El universo elegante (32 page)

Figura 6.10
George y Gracie no están de acuerdo sobre la posición de la interacción.

Si aplicamos exactamente el mismo razonamiento a la interacción de partículas puntuales, como se resume en la Figura 6.11, volvemos a la conclusión formulada anteriormente:
existe
un punto definido en el espacio y un momento definido en el tiempo donde las partículas puntuales interaccionan. Las partículas puntuales comprimen toda su interacción en un punto definido. Cuando la fuerza que participa en la interacción es la fuerza de la gravedad —es decir, cuando la partícula mensajera que participa en la interacción es el gravitón en vez del fotón— la totalidad del empuje de la fuerza en un solo punto conduce a unos resultados desastrosos, como la cantidad infinita de respuestas que hemos mencionado anteriormente. Por el contrario, las cuerdas «dispersan» el lugar donde se producen las interacciones. El hecho de que distintos observadores perciban que la interacción se produce en lugares diferentes a lo largo de la parte izquierda de la superficie de la Figura 6.10, significa en un sentido real que el lugar de la interacción está disperso entre todos esos lugares. Esto hace que el empuje de la fuerza también se disperse y, en el caso de la fuerza de la gravedad, esta dispersión diluye significativamente sus propiedades ultra microscópicas, tanto que los cálculos dan como resultado una cantidad finita de respuestas bien definidas, en lugar de la cantidad infinita que se obtenía anteriormente. Ésta es una versión más precisa de la dispersión que se daba en la respuesta aproximada que veíamos en la sección anterior. Una vez más, esta dispersión es la causa de un amortiguamiento o alisamiento del temblor ultramicroscópico del espacio cuando las distancias inferiores a la longitud de Planck se difuminan unas con otras.

Figura 6.11
Dos observadores en movimiento relativo coinciden en dónde y cuándo interaccionan mutuamente dos partículas puntuales.

Como si el mundo se viera a través de unas lentes que son demasiado débiles o demasiado potentes, los pequeños detalles a una escala inferior a la de Planck que serían accesibles en un sondeo con partículas puntuales, son dispersados conjuntamente por la teoría de cuerdas y se vuelven inocuos. A diferencia del caso en que la visión es pobre, si la teoría de cuerdas es la descripción definitiva del universo, no existen lentes correctoras que puedan enfocar nítidamente las supuestas fluctuaciones que se producen a una escala inferior a la de Planck. La incompatibilidad de la relatividad general y la mecánica cuántica —que sólo se pone de manifiesto con distancias inferiores a la escala de Planck— se evita en un universo que tenga un límite inferior para las escalas a las que se pueda acceder, o al menos decir que existen, en el sentido convencional. Así es el universo que describe la teoría de cuerdas, en el que vemos que las leyes de lo grande y lo pequeño se pueden fusionar armoniosamente cuando la supuesta catástrofe que surge a distancias ultramicroscópicas se suprime sumariamente.

Las cuerdas son especiales por dos razones. En primer lugar, aunque son alargadas espacialmente, se pueden describir de forma coherente dentro del marco de la mecánica cuántica. En segundo lugar, entre los modelos resonantes de vibración existe uno que tiene las propiedades exactas del gravitón, quedando así garantizado que la fuerza de la gravedad es una parte intrínseca de su estructura. Pero, del mismo modo que la teoría de cuerdas muestra que la idea convencional de partículas puntuales con dimensión cero resulta ser una idealización matemática que no se percibe en el mundo real, ¿podría darse también el caso de que un ramal de cuerda unidimensional infinitamente delgado sea asimismo una idealización matemática? ¿Podría realmente darse el caso de que las cuerdas tuvieran un cierto espesor, como la superficie bidimensional del tubo interior del neumático de una bicicleta o, con un realismo aún mayor, como una delgada rosquilla tridimensional? Las dificultades aparentemente insalvables halladas por Heisenberg, Dirac y otros en sus intentos de construir una teoría cuántica de pepitas tridimensionales han obstaculizado una y otra vez a los investigadores que seguían esta cadena natural de razonamientos.

Sin embargo, bastante inesperadamente, hacia la mitad de la década de 1990, los expertos en teoría de cuerdas constataron, a través de un razonamiento indirecto y bastante retorcido, que tales objetos fundamentales de dimensiones superiores desempeñaban realmente un papel importante y sutil dentro de la propia teoría de cuerdas. Los investigadores han ido constatando gradualmente que la teoría de cuerdas no es una teoría que contenga sólo cuerdas. Una observación de importancia decisiva, fundamental dentro de la segunda revolución de las supercuerdas iniciada por Witten y otros en 1995, es que la teoría de cuerdas incluye en realidad elementos que tienen toda una variedad de dimensiones diferentes: componentes bidimensionales al estilo del plato de jugar al Frisbee, componentes que son como gotas tridimensionales, y otras posibilidades aún más exóticas a las que dar una patada con la bota. Estos descubrimientos, los más recientes, se comentarán en los capítulos 12 y 13. Por ahora, vamos a continuar siguiendo el sendero de la historia y explorando esas nuevas y chocantes propiedades de un universo constituido por cuerdas unidimensionales en vez de por partículas puntuales de dimensión cero.

C
uando quedó claro el éxito de la expedición de Eddington de 1919 para medir la predicción de Einstein relativa a la desviación que sufre la luz de las estrellas por la acción del Sol, entonces el físico holandés Hendrik Lorentz envió a Einstein un telegrama para darle la buena noticia. Cuando se difundió el mensaje sobre la confirmación de la relatividad general comunicada en dicho telegrama, un estudiante preguntó a Einstein qué habría pensado si el experimento de Eddington no hubiera hallado la desviación predicha de la luz de las estrellas. Einstein respondió: «Entonces lo habría sentido por el querido lord, ya que la teoría es correcta».
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Por supuesto, si los experimentos realmente no hubieran confirmado las predicciones de Einstein, la teoría de éste no sería correcta y la relatividad general no se hubiera convertido en un pilar de la física moderna. Pero, lo que Einstein quería decir era que la relatividad general describe la gravedad con una elegancia interna tan profunda, con unas ideas tan sencillas, aunque poderosas, que a Einstein le parecía difícil imaginar que la naturaleza pudiera pasarla por alto. La relatividad general, según el punto de vista de Einstein, era demasiado hermosa para ser errónea.

Sin embargo, los juicios estéticos no sirven como árbitros en el discurso científico. En última instancia, las teorías se juzgan por cómo les va cuando son confrontadas con los hechos experimentales duros y fríos. Pero, esta última afirmación está sujeta a una calificación inmensamente importante. Mientras una teoría se construye, su incompleto estado de desarrollo impide con frecuencia asegurar detalladamente sus consecuencias experimentales. No obstante, los físicos han de optar y han de formular juicios sobre la línea de la investigación a la que conviene llevar su teoría parcialmente completa. Algunas de estas decisiones vienen dictadas por la coherencia lógica interna; ciertamente, exigimos que cualquier teoría sensata evite los absurdos lógicos. Otras decisiones están guiadas por una percepción de las implicaciones experimentales cualitativas de una construcción teórica en relación con otra; generalmente no nos sentimos interesados por una teoría si ésta no puede mostrar ningún parecido con lo que encontramos en el mundo real que nos rodea. Pero ciertamente se da el caso de que algunas decisiones tomadas por los físicos teóricos se basan en un sentido estético, un sentido de cuáles son las teorías que tienen una elegancia y una belleza en sus estructuras y están en correspondencia con el mundo que percibimos. Por supuesto, nada garantiza que esta estrategia conduzca a la verdad. Profundizando en esto, puede ser que el universo tenga una estructura menos elegante que lo que nos han hecho creer nuestras experiencias, o puede ser que lleguemos a la conclusión de que nuestros criterios estéticos actuales necesitan refinarse significativamente cuando se aplican en contextos que nos resultan cada vez menos familiares. Sin embargo, especialmente cuando entramos en una era en la que nuestras teorías describen dominios del universo que son cada vez más difíciles de comprobar experimentalmente, los físicos confían en una estética así para ayudarse a evitar callejones sin salida en los que en otro caso podrían caer. Hasta ahora, este planteamiento ha