El Universo Elegante Parte II

El Universo Elegante Parte II

Una Conversación con Brian Greene

Tras escribrir un libro de 400 páginas sobre la teoría de cuerdas y ayudar a NOVA a traducir dicho libro en un documental de tres horas, nos preguntamos ¿tendría Brian Greene algo más que decir sobre la teoría.

No necesitábamos habernos preocupado. En esta entrevista, Greene describe elocuentemente lo que es saber algo sobre el universo antes que nadie, cómo se pregunta si hay aspectos de la naturaleza que nosotros los humanos nunca estaremos preparados para comprender, por qué el preferiría averiguar hoy si la teoría de cuerdas está equivocada, y más cosas.



El camino a la aceptación

NOVA: ¿Es un tiempo apasionante para ser un teórico de cuerdas?

Greene: Es un tiempo asombroso para serlo. Los últimos pocos años han sido testigos de un enorme progreso, tanto que pienso que nadie ni en sus sueños más locos podría haber imaginado que llegaríamos tan lejos como lo hemos hecho.

NOVA: ¿Piensa que la teoría de cuerdas será alguna vez aceptada tan extensamente como, digamos, la teoría general de la relatividad? ¿Que se necesitaría para que esto sucediera?

Greene: Bien, la razón por la que la relatividad general es comúnmente aceptada es por que hizo predicciones que fueron confirmadas por observaciones experimentales. La primera que puso a la relatividad general en el mapa fue su predicción de la curvatura de la luz de una estrella por el Sol, que en 1919 fue confirmada por la observación durante un eclipse solar. Ese fue el momento en que la relatividad general emergió del reino de la teoría y entró en el reino de ser parte de la realidad tal como la conocemos.Para que la teoría de cuerdas tenga el nivel de aceptación de la relatividad general tiene que suceder lo mismo. Tiene que hacer una predicción que se confirme por algún experimento. Y aún no hemos alcanzado la etapa en la que podamos hacer las predicciones definitivas que, de ser encontradas, harían correcta la teoría, y si no lo fueran, la harían equivocada. Pero hemos alcanzado la etapa en la que podemos hacer algunas predicciones aproximadas para cosas que pueden suceder en los futuros aceleradores que se están construyendo, en particular en el de Ginebra, Suiza, llamado el Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider), que estaría preparado para el 2007 o 2008. Si alguna de las predicciones que la teoría de cuerdas dice que pueden suceder se confirman por la experimentación en este acelerador, entonces pienso que es muy posible que la teoría de cuerdas sería aceptada como la relatividad general.

NOVA: ¿Puede dar un ejemplo de una predicción que podría confirmarse experimentalmente en los próximos años?

Greene: Seguro. Uno de los rasgos más extraños de la teoría de cuerdas es que requiere más de las tres dimensiones espaciales que vemos directamente en el mundo que nos rodea. Suena como ciencia ficción, pero es un resultado matemático indiscutible de la teoría de cuerdas. Así que la pregunta es, ¿dónde están las dimensiones extra?. Una sugerencia es que están todas a nuestro alrededor, pero que son pequeñas en relación a las dimensiones que vemos directamente y por tanto son más difíciles de detectar. Lo que también predice la teoría –no necesariamente, pero si posiblemente- es que la energía puede escapar de nuestras dimensiones conocidas hacia estas dimensiones extras, bajo circunstancias apropiadas. Estas circunstancias podrían generarse en colisiones de alta energía que tendrán lugar en el nuevo desintegrador de átomos, el Gran Colisionador de Hadrones.Así es posible que a través de estas colisiones de alta energía encontremos que hay menos energía al final de la colisión de la que había al principio. Si la pérdida energética es justo del tipo correcto, sería una prueba muy fuerte de que la energía se ha filtrado en estas dimensiones extras. Si esto fuera verdad, si esta fuera la mejor explicación que pudiéramos encontrar, sería una evidencia fuerte de que las dimensiones extras son reales, y por tanto sería una evidencia fuerte de que el marco de trabajo de la teoría de cuerdas es correcto.

NOVA: ¿Qué tipo de resultados experimentales que apoyen la teoría de cuerdas cree que harían levantarse y hacerle caso incluso a sus detractores más reaccionarios como Sheldon Glashow?.

