es posible que la superación de las contradicciones
entre la Relatividad y la mecánica cuántica pase por trascenderlas en la visión
de un universo como "sinfonía" donde cada vibración de cuerda origina
un pedazo realidad.
Quién
sabe, puede que la ciencia del futuro nos devuelva a la sabiduría de los
antiguos, en una versión revisada de esa milenaria teoría que ha sido –¿y es?—
la armonía de las esferas.
