Cuerdas que aspiran a explicarlo todo

Todos se rieron mucho hace 20 a?os. Fue entonces cuando el f¨ªsico John Schwarz se subi¨® al estrado durante una representaci¨®n festiva de cabaret en el Centro de F¨ªsica de Aspen (Colorado) y empez¨® a balbucear que hab¨ªa descubierto una teor¨ªa que lo pod¨ªa explicar todo. Poco despu¨¦s aparecieron unos hombres vestidos de blanco y se llevaron en volandas a Schwarz, que entonces era un investigador poco conocido del Instituto de Tecnolog¨ªa de California (Caltech). S¨®lo unos pocos de los espectadores que re¨ªan con ganas sab¨ªan que Schwarz no bromeaba del todo. Con su colaborador Michael Green (ahora en la Universidad de Cambridge), acababa de terminar un c¨¢lculo que cambiar¨ªa la forma de hacer f¨ªsica. Demostraron por primera vez que era posible escribir una ¨²nica ecuaci¨®n que explicar¨ªa todas las leyes f¨ªsicas, todas las fuerzas de la naturaleza, la llamada teor¨ªa del todo, que cabr¨ªa estampada en una camiseta.

Despu¨¦s de 20 a?os, todav¨ªa no saben c¨®mo probar la teor¨ªa y ni siquiera lo que significa

As¨ª sali¨® a la luz un extra?o nuevo concepto de la naturaleza, denominado teor¨ªa de cuerdas, llamada as¨ª porque pinta a los diferentes elementos constituyentes del universo como diminutas cuerdas en movimiento (de s¨®lo 10 -32 cent¨ªmetros de longitud), en vez de part¨ªculas puntuales. "?se fue nuestro primer anuncio p¨²blico", dijo recientemente Schwarz. Al unir todas las fuerzas, la teor¨ªa de cuerdas tiene la capacidad potencial de conseguir el objetivo que Einstein busc¨® sin ¨¦xito durante la mitad de su vida y con el que han so?ado todos los f¨ªsicos desde entonces. Si fuera cierta, podr¨ªa ser utilizada para iluminar algunos de los misterios m¨¢s profundos que cabe imaginar en f¨ªsica, como el origen del espacio y del tiempo en la gran explosi¨®n en la que surgi¨® el universo y la supuesta muerte del espacio y del tiempo en los centros infinitamente densos de los agujeros negros.

En los ¨²ltimos 20 a?os, la teor¨ªa de cuerdas se ha convertido en una rama importante de la f¨ªsica. Los f¨ªsicos y los matem¨¢ticos que la trabajan son cortejados y reclutados como las estrellas futbol¨ªsticas por las universidades que quieren alcanzar una buena reputaci¨®n en investigaci¨®n. El pasado verano en Aspen, Schwarz y Green partieron una tarta de cumplea?os rodeados de colegas exultantes, pero incluso entonces los te¨®ricos de las cuerdas admitieron que despu¨¦s de 20 a?os, todav¨ªa no saben c¨®mo probar la teor¨ªa y ni siquiera lo que significa.

As¨ª que el objetivo de explicar todos los rasgos del mundo moderno est¨¢ tan lejos como siempre, admiten. Y algunos f¨ªsicos que no han entrado en esta ¨¢rea est¨¢n inquietos. En otra reuni¨®n en el Instituto de Humanidades de Aspen, unos d¨ªas antes del cumplea?os, el cosm¨®logo Lawrence Krauss dijo que la teor¨ªa de cuerdas es "un fracaso colosal".

Los te¨®ricos de cuerdas reconocen que ha sido un largo y extra?o viaje y todav¨ªa conf¨ªan en que lograr¨¢n completarlo. "Es decepcionante que a pesar de todos nuestros esfuerzos siga pareciendo tan lejana la verificaci¨®n experimental o la refutaci¨®n. Por otra parte, la profundidad y belleza del tema, y el modo en que ha alcanzado, influido y conectado otras ¨¢reas de la f¨ªsica y de las m¨¢tem¨¢ticas est¨¢ m¨¢s all¨¢ de lo que pod¨ªa so?arse", coment¨® Andrew Strominger (Universidad de Harvard).

La teor¨ªa de cuerdas, como dijo una vez el f¨ªsico italiano Daniele Amati, es una parte de la f¨ªsica del siglo XXI que cay¨® por accidente en la f¨ªsica del siglo XX. As¨ª que requerir¨¢ para resolverla, siguiendo esta broma, matem¨¢ticas del siglo XXII. Uno de sus principales creadores, Edward Witten (Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, EE UU), la describi¨® as¨ª: "La teor¨ªa de cuerdas no se parece nada a cualquier cosa antes descubierta. Es una incre¨ªble panoplia de ideas sobre matem¨¢ticas y f¨ªsica, tan vasta, tan rica que se puede decir casi cualquier cosa sobre ella".

Sus ra¨ªces est¨¢n en un esfuerzo quijotesco de los a?os setenta para comprender la fuerza fuerte, que mantiene enlazados los quarks para formar los protones y los neutrones. ?Por qu¨¦ no se han podido ver nunca quarks individuales? Quiz¨¢s porque est¨¢n en el extremo de cuerdas, y no existe ninguna cuerda con un solo extremo. Las cuerdas sedujeron a muchos f¨ªsicos con su elegancia matem¨¢tica, pero ten¨ªan problemas, como requerir 26 dimensiones y una pl¨¦tora de part¨ªculas misteriosas que no parec¨ªan tener nada que ver con los quarks o la fuerza fuerte.