Greene: Bien, uno sería el que acabo de mencionar. El siguiente resultado experimental a encontrar es, en la mente de mucha gente, algo llamado supersimetría. El nombre completo de la teoría de cuerdas es realmente teoría de supercuerdas. El "super" se refiere a este rasgo llamado supersimetría, el cual, sin entrar en detalles, predice que para cualquier partícula conocida en el mundo, habría una partícula compañera, la supuesta compañera supersimétrica. Así para el electrón, habría el compañero supersimétrico electrón, o selectrón, como lo llama la gente. Para los quarks, habría los quarks supersimétricos o squarks. Para los neutrinos, los sneutrinos, y así sucesivamente.

"He gastado algo así como 17 años trabajando en una teoría para la que esencialmente no hay soporte experimental".

Así que está todo este espectro de "spartículas", si se quiere, que la teoría predice que deberían existir, pero aun nadie ha visto ninguna de estas partículas compañeras. Creemos que la razón es porque son mucho mas pesadas que las partículas conocidas, y ese algo más pesado es la mayor energía, el mayor esfuerzo (oomph) que cuesta producirlas en una colisión. Esperamos que estos nuevos desintegradores de átomos, el Gran Colisionador de Hadrones en particular, tendrán la suficiente energía para comenzar a producir estas partículas que la teoría predice. Ahora, si estas partículas son encontradas, no será la prueba de que la teoría de cuerdas sea correcta. Probará que el aspecto supersimétrico de la teoría es correcto. Y es que resulta que la teoría de cuerdas no es la única teoría que permite la supersimetría, por lo que esto no es necesariamente una pistola humeante (una prueba irrefutable). Pero sería un gran trozo de evidencia circunstancial de que la teoría de cuerdas está en el camino correcto. Así que de muchas formas, considero que es el experimento más probable para obtener resultados positivos y al fin darnos esta ventaja particular en el camino hacia la confirmación de la teoría de cuerdas.

NOVA: ¿Ha tenido alguna vez dudas sobre la teoría de cuerdas?

Greene: ¡Todo el tiempo!. Quiero decir, es una carrera de investigación muy extraña, en cierto modo. Hasta la fecha he gastado algo así como 17 años trabajando en una teoría para la que esencialmente no hay soporte experimental directo. Es una forma muy precaria de vivir y de trabajar. Lo divertido es que a veces tengo la impresión de que alguna gente fuera de este campo piensa que hay algún elemento de seguridad que nosotros tenemos al trabajar en una teoría que no ha hecho ninguna predicción que pueda ser probada como falsa. En un sentido, estamos trabajando en algo infalsificable. Y hay a veces la impresión de que somos felices con ello. Pero déjeme ser categórico, si la teoría es errónea, me gustaría saberlo hoy para no gastar ni un minuto más de mi tiempo en ella. No tendremos certeza de que es correcta hasta que los experimentos muestren que es correcta. No obstante, diría que en mi mente hay ya un fuerte caso circunstancial de que es correcta, porque aúna la relatividad general y la mecánica cuántica, y cada una de esas teorías ha recibido ya una fantástica cantidad de confirmación experimental. La teoría de cuerdas es la teoría más desarrollada con la capacidad de unir la relatividad general y la mecánica cuántica de una forma consistente. Creo que el universo es consistente, y por tanto creo que la relatividad general y la mecánica cuántica se unirían en una forma que tiene sentido. Eso es lo que hace la teoría de cuerdas, y para mi, es bastante convincente.

Límites a la comprensión

NOVA: ¿Hay alguna forma en que se pueda hacer comprender a la gente que sabe poco de matemáticas la suprema elegancia de la teoría de cuerdas?

Greene: Pienso que si. Como sabe, cuando hablamos de la elegancia de teorías físicas, lo que a menudo queremos decir es que una teoría es capaz de explicar un amplio rango de fenómenos usando un número muy pequeño de ideas poderosas. La elegancia viene del tremendo alcance de estas pocas ideas simples.

“No importa lo mucho que intentes enseñar a tu gato la relatividad general, fallarás".

Y esa es ciertamente una característica principal de la teoría de cuerdas. Tenemos esta idea de que los constituyentes básicos de la naturaleza son estas cuerdas vibrantes, que sus patrones de vibración dictan las propiedades de las partículas, y dictan los tipos de fuerzas que trabajan en el mundo. Si la teoría es correcta, esa simple noción será quizá capaz de explicar, en principio, cada fenómeno físico. En ese poderoso alcance es donde reside la elegancia.

NOVA: ¿Cree que hay límites a cuánto podemos conocer sobre el universo?

