¿Por qué la teoría de cuerdas está recibiendo tantas críticas en la comunidad científica?

La teoría de cuerdas nace en 1968, como una forma de entender la interacción nuclear fuerte. Ciertas colisiones entre los hadrones (las partículas afectadas por dicha interacción) no tenían una explicación satisfactoria dentro de los modelos conocidos.

Dice la leyenda que dos físicos encontraron, por casualidad, rebuscando entre antiguos textos de análisis clásico, una fórmula de Euler (la función beta) que explicaba estas colisiones a la perfección. Está dada en términos de la función gamma:

B(x,y)=Γ(x)Γ(y)Γ(x)+Γ(y),B(x,y)=Γ(x)Γ(y)Γ(x)+Γ(y),

Γ(z)=∫∞0xz−1e−x⋅Γ(z)=∫0∞xz−1e−x⋅

Y podemos escribir también de forma alternativa,

B(x,y)=n∫10tnx−1(1−tn)y−1dt⋅B(x,y)=n∫01tnx−1(1−tn)y−1dt⋅

Nadie sabía por qué usando esta fórmula como punto de arranque las cosas funcionaban. A la expresion matemática definitiva que describe, mediante estas fórmulas, las colisiones entre partículas, se le llama amplitud de Veneziano.

La expresión de Euler fue extendida para explicar colisiones más complejas. Esta fórmula exhibía algunas propiedades que la hacían muy atractiva, como ciertas simetrías especiales.

Aunque seguían explorando las consecuencias de la función beta, nadie podía entender qué estaba sucediendo.

Finalmente varios físicos, entre ellos Leonard Susskind y Yoichiro Nambo, hacia principios de los 70, encontraron una razón asombrosa: lo que las fórmulas describían eran cuerdas ultramicroscópicas relativistas (a velocidades cercanas a la de la luz), y cuyas vibraciones representaban a los hadrones, que eran consideradas partículas puntuales. Pero las cuerdas existían a una escala tan pequeña que, vistas desde la escala energética explorada por aparatos existentes, parecían puntos.

De ahí surge la teoría de cuerdas (abiertas y cerradas), que para entonces era conocida como "modelo de resonancias duales". Lo de duales debido a las mencionadas simetrías exhibidas a la hora de describir las colisiones entre hadrones, usando la función beta.

La acción de Nambu-Goto, punto de partida de la teoría de cuerdas. Así como un punto (cero dimensión) describe una curva cuando se propaga en el espacio-tiempo, una cuerda abierta (una línea unidimensional) describe una superficie.

La supersimetría en dos dimensiones surge poco después, cuando los físicos descubren que la misma intercambia a bosones (portadores de las fuerzas de la naturaleza) y fermiones (partículas de materia). En 1973, Peter West y Bruno Zumino, la extienden a cuatro dimensiones, las del mundo físico en que vivimos. Así la teoría se fue acercando a la realidad.

Al incorporar la supersimetría a la teoría de cuerdas, con el modelo de West-Zumino como ejemplo, nace la hoy llamada teoría de las supercuerdas: toda partícula existente en la naturaleza no es más que una cuerda que vibra a una frecuencia específica.

Otro hito fue que en 1974, John Schwarz y Jöel Scherk, descubren que uno de los posibles modos de vibración de las supercuerdas es el gravitón, partícula portadora de la gravedad (descrita por cuerdas cerradas). Las supercuerdas, de repente, surgen como candidatas a teorías cuánticas de la gravedad.

La supersimetría exige simultáneamente la existencia de parejas de bosones y fermiones: las partículas de la naturaleza no vienen solas. Pero, ¿dónde están las parejas supersimétricas correspondientes a cada fermión y bosón que se ha descubierto? Si existe, entonces, la supersimetría dede estar rota a nuestra escala energética y solo a altas energías esta se reestablece, y podremos ver a esas parejas faltantes.

Hay otro dilema. Al incorporar la supersimetría a la teoría de las cuerdas, esta última solo tiene consistencia en 10 dimensiones, debido a condiciones que imponen la mecánica cuántica y la relatividad especial. Además, hay varias teorías de cuerdas, cinco en total. Unas son más realistas que otras a la hora de intentar entender el universo. Pero para saber cuál es la que corresponde al cosmos en que vivimos hay que explorar energías que no podemos reproducir en nuestros aceleradores actuales. Se ha dicho que para ello es necesario un acelerador con el radio del sistema solar.

Aun así, se han propuesto modelos en los que parejas supersimétricas de las conocidas deben aparecer a energías ya exploradas por el Gran Colisionador de Hadrones. Sin embargo, ningún indicio de supersimetría se ha encontrado. Y esa es la gran desilusión.

Otro aspecto a considerar es que, a principios de los 90, para poder estudiar algunos fenómenos de las supercuerdas, que la conecten con la realidad, se amplió la teoría y se postuló la existencia de objetos más generales: ya no solo hay cuerdas, hay membranas de diversas dimensiones: 2,3,4,…llamadas Dp-branas (p es la dimensión, la D viene del matemático Diritchlet y es algo más técnico que tiene que ver con el hecho de que las cuerdas abiertas estén atascadas a las membranas).

Las Dbranas, como se les conoce en general, son objetos necesarios para la consistencia interna de todo el sistema.

Pero pasar de partículas sin dimensión (D0 branas) a cuerdas (D1 branas), y luego a membranas extendidas a dimensiones superiores, parece ser demasiado para muchos científicos. De ahí que la teoría esté siendo criticada, pues ha entrado en un terreno donde todo tipo de especulación es válida pero no hay experimento capaz de verificar nada de lo que se predice.

D-branas en el espacio-tiempo. Nótese la cuerda cerrada, que describe al gravitón, moviéndose en el espacio circundante, mientras que las abiertas están atascadas a las otras "membranas" multidimensionales.

Y así van las cosas desde hace más de 50 años. No hay nada allá afuera que requiera de la teoría de las supercuerdas. Esto contrasta radicalmente con la forma en que la física ha venido avanzando desde Copérnico: se descubre un problema en un sistema físico, luego se busca una explicación teórica. Los argumentos teóricos resuelven viejos dilemas y abren nuevas brechas, pronosticando fenómenos que pueden ser descubiertos por experimentos posteriores.

Alguien puede señalar a la relatividad general como una teoría surgida de manera deductiva, pero no debemos olvidar que se desprende de la relatividad restringida, que no solo explicó varios fenómenos sino que, inmediatamente tras su formulación, dejó al descubierto sus limitaciones en cuando a otros hechos, como la gravedad de Newton. Una vez creada, la relatividad general no solo extendió el dominio de aplicación de la teoría de Newton, también explicó el avance del perihelio de Mercurio, un enigma dentro de la física clásica que tenía décadas sin ser resuelto. A mismo tiempo, predijo fenómenos que tardarían décadas en ser descubiertos, como los agujeros negros.

Sería lamentable ver cómo una legión de físicos, quienes han dedicado sus carreras a la teoría de las supercuerdas -que a pesar de las dudas ha dejado huellas imborrables en la matemática pura por su rica estructura geométrica- haya trabajo durante décadas en vano.

Pero es bien sabido que, al final, el experimento despiadado tiene la última palabra.