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La física pende de una cuerda
Daniel Martín Reina
Es posible que todos los procesos del Universo, desde la formación de una estrella hasta la vida, puedan explicarse a partir de unos diminutos hilos de energía que vibran.
Después De haber revolucionado la física con sus teorías de la relatividad especial y general, Albert Einstein concibió un sueño: quiso reunir en un solo modelo laexplicación de todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Decidió tratar de construir lo que él llamaba una "teoría de campo unificada". Su búsqueda fue tan intensa que le llevó los últimos 30 años de su vida y lo condujo a aislarse de la comunidad científica y rechazar la principal línea de investigación de la física de entonces, la mecánica cuántica.
Einstein fracasó en su intento de unificar lafísica. La empresa resultó ser colosal, incluso para un ingenio como el suyo. Pero en estas últimas décadas, el esfuerzo de muchos físicos y matemáticos empujados por el espíritu de Einstein parece estar cerca de dar resultados. La candidata más prometedora para darnos una descripción completa y unificada de la física es la llamada teoría de cuerdas. Esta teoría —que más bien es una clase de teoríassimilares— nos depara algunas sorpresas dignas de la mejor cienciaficción: cuerdas vibrantes muchísimo más pequeñas que un átomo, un espacio de 10 dimensiones, membranas de tamaño gigantesco y universos paralelos.
Seguro que ni en sus sueños más extraños se imaginó Einstein algo así.
Los problemas de la física moderna
Nuestra visión actual del Universo se basa en dos teorías físicas muydistintas: la relatividad general de Einstein y la mecánica cuántica. La primera describe el espacio a gran escala y nos ayuda a estudiar objetos de masas muy grandes, como los hoyos negros y las galaxias. En la teoría de la relatividad general el espacio es como una cama elástica que se curva debido a la masa de los cuerpos. Eso es lo que sentimos como gravedad. Pero los elementos más pequeños delUniverso, como los átomos y las partículas subatómicas, se rigen por las leyes de la mecánica cuántica. Su comportamiento es muy diferente a lo que estamos acostumbrados, tanto que desafía nuestro sentido común: en el mundo cuántico reinan el azar y la incertidumbre.
Pues bien, resulta que estos dos pilares de la física moderna, tal y como se formulan en la actualidad, son incompatibles. El conflictosurge cuando consideramos lo que ocurre a escalas pequeñísimas, cuando profundizamos en el espacio mucho más de lo que podría el microscopio más potente, hasta llegar a la llamada longitud de Planck. La longitud de Planck está determinada por los valores de ciertas constantes importantes de la física y es igual a 10-35 metros. Esta distancia es tan pequeña, que si ampliásemos un átomo hasta tenerel tamaño de un supercúmulo de galaxias, la longitud de Planck correspondería a ¡la altura de un árbol! Una vez que llegamos a la escala de Planck, la indeterminación cuántica se hace tan grande que el espacio se convierte en una olla a presión caótica y turbulenta, donde el propio concepto de espacio pierde su significado. Esta situación choca de lleno con la noción de espacio suave, liso ytranquilo que es el principio fundamental de la relatividad general. En la práctica, esto significa que a esa escala las ecuaciones de la teoría de la relatividad general y las de la mecánica cuántica, combinadas, dan resultados absurdos, lo que es como decir que no se pueden combinar.
Ahí no para la cosa. Hay otro asunto menos evidente pero igual de espinoso. Sabemos, por ejemplo, que la masa delelectrón es de 9.11 x10-31 kg, pero no sabemos por qué tiene ese valor y no otro. Lo mismo se puede decir de otras propiedades físicas fundamentales de las partículas, como sus cargas eléctricas y sus masas. ¿Por qué tienen los valores que tienen? La física no lo puede explicar.
Está claro que hay algunos problemas con la teoría actual, pero ¿puede resolverlos la teoría de cuerdas?
Todo es...