Greene: No lo se. Me gustaría pensar que no los hay, pero sospecho que eso es un poco optimista. Una analogía usada en el programa de NOVA a la que soy muy aficionado es: Somos ciertamente conscientes de que hay seres inteligentes en este planeta cuya capacidad para comprender las profundas leyes del universo es limitada. No importa lo mucho que intentes enseñar a tu gato la relatividad general, fallarás. Ahí tenemos un ejemplo de un ser vivo inteligente que nunca sabrá este tipo de verdad sobre el modo en que el mundo está unido. ¿por qué en el mundo seríamos algo diferente?. Podemos ciertamente ir más lejos que los gatos, pero ¿por qué iban a ser nuestros cerebros tan apropiados para el universo que fueran capaces de entender hasta su más profundo funcionamiento?

NOVA: Bien, por ejemplo, la mayoría de la gente tiene problemas para visionar una cuarta dimensión espacial. ¿Usted puede?.

Greene: No. Yo no puedo visionar nada más allá de las tres dimensiones. Lo que puedo hacer es hacer uso de las matemáticas que describen esas dimensiones extra, y entonces puedo intentar traducir lo que las matemáticas me dicen en analogías de dimensiones inferiores que me ayuden a plasmar una imagen de lo que las matemáticas me han dicho. Pero la imagen es ciertamente inadecuada para la tarea de describir completamente qué está pasando, por que es en dimensiones más bajas, y en las dimensiones superiores, las cosas son definitivamente diferentes. Para decirle la verdad, nunca encontré a nadie que pudiera visionar más de tres dimensiones. Hay algunos que proclaman que pueden, y puede ser que lo hagan; es difícil decirlo. Pero es muy complicado, cuando tu cerebro está implicado en un mundo que parece tener tres dimensiones y está bien adaptado a visionar ese mundo, ir más allá de eso e imaginar más dimensiones.

Cuerdas Gigantes

NOVA: Me encanta saber que no era el único. Volviendo a las cuerdas, Ed Witten dijo en su entrevista que es concebible que el big bang produjese una cuerda tan grande que estaría presente en el universo de hoy y podría ser visible en los telescopios. ¿Está usted de acuerdo?, y si lo está, ¿donde podríamos buscarla, y a qué se parecería?

Greene: Estoy de acuerdo en que es una posibilidad. Pero como creo que convendría Ed Witten, es una situación muy poco probable. Esa no es, en la mente de nadie, la forma más probable en la que confirmaremos la teoría. Pero es factible que las inmensas energías presentes en el momento del big bang produjesen una gran cuerda. Cuanto más grande es una cuerda, más energía se necesita para crearla. Y podría haberse producido una que de algún modo estuviese vagando por ahí.¿Como se vería?. Bien, si flotara frente a tu telescopio, o en los campos de visión de tu satélite que está observando los cielos, podría crear, por ejemplo, una distorsión en la radiación de microondas de fondo. Podría cambiar la temperatura de esa radiación a lo largo de un defecto lineal, como si miraras tu reflejo en un espejo roto. Te ves bien en un lado de la rotura. Te ves bien en el otro lado de la rotura. Pero en la rotura misma, las cosas estarían de algún modo dislocadas. Un intenso vistazo por un telescopio revelaría una sutil versión de eso en la imagen.

NOVA: ¿Cómo es que las cuerdas fundamentales, que son por definición extremadamente diminutas, podrían llegar a un tamaño muchos órdenes de magnitud mayor que lo normal?

Greene: Cuando decimos que las cuerdas son pequeñas, generalmente queremos decir que no ha sido bombeada una cantidad enorme de energía en ellas. Pero cuanta más energía bombeas en una cuerda, más ampliamente vibrará y, en algún punto, más crecerá. Así que es realmente una cuestión de cuanta energía incorpora la cuerda. Típicamente no incorporan demasiada, y por eso típicamente son muy pequeñas.

Momentos Eureka

NOVA: ¿Como sienta hacer un descubrimiento principal, como la vez que usted y dos colegas del Instituto de Estudios Avanzados comprendieron que el tejido del espacio puede desgarrarse y reformarse en una nueva forma?

Greene: Bueno, no hay nada de eso en realidad. Por un breve momento, sientes que has visto el universo en un modo en que nadie lo ha hecho previamente. Sientes que eres un invitado privilegiado a una verdad profunda de la naturaleza de la que nadie antes ha sido consciente. Es una sensación memorable y maravillosa. No es algo que se pueda esperar que ocurra muchas veces en tu carrera. A menudo descubres cosas que son útiles e importantes, pero creo que es un raro privilegio encontrar algo bastante fundamental y realmente se tiene una sensación de conexión con el universo que es difícil de lograr de ninguna otra forma.

