¿Por qué es importante la teoría de cuerdas?

A2A_Durante siglos los físicos han tratado de consolidar nuestra comprensión del mundo demostrando que fenómenos distintos están gobernados por un único conjunto de leyes. Para Einstein esto se convirtió en una pasión. Con sus dos teorías de la relatividad, Einstein unificó el espacio, el tiempo y la gravedad. Pero él aspiraba a más: encontrar una teoría unificada que explicase y diese consistencia a todo. No lo consiguió.

Tras el fallecimiento de Einstein, cada vez hay más físicos obsesionados con lo mismo: desarrollar una teoría unificada del todo.

Durante años, los físicos se percataron que el mayor escollo era el conflicto entre los dos grandes avances de la física del siglo XX: la relatividad general y la mecánica cuántica.

Cada una de estas teorías pretende ser universal y trabajar en todos los dominios, a sabiendas que la primera se aplica a las cosas grandes como estrellas y planetas, y la mecánica cuántica a cosas pequeñas como moléculas y átomos. Sin embargo cuando estas teorías se utilizan conjuntamente, sus ecuaciones combinadas ofrecen respuestas absurdas.

Por ejemplo, cuando se utilizan para calcular la probabilidad de que tenga lugar un proceso u otro en el que interviene la gravedad, la respuesta que se suele hallar es una probabilidad infinita. Y sabemos que las probabilidades mayores que el 100 por 100 carecen de significado. Los cálculos que dan una probabilidad infinita muestran que las ecuaciones combinadas de la relatividad general y la mecánica cuántica han perdido el sentido.

En vista de esto, los físicos optaron por utilizar la relatividad general sólo para analizar cosas grandes y masivas, y reservaban la mecánica cuántica para analizar objetos pequeños y ligeros. Esta postura ha permitido avances espectaculares, pero no fue suficiente para que algunos no cejasen en la búsqueda de una solución.

Algunos dominios que son a la vez masivos y minúsculos, permiten el uso simultáneo de la relatividad general y la mecánica cuántica. El centro de un agujero negro, en el que una estrella ha sido confinada y comprimida por su propio peso en un minúsculo punto muy pequeño. O el Big Bang, en el que se supone que todo el universo fue comprimido en una semilla mucho más pequeña que un átomo, ofrecen los dos ejemplos más significativos.

Un conflicto en las leyes de la física significa un fallo para entender una verdad profunda. De todo ese trajín se están obteniendo resultados alentadores. Muchos coinciden en que la mejor candidata para la armoniosa fusión de las leyes de lo grande y lo pequeño, se trata de la conocida como teoría de supercuerdas.

Esta teoría comienza proponiendo una respuesta a una pregunta antigua: ¿cuáles son los constituyentes más pequeños e indivisibles de la materia?

Durante décadas, la respuesta ha sido que la materia está compuesta de partículas -electrones y quarks- que pueden ser modeladas como puntos indivisibles, sin tamaño ni estructura interna. La teoría convencional afirma que estas partículas se combinan entre sí para dar protones, neutrones, y todo un zoológico de átomos y moléculas que forman lo que siempre hemos encontrado.

La teoría de las supercuerdas cuenta otra historia. No niega el papel de los electrones, quarks y el resto de especies de partículas que revelan los experimentos, pero afirma que estas partículas no son puntos. En lugar de ello, cada partícula está compuesta de un minúsculo filamento de energía, unos cien trillones de veces más pequeños que un simple núcleo atómico y que presenta la forma de una pequeña cuerda.

Esa cuerda, como si se tratase de una cuerda de violín que puede vibrar con pautas diferentes, produciendo tonos diferentes, los filamentos de la teoría de supercuerdas también pueden vibrar. Sin embargo, estas vibraciones no generan notas musicales, sino que producen diferentes propiedades de partículas. Y esto es lo extraordinario.