En 1974, Schwarz y Joek Scherk (?cole Normale Sup¨¦rieure de Francia) se dieron cuenta de que una de las misteriosas part¨ªculas predichas por la teor¨ªa de cuerdas ten¨ªa las propiedades predichas para el gravit¨®n, la part¨ªcula que ser¨ªa responsable de transmitir la gravedad en una teor¨ªa cu¨¢ntica de la gravedad, en caso de que existiera.

La teor¨ªa de cuerdas hab¨ªa cruzado el mayor abismo de la f¨ªsica, el que separa la mec¨¢nica cu¨¢ntica, que gobierna el comportamiento at¨®mico, de la teor¨ªa general de la relatividad de Einstein, que describe c¨®mo la gravedad conforma el cosmos. Eso quer¨ªa decir que si la teor¨ªa de cuerdas ten¨ªa raz¨®n, no era s¨®lo una teor¨ªa de la fuerza fuerte sino una teor¨ªa de todas las fuerzas. Pasaron 10 a?os antes de que Schwarz y Green consiguieran escribir una teor¨ªa de cuerdas de una forma matem¨¢ticamente consistente y sin ciertos absurdos, como la violaci¨®n causa-efecto.

La teor¨ªa de cuerdas es, desde luego, una de las explicaciones m¨¢s musicales de la naturaleza que se haya ofrecido, pero no est¨¢ hecha para el o¨ªdo no educado. Por lo pronto, en la versi¨®n moderna existen 10 dimensiones del espacio y el tiempo, en vez de las tres del espacio y una del tiempo que parece haber en el mundo real. Las otras seis dimensiones, dicen ahora los f¨ªsicos de esta ¨¢rea, est¨¢n enrolladas en conformaciones submicrosc¨®picas. Un ejemplo simple, dicen, es una manguera de jard¨ªn. Desde lejos es una simple l¨ªnea sobre la hierba, pero de cerca tiene una secci¨®n circular. Una hormiga que est¨¦ sobre la manguera puede rodearla, as¨ª como circular a lo largo de ella. Para ver el mundo tal como lo ve la teor¨ªa de cuerdas uno s¨®lo tiene que imaginarse una pelota muy, muy peque?a de seis dimensiones en cualquier punto del espaciotiempo.

En 1995, Witten fue m¨¢s all¨¢ y elabor¨® la teor¨ªa M, seg¨²n la cual el universo tiene 11 dimensiones: 10 en el espacio y una en el tiempo, y consiste no s¨®lo de cuerdas sino tambi¨¦n de membranas m¨¢s extensas de diversas dimensiones, llamadas branas. Esta nueva teor¨ªa ha liberado la imaginaci¨®n de los cosm¨®logos. Nuestro universo, sugieren algunos te¨®ricos, puede ser una membrana cuatridimensional que flota en un espacio de un mayor n¨²mero de dimensiones, como una burbuja en un acuario, quiz¨¢s cerca de otras membranas -universos paralelos-. Puede que las colisiones y otras interacciones entre las membranas iniciaran el Big Bang (o Gran Explosi¨®n que hizo que nuestro reloj c¨®smico empezara a funcionar), o produjeran la energ¨ªa oscura que ahora parece que est¨¢ acelerando la expansi¨®n del universo, dicen.

Uno de los mayores triunfos de la teor¨ªa de cuerdas es el estudio de los agujeros negros. En la teor¨ªa de la relatividad general de Einstein, estos objetos son pozos sin fondo en el espaciotiempo, que se tragan todo, incluso la luz, que se acerca demasiado, pero en la teor¨ªa de cuerdas son una mara?a densa de cuerdas y membranas. Mediante un prodigioso c¨¢lculo, dos cient¨ªficos de Harvard consiguieron en 1995 calcular el contenido de informaci¨®n de un agujero negro, igualando el famoso resultado obtenido por Stephen Hawking de forma m¨¢s indirecta en 1973. Este c¨¢lculo es considerado por muchos como el resultado m¨¢s importante hasta la fecha de la teor¨ªa de cuerdas, dice Greene.

Tambi¨¦n fue un ¨¦xito, dicen Greene y otros, el descubrimiento de que la forma o topolog¨ªa del espacio no es fija, sino que puede cambiar, de acuerdo con la teor¨ªa de cuerdas. El espacio puede incluso rasgarse.

Pero los logros no son uniformes. Por ejemplo, hasta ahora la teor¨ªa de cuerdas ha tenido poco que decir sobre lo que pudo pasar en el instante del Big Bang. Adem¨¢s, la teor¨ªa parece tener demasiadas soluciones. Uno de los mayores sue?os que los f¨ªsicos ten¨ªan para la llamada teor¨ªa del todo es que especificar¨ªa una receta ¨²nica de la naturaleza, una en la que Dios no tuviera posibilidad de elecci¨®n, como dijo una vez Einstein, sobre detalles tales como el n¨²mero de dimensiones o las masas relativas de las part¨ªculas elementales. Recientemente, sin embargo, los teor¨ªcos han estimado que podr¨ªa haber al menos 10100 soluciones diferentes a las ecuaciones de cuerdas, que corresponden a las diferentes formas de plegar las dimensiones extra y rellenarlas con campos, es decir billones de billones de billones... de diferentes universos posibles.

Algunos te¨®ricos se aferran al sue?o de Einstein, confiando en que emerger¨¢ una respuesta ¨²nica a las ecuaciones de cuerdas cuando por fin puedan desentra?ar lo que la f¨ªsica del siglo XXI est¨¢ tratando de decirles sobre el mundo. Pero ese d¨ªa est¨¢ todav¨ªa lejano. "No sabemos cual es el principio b¨¢sico de la teor¨ªa de cuerdas", dice Witten.

? The New York Times