NOVA: ¿Tiene algún momento especialmente excitante de su trabajo con la teoría de cuerdas? ¿alguna suerte de momento "eureka"?.

Greene: Ese fue ciertamente uno. Otro fue cuando estaba trabajando con un profesor de Harvard, Ronen Plesser –que está ahora en Duke—y llegamos a algo llamado simetría de espejo, que era algo inesperado. Usando la relatividad general de Einstein, encontramos básicamente que la forma del universo podría divergir en formas bastante dramáticas, y sin embargo la física que veríamos no llevaría ninguna impronta de esa geometría diferente.

“Si la teoría se muestra correcta, será una gordísima y sabrosa guinda sobre el pastel".

Es algo muy inusual, ya que Einstein nos enseñó que la geometría y la física están fuertemente entretejidas. Encontramos que a veces no están tan fuertemente entretejidas como él pudo haber pensado. Ese fue otro momento eureka, en el sentido de sentir realmente que habíamos desvelado algo inesperado.

NOVA: ¿Qué consejo tendría para un aspirante a teórico de cuerdas? ¿Ir a por todas, o por Dios, mantenerse al margen?

Greene: Creo que en última instancia tienes que seguir a tu corazón en estos temas, y si éstas son el tipo de ideas y preguntas que arden en tu interior, y simplemente no puedes imaginar no tenerlas en la vanguardia de lo que haces en tu trabajo cotidiano, entonces si, tienes que ir a por todas. En el otro extremo, es un campo muy especulativo, y podría resultar que todo está equivocado. Y si ese es el caso, y sentirías, tras poner años de investigación en el tema, que esos años fueron desperdiciados por que la teoría estaba equivocada, entonces probablemente no es el campo adecuado para ti.Yo y muchos otros, no obstante, no sentiríamos que había sido una pérdida de tiempo si la teoría se revela incorrecta, por que hemos desarrollado muchas fórmulas matemáticas importantes. Hemos desarrollado conexiones con otras áreas de la física mejor establecidas, que creo que serán importantes sólo por si mismas. Habremos hecho un trabajo muy valioso. Para mi, si la teoría se revela correcta, será una gordísima y sabrosa guinda sobre el pastel, pero sin esa guinda, para mi el trabajo aun habrá sido increíblemente interesante y útil. Sacando la palabra

NOVA: ¿Cómo fue hacer un documental basado en su libro?.

Greene: Fue muy divertido en muchos aspectos, y muy duro en otros. Cuesta mucho trabajo destillar la esencia de las ideas y encontrar la forma correcta de comunicarlas visualmente que sea a la vez entretenida y precisa. A veces puede haber tensión entre querer hacer algo más entretenido aún teniendo que ser consciente de lo que puede suponer para la precisión científica. Para mi, era un constante mantener la atención para estar seguro de que la ciencia en última instancia estaba dictando lo que podía y no podía hacer.

NOVA: Ha publicado usted un libro superventas. Ha actuado en musicales. Ha ganado torneos de judo. Incluso ha aparecido en Late Night con Conan O'Brien. ¿Traen tales ejercicios nuevas perspectivas a su trabajo como físico teórico, o son sólo un descanso del lío mental?

Greene: Bueno, realmente son un bienvenido descanso. Pero siento que el impuso creativo, y los jugos creativos, esán afectados por todo en la vida que llevas, a veces en formas bastante intangibles. Al escribir el libro, por ejemplo, me encontraba a mi mismo --de nuevo, al igual que trabajando en el programa de

NOVA— forzándome a intentar ver hasta el corazón de la ciencia, de modo que pudiera comunicarlo en una forma que desechara los detalles técnicos de los que la gente no quiere oír gran cosa, especialmente si no se está entrenado en estas ideas. Eso me ayudó a obtener una perspectiva clara de dónde estaba el campo hacia dónde estaba yendo, y cuáles son las cuestiones importantes. En ese sentido, esto me ayudó a centrarme en un curso particular de la investigación científica en la que estoy comprometido ahora. No estoy seguro si estaría haciendo exactamente lo que hago ahora de no ser por haber escrito El Universo Elegante.

NOVA: Está usted terminando un nuevo libro. ¿De qué trata?

Greene: Ese libro trata sobre el espacio y el tiempo. El Universo Elegante trataba sobre la búsqueda de la teoría unificada, y el espacio y el tiempo eran caracteres secundarios en esa historia. En este nuevo libro, el espacio y el tiempo son los actores principales. Es en realidad una discusión sobre nuestro siempre cambiante enfoque de lo que estas aparentemente simples nociones de espacio y tiempo realmente son.

NOVA: Mencionó usted la teoría de campo unificado. Si la teoría de cuerdas lidera la llamada "teoría del todo" –sé que no le gusta mucho ese término— ¿a dónde irían los físicos teóricos desde ese punto de partida?

Greene: Bien, pienso que una analogía que creo que una vez usó Richard Feynman es posiblemente la mejor para explicar a donde iríamos. Si estás aprendiendo el juego del ajedrez, lo primero que tienes que aprender son las reglas. Pero después de que las hayas aprendido, el juego del ajedrez no ha terminado para ti. Es sólo el principio, por que ahora puedes aplicar esas normas para jugar toda suerte de maravillosos juegos que implican todo tipo de estrategias y te permiten explorar la riqueza de ese universo.

“Una teoría unificada nos pondría en el umbral de un vasto universo de cosas que podríamos finalmente explorar con precisión".

Similarmente, si tuviéramos finalmente la teoría unificada, si finalmente tuviéramos las leyes profundas del universo en la mano, eso en un sentido muy real también sería un principio. Sería el principio de nuestra búsqueda para usar ese conocimiento profundo para explorar completamente este universo, para comprender totalmente los agujeros negros, las estrellas, las galaxias, e incluso el big bang, para comprender totalmente cómo las cosas llegaron a ser como son. Por eso, de muchas formas, sería solo el principio. Una teoría unificada nos pondría en el umbral de un vasto universo de cosas que finalmente podríamos explorar con precisión.

El Universo Elegante Parte I

El Universo Elegante Parte I

Algunos físicos creen que la teoría de cuerdas puede unificar las fuerzas de la naturaleza. Las partículas fundamentales del universo identificadas por los físicos –electrones, neutrinos, quarks, y demás - son las “letras” de toda la materia. Al igual La teoría de cuerdas proclama otra cosa. De acuerdo con ella, si pudiéramos examinar estas partículas con aún mayor precisión – una precisión muchos órdenes de magnitud mayor de la presente capacidad tecnológica - podríamos encontrar que cada una no es puntual, sino que consiste en un pequeño bucle unidimensional. Como una bada de goma infinitamente fina, cada partícula contiene un filamento vibrante, oscilante, danzante que los físicos han llamado cuerda.
En la imagen, ilustramos esta idea básica de la teoría de cuerdas comenzando con un trozo ordinario de materia, una manzana, y magnificando sucesivamente su estructura para revelar sus ingredientes a las más pequeñas escalas. La teoría de cuerdas suma la nueva capa microscópica de un bucle vibrante a la anteriormente conocida progresión de átomos, pasando por protones, neutrones, electrones, y quarks.

Aunque de ninguna manera es obvio, esta sencilla sustitución de los constituyentes de la materia como partícula puntual por cuerdas, resuelve la incompatibilidad entre la mecánica cuántica y la relatividad general que, tal y como están formuladas en la actualidad, no pueden ser correctas simultaneamente. De este modo, la teoría de cuerdas desenreda el nudo Gordiano central de la física contemporánea. Es un tremendo logro, pero esto es sólo parte de la razón por la que la teoría de cuerdas ha generado tanta expectación.

Campo de sueños

En los días de Einstein, aún no se habían descubierto las fuerzas débiles y fuertes, pero él encontró la existencia de dos fuerzas distintas – la gravedad y el electromagnetismo - profundamente preocupantes. Einstein no aceptaba que la naturaleza se fundamentase en un diseño extravagante. Esto impulsó su viaje de 30 años en busca de la llamada teoría del campo unificado, que él esperaba que demostraría que estas dos fuerzas son realmente manifestaciones de un gran principio subyacente. Esta búsqueda quijotesca aisló a Einstein de la corriente principal de física, que, como es comprensible, estaba mucho más interesada en investigar el recién estrenado marco de la física cuántica. A comienzos de la década de los 40, Einstein escribió a un amigo: “Me he convertido en un viejo al que se conoce principalmente por no usar calcetines y a quien se exhibe como una curiosidad en las ocasiones especiales”.



Para hacerse una idea de lo verdaderamente pequeñas que son las cuerdas, vea Sentido de Escala.

Einstein estaba simplemente adelantado a su tiempo. Más de medio siglo después, su sueño de una teoría unificada se ha convertido en el Santo Grial de los físicos modernos. Y una parte importante de la comunidad física y matemática está cada vez más convencida de que la teoría de cuerdas puede proporcionar la respuesta. Desde un simple principio – que todo, a su nivel más microscópico consiste en combinaciones de hilos vibrantes - la teoría de cuerdas proporciona un marco explicativo simple, capaz de abarcar todas las fuerzas y toda la materia.

La teoría de cuerdas proclama, por ejemplo, que las propiedades de la partícula observada – esto es, las diferentes masas y otras propiedades tanto de las partículas fundamentales como de las partículas de fuerza asociadas a las cuatro fuerzas de la naturaleza (las fuerzas nucleares fuerte y débil, el electromagnetismo y la gravedad) - son un reflejo de las diversas formas en las que una cuerda puede vibrar. Al igual que las cuerdas en un violín o en un piano tienen frecuencias de resonancia en las que prefieren vibrar –patrones que nuestro oído siente como las distintas notas musicales y sus más altas armonías - lo mismo sucede para los bucles de la teoría de cuerdas. Pero más que producir notas musicales, cada una de las masas preferidas y de las cargas de fuerza están determinadas por el patrón oscilatorio de la cuerda. El electrón es una cuerda vibrando de una forma, el quark “arriba” (up) es una cuerda vibrando de otra forma, y así sucesivamente.

Lejos de ser una colección de hechos experimentales caóticos, las propiedades de la partícula en la teoría de cuerdas son la manifestación de una misma propiedad física: los patrones de resonancia de la vibración – la música, digamos - de los bucles fundamentales de la cuerda. La misma idea se aplica igualmente a las fuerzas de la naturaleza. Las partículas de fuerza están también asociadas a patrones particulares de vibración de la cuerda y por tanto todas, toda la materia y todas las fuerzas, está unificadas bajo la misma rúbrica de las oscilaciones microscópicas de la cuerda – las “notas” que las cuerdas pueden tocar.



Partículas elementales e Imágenes de impactosUna teoría para terminar con las teorías Por primera vez en la historia de la física tenemos un marco con la capacidad de explicar cada característica fundamental sobre las que está construido el universo. Por este motivo a veces se decribe a la teoría de cuerdas como la posible “teoría del todo” (theory of everything”, T.O.E.) o bien la teoría “última” o “final”. Estos términos tan grandiosos se proponen para significar la teoría de la física más profunda posible – una teoría que es la base de todas las otras, una que no requiere y ni siquiera permite una base explicativa más profunda.

En la práctica, muchos teóricos de las cuerdas toman un acercamiento más práctico y piensan en una teoría del todo en el sentido más limitado de una teoría que puede explicar las propiedades de las partículas fundamentales y las propiedades de las fuerzas por las que interactúan e influyen unas en otras. Un reduccionista leal alegaría que no hay ninguna limitación, y que en principio, absolutamente todo, desde el big bang hasta las ilusiones, pueden describirse en términos de procesos físicos microscópicos esenciales que implican a los constituyentes fundamentales de la materia. Si entiendes todo lo relativo a los ingredientes, argumenta el reduccionista, lo entiendes todo.

La filosofía reduccionista enciende fácilmente acalorados debates. Muchos encuentran fatuo y francamente repugnante proclamar que las maravillas de la vida y del universo son simples reflejos de partículas microscópicas enredadas en un baile insustancial y coreografiado por completo por las leyes de la física. ¿Será realmente que los sentimientos de alegría, dolor o aburrimiento no son más que reacciones químicas en el cerebro – reacciones entre moléculas y átomos que, aun más microscópicamente, son reacciones entre alguna de las partículas fundamentales, que son realmente solo cuerdas vibrantes?

En respuesta a esta línea crítica, el premio Nobel Steven Weinberg advierte en Sueños de una Teoría Final (Dreams of a Final Theory):
En el otro extremo del espectro están los oponentes al reduccionismo que están horrorizados por lo que ellos sienten que es la desolación de la ciencia moderna. En la medida en que ellos y su mundo pueden ser reducidos a materia de partículas o campos y sus interacciones, se sienten disminuidos por ese conocimiento... Yo no intentaría responder a estas críticas con una animada charla sobre las bellezas de la ciencia moderna. La visión del mundo del reduccionista es glacial e impersonal. Tiene que ser aceptada como es, no porque nos guste, sino porque ese es el modo en el que el mundo funciona.

Algunos están de acuerdo con esta dura opinión, algunos no.

Otros han intentado argumentar que productos como la teoría del caos nos dice qué nuevos tipos de leyes entran en juego cuando el nivel de complejidad de un sistema crece. Comprender el comportamiento de un electrón o quark es una cosa; usar este conocimiento para comprender el comportamiento de un tornado es otra muy distinta. En este punto, la mayoría está de acuerdo. Pero las opiniones divergen sobre si los distintos y a veces inesperados fenómenos que pueden ocurrir en sistemas mas complejos que las partículas individuales, realmente representan nuevos principios físicos en funcionamiento, o si los principios implicados son derivados, dependientes, aunque de una forma terriblemente complicada, de los principios físicos que gobiernan el inmenso número de constituyentes elementales.

Mi propio sentimiento es que éstos no representan nuevas e independientes leyes físicas. Aunque sería difícil explicar las propiedades de un tornado en términos de la física de electrones y quarks, lo veo como un asunto de punto muerto en el cálculo, no como un indicador de la necesidad de nuevas leyes físicas. Pero de nuevo, hay algunos que no están de acuerdo con esta visión.

Un nuevo comienzo para la ciencia

Lo que es en gran parte incontestable, y es de importancia primaria para el viaje descrito en mi libro El Universo Elegante (The Elegant Universe), es que incluso si uno acepta el razonamiento discutible del crudo reduccionista, la teoría es una cosa y la práctica otra muy distinta. Casi todo el mundo está de acuerdo en que encontrar la Teoría del Todo no significaría en modo alguno que la sicología, biología, geología, química o incluso la física habrían sido resueltas o superadas en algún modo. El universo es un lugar tan maravillosamente rico y complejo que el descubrimiento de la teoría final, en el sentido que estamos describiendo aquí, no significaría el fin de la ciencia.

Muy al contrario: el descubrimiento de la Teoría del Todo –la última explicación del universo a su nivel más microscópico, una teoría que no depende de otra explicación más profunda — proporcionaría el fundamento más firme sobre el que construir nuestra comprensión del mundo. Su descubrimiento marcaría un principio, no un fin. La última teoría aportaría un pilar inamovible de coherencia para siempre, asegurándonos que el universo es un lugar comprensible.



Brian Greene es profesor de física y matemáticas en la Universidad de Columbia y un teórico reconocido de las cuerdas. Es autor de El Universo Elegante: Supercuerdas, Dimensiones ocultas, y La Búsqueda de la Teoría Última (Norton, 1999), del que este artículo fue adaptado con el amable permiso del editor.

El Universo Elegante!!

Teoría de la Relatividad y Mecánica Cuántica

El concepto de universo se basa en dos teorías diferentes, muy estables cada una en su campo, pero que presentan grandes problemas cuando se intentan combinar para resolver los problemas más profundos del universo. Por un lado se encuentra la Teoría de la Relatividad de Einstein, que nos sirve para estudiar las partes más grandes del universo, como las estrellas o las galaxias. La otra teoría es la Mecánica Cuántica, un conjunto de leyes por las que se rigen las partículas más pequeñas, como los átomos o las partículas subatómicas.
Uno de los ejemplos donde se da la mala incompatibilidad es en el origen del universo o Big-Bang, en el que hace unos 15.000 años una partícula estalló, haciendo que desde entonces el universo se haya expandido constantemente, generándose así las estrellas y galaxias al enfriarse.

Para describir el universo a gran escala se utilizan una serie de leyes englobadas en la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que nos explica el funcionamiento de la gravedad, mostrándonos el espacio como una enorme cama elástica. Todos los cuerpos deformarán su superficie en mayor o menor grado dependiendo de su masa, siendo percibida dicha curvatura como la gravedad. Es decir, la Luna gira alrededor de nuestro planeta como consecuencia de la curvatura del tejido espacial (espacio-tiempo) que ha provocado.

Sin embargo, cuando intentamos describir el mundo microscópico, esta teoría no nos sirve, al ser despreciable la masa de los cuerpos. Es entonces cuando se utiliza la Mecánica Cuántica, al abandonar el predecible mundo macroscópico para adentrarnos en un mundo inmerso en el caos donde el tejido espacial es accidentado. En este mundo, millones de veces más pequeño que el de los átomos, el tejido del espacio-tiempo es tan arbitrario que no se puede saber nada con certeza, estando gobernado por la incertidumbre.

Esta teoría matemática unificadora describiría todas las interacciones que se dan en la naturaleza, ya que la gravitatoria es explicada mediante la relatividad. La Cuántica se encarga de explicar las otras tres: la electromagnética, que produce la electricidad y la atracción magnética; la nuclear fuerte, responsable de mantener los protones y electrones unidos dentro del átomo; la nuclear débil, causante de la desintegración radiactiva. La relación entre estas cuatro interacciones y la materia explica cada uno de los acontecimientos que suceden en el universo.

Teoría de Cuerdas (String Theory)

Hasta ahora, los científicos han descrito los componentes básicos de la materia (átomos y partículas subatómicas) como pequeñas esferas o puntos. La Teoría de Cuerdas afirma que el alma de dichas partículas son hilos vibrantes de energía denominados cuerdas. Las cuerdas vibran de unas formas determinadas dotando a las partículas de sus propiedades únicas, como la masa y la carga. El origen de esta teoría se remonta a 1968 cuando el físico Gabrielle Veneziano descubrió que las ecuaciones de Euler, con 200 años de antigüedad, describían la interacción nuclear fuerte, iniciándose así un movimiento que desembocaría, gracias al físico Leonard Susskind, en la aparición de los hilos vibrantes como interpretación de dicha fórmula.

Todavía existen muchos escépticos, ya que se piensa de una forma completamente diferente a la habitual, el origen de todo no son puntos sino pequeños hilos vibrando. Además de que todavía no se ha realizado ningún experimento que demuestre la existencia de estas cuerdas. Los escépticos eran partidarios del Modelo Estándar, que se basa en las partículas y que puede reproducir experimentalmente. Las partículas (6 quarks y 6 leptones) se crean a partir de otras partículas y las denominadas partículas mediadoras o mensajeras, que originan las diferentes interacciones elementales. El fotón sirve de mediador en la interacción electromagnética, los bosones de Gauge en la nuclear débil y los gluones en la nuclear fuerte. Este modelo basado en teoría cuántica de campos describe todas las interacciones salvo la gravitatoria.

A la hora de explicar la Teoría de Cuerdas, aparecen numerosos problemas. El primero de ellos es que afirma la existencia de una partícula hipotética, el taquión, que viaja a velocidades superiores a la de la luz, lo que contradeciría la relatividad de Einstein. También esta teoría requiere de 10 dimensiones, lo que implica alguna dimensión más de las que conocemos, así como anomalías matemáticas o la existencia de partículas sin masa que no se podían descubrir en experimentos. Una de las soluciones a tan complicado problema fue identificar a la partícula sin masa (y que jamás se había observado) como el gravitón, la causante de la interacción gravitatoria a nivel cuántico.

El Modelo Estándar (Standard Model)

El Modelo Estándar puede reproducirse experimentalmente pero no puede explicar la interacción gravitatoria, mientras que la Teoría de Cuerdas es capaz de explicar, a su manera, las cuatro interacciones fundamentales, pero es incapaz de probarse en un laboratorio. La razón de ello es lo diminuto de las dimensiones con la que trata. Los partidarios de esta teoría alegan que aún no se dispone de la tecnología adecuada o suficiente para poder hacerlo, de ahí que aún no haya podido ser contrastada.

El difícil dilema de la existencia de más dimensiones que las cuatro habituales (tres espaciales y el tiempo) se remonta a 1919 cuando el alemán Theodor Kaluza introdujo una nueva dimensión, la quinta, que correspondía a la curvatura en la que la interacción electromagnética operaba. Esta dimensión adicional, al igual que las cinco más que requiere la Teoría de Cuerdas, en total diez espaciales y una temporal, tendría una forma envolvente o circular ínfimamente pequeña, del tamaño de las propias cuerdas. Serían necesarias para evitar la presencia de taquiones, y los "fantasmas", partículas con probabilidad de existencia nula.

Teoría de las Supercuerdas

Una consecuencia de no poder probarse esta teoría es que han aparecido cinco versiones diferentes de dicha teoría, todas ellas igual de válidas, siendo incapaz de discernirse cuál es la auténtica. Una de ellas aseguraba que los hilos vibrantes eran abiertos, otra suponía como bucles cerrados a estos hilos.
Todas estas nuevas versiones se agrupan en la Teoría de Supercuerdas, en la que se incorpora a los fermiones y la supersimetría.