27 Teoría de cuerdas

Incluso antes de determinar si hay que descartar o no el modelo estándar, algunos científicos investigan una visión alternativa de la materia del universo. Un grupo de físicos intenta explicar los patrones de las partículas fundamentales tratándolos no como esferas duras, sino como ondas sobre una cuerda. La idea se conoce como teoría de cuerdas.

Los teóricos de cuerdas no están de acuerdo en que las partículas fundamentales, como quarks, electrones y fotones, sean partes indivisibles de materia o energía. Los patrones que les dan una masa particular, carga o energía asociada sugieren otro nivel de organización. Estos científicos consideran que tales patrones indican profundas armonías. Cada masa o energía cuántica es un tono armónico de la vibración de una pequeña cuerda. Por tanto, las partículas podrían describirse no como manchas sólidas sino como cuerdas o lazos que vibran. En cierto modo, es una nueva versión del amor de Kepler por los sólidos geométricos regulares. Es como si las partículas de un patrón de notas que sugieren una escala armónica, se tocaran en una sola cuerda.

Vibraciones Las cuerdas de la teoría de cuerdas no son como las que conocemos, por ejemplo, las de una guitarra. La cuerda de una guitarra vibra en tres dimensiones del espacio, o quizás, podríamos reducirlas a dos, si imaginamos que está limitada a un plano a lo largo de su longitud. Sin embargo, las cuerdas subatómicas vibran en una sola dimensión, al contrario que las partículas puntuales que tienen cero dimensiones. Nosotros no podemos ver la cuerda en toda su extensión, pero los científicos calculan las vibraciones de la cuerda en muchas dimensiones, hasta en 10 u 11 incluso. Nuestro mundo tiene tres dimensiones espaciales y una temporal. No obstante, los teóricos de cuerdas piensan que puede haber muchas más dimensiones que no vemos, dimensiones en las que no reparamos porque están compactadas. Y en esos otros mundos, las cuerdas de partículas vibran. Las cuerdas pueden tener un final abierto o ser bucles cerrados, pero en lo demás todas son iguales. Por tanto la variedad de las partículas fundamentales surge sólo a partir del patrón de vibración de la cuerda, su armonía, no del material de la cuerda en sí misma.

Una idea excéntrica La teoría de cuerdas es una idea totalmente matemática. Nadie ha visto nunca una cuerda y nadie tiene ni idea de cómo comprobar si existe con seguridad. Por tanto, no se ha proyectado experimento alguno para comprobar si la teoría es cierta o no. Se dice que hay tantas teorías de cuerdas como teóricos de cuerdas. En consecuencia, la posición de la teoría entre la comunidad científica es incómoda.

El filósofo Karl Popper pensaba que la ciencia funciona principalmente mediante el falsacionismo: si se te ocurre una idea, intentas comprobarla con un experimento y si resulta falsa, la descartas, de manera que aprendes algo nuevo y la ciencia progresa; en cambio, si la observación encaja con el modelo, no aprendes nada nuevo. La teoría de cuerdas no está completamente desarrollada, así que no se han planteado hipótesis falsables definitivas. Como hay muchas variantes de la teoría, algunos científicos afirman que no es una ciencia rigurosa.

Los debates sobre si es útil o no llenan páginas de revistas e incluso de periódicos, pero los teóricos de cuerdas siguen creyendo que su investigación vale la pena.

Teoría del todo Dado que se propone explicar todo el zoo de partículas e interacciones en un único marco, la teoría de cuerdas intenta ser casi una «teoría del todo», una única teoría que unifique las cuatro fuerzas fundamentales (el electromagnetismo, la gravedad y las fuerzas nucleares fuertes y débiles) y que explique las masas de partículas y sus propiedades. Sería, por tanto, una teoría profunda que está en la base de todo. En los años cuarenta del siglo XX, Einstein intentó unificar la teoría cuántica y la gravedad, pero no tuvo éxito y tampoco nadie lo ha conseguido hasta ahora. Sus esfuerzos fueron motivo de burla, ya que se consideraba que unificar ambas teorías era imposible y, por tanto, una pérdida de tiempo. La teoría de cuerdas introduce la gravedad en la ecuación, y su tremendo potencial empuja a la gente a continuar trabajando en ella. No obstante, todavía queda mucho camino por recorrer hasta conseguir una formulación precisa, y aún más para que pueda verificarse.

Teoría M

Las cuerdas son esencialmente líneas pero, en un espacio multidimensional, son un conjunto de figuras entre las que se pueden incluir hojas y otras formas de varias dimensiones. Esta teoría generalizada recibe el nombre de teoría M. La letra M no corresponde a una sola palabra, sino que podría referirse a membrana o, incluso, a misterio. Una partícula que se mueve a través del espacio dibuja una línea, y si esa partícula puntual estuviera bañada en tinta, dibujaría un camino lineal, al que llamaríamos su línea de mundo. Si esta cuerda fuera un lazo, formaría un cilindro al desplazarse. Entonces, se diría que tiene una hoja de mundo. Donde estas hojas interactúan, y donde las cuerdas se rompen y se recombinan, tienen lugar las interacciones. Por tanto, la teoría M es, en realidad, un estudio de las formas de todas esas hojas en un espacio de 11 dimensiones.

La teoría de cuerdas resultó muy novedosa gracias a la belleza de sus matemáticas. En los años veinte del siglo pasado, Theodor Kaluza usó la armonía como una manera diferente de describir algunas propiedades inusuales de las partículas. Los físicos se dieron cuenta de que esas mismas matemáticas podían describir algunos fenómenos cuánticos. Esencialmente, la matemática ondulatoria es útil tanto para la mecánica cuántica como para la física de partículas. Entonces, estas ideas se desarrollaron en las primeras teorías de cuerdas. Hay muchas variantes y, en cierto modo, aún no es una teoría que lo englobe todo.

La elaboración de una teoría del todo sigue siendo el objetivo de algunos físicos que son generalmente reduccionistas y que piensan que si comprendemos los bloques de construcción que lo componen, entenderemos el mundo entero. Por tanto, si comprendemos un átomo, construido a partir de cuerdas que vibran, podemos inferir toda la química, la biología, etc. Otros científicos rechazan esa concepción y la consideran ridícula. ¿Cómo puede el conocimiento de los átomos decirte algo sobre la teoría social, o sobre la evolución o los impuestos? Hay cosas que no se pueden extrapolar sin más. Argumentan que esa teoría describe el mundo como un ruido sin sentido de interacciones subatómicas, y que, por tanto, es nihilística y errónea. El punto de vista reduccionista ignora el comportamiento macroscópico evidente, como los patrones de los huracanes o el caos, y el físico Steven Weinberg lo describe como «escalofriante e impersonal. Hay que aceptarlo sin más, no porque nos guste, sino porque es como funciona el mundo».

La teoría de cuerdas, o más bien las teorías, siguen en continuo proceso de cambio. Todavía no ha surgido ninguna teoría final. Y puede pasar bastante tiempo antes de que ocurra, ya que la física se ha complicado tanto que hay mucho que incluir en ella. Describir el universo como el sonido de muchas armonías puede parecer hermoso, pero sus partidarios a veces también parecen estancados, pues se centran demasiado en los pequeños detalles e infravaloran la importancia de los patrones a gran escala. Por tanto, los teóricos de cuerdas pueden seguir al margen, trabajando en sus investigaciones, hasta que emerja una visión más sólida. No obstante, teniendo en cuenta la naturaleza de la ciencia, es positivo que se dediquen a buscar respuestas, y no en los lugares habituales.

La idea en síntesis: armonías universales