Una cuerda minúscula que vibra con una pauta tendría la masa y la carga eléctrica de un electrón; semejante cuerda podría ser lo que siempre hemos llamado un electrón. Otra cuerda que vibra con otra pauta diferente, tendría las propiedades para identificarla como un quarks, un neutrón o cualquier otro tipo de partícula. Todas las especies de partículas están unificadas en la teoría de supercuerdas puesto que cada una surge de una pauta vibratoria diferente ejecutada por la misma entidad.

A partir de ahí, la teoría de supercuerdas combina la relatividad general y la mecánica cuántica en una teoría única consistente, eliminando las perniciosas probabilidades infinitas que destruyen las uniones antes intentadas.

Además, esta teoría revela la anchura necesaria para hilvanar o conectar todas las fuerzas de la Naturaleza y toda la materia en un mismo soporte teórico.

Si estas afirmaciones son correctas, representan un paso adelante trascendental. Einstein estará lleno de gozo en el universo donde se encuentre.

Mas la característica más sorprendente de la teoría de supercuerdas, es el profundo impacto en nuestra comprensión del tejido del cosmos. La fusión que propone esta teoría entre relatividad y mecánica cuántica sólo es razonable matemáticamente si sometemos la idea que tenemos de espacio-tiempo a otro cambio. En lugar de las tres dimensiones espaciales y una temporal, la teoría de supercuerdas requiere nueve dimensiones espaciales y una temporal. Y en una suposición más atrevida, conocida como Teoría M, la unificación requiere diez dimensiones espaciales y una temporal, en total once dimensiones espacio temporales.

La ausencia de evidencia observacional de dimensiones extras también podría significar que no existen y que la teoría de supercuerdas es errónea. Pero eso sería apresurado aventurarlo, pues décadas antes de todo esto, científicos, incluyendo al propio Einstein, tuvieron en sus mentes la idea de dimensiones espaciales más allá de las que vemos.

Los teóricos de cuerdas han encontrado que las dimensiones extras podrían estar tan apretadas que son demasiado pequeñas para ser vistas, o podrían ser grandes pero invisibles para la forma en que sondeamos el universo.

Cualquiera de estos escenarios tiene profundas implicaciones. Mediante su impacto en las vibraciones de las cuerdas, las formas geométricas de dimensiones minúsculas apretadas podrían tener respuestas para muchas preguntas básicas, tales como por qué nuestro universo tiene estrellas y planetas, si hay o no otros mundos vecinos en el espacio ordinario, etc.

Si existen, las dimensiones extras pueden llevar a resultados experimentales en otra generación de colisinadores de átomos, como serían la primera síntesis de un agujero negro microscópico o la producción de una gran variedad de nuevas especies de partículas.

Si la teoría de supercuerdas se prueba correcta estaremos obligados a aceptar que la realidad que hemos conocido es tan sólo una delicada cortina transparente que cubre el tejido cósmico grueso.

Confirmar que no hay sólo tres dimensiones espaciales proporcionaría algo más que un detalle científico. La constatación de dimensiones extras mostraría que la totalidad de la experiencia humana nos había dejado ignorantes de un aspecto básico y esencial del universo.

Con la teoría de supercuerdas y su desarrollo, tendremos una herramienta fiable que no fallará en ninguna circunstancia, permitiéndonos escudriñar con nuestras ecuaciones y aprender cómo eran las cosas en el momento en que se puso en marcha el universo.

Comprender la cosmología según la teoría de supercuerdas se ha convertido en una de las mayores prioridades de la investigación actual.

La flecha del tiempo está en un umbral entre la realidad que experimentamos y la realidad que la ciencia de vanguardia trata de desvelar. A medida que sigamos avanzando con la teoría de supercuerdas y su extensión, la teoría M, nuestras ideas cosmológicas se harán más profundas y arrojarán una luz más precisa sobre el origen del tiempo y su flecha.

¿Podremos navegar en el espacio-tiempo? Personalmente lo creo improbable, pero quedaríamos satisfechos al comprender la verdadera naturaleza del espacio y del tiempo: sería un reconocimiento de la capacidad del intelecto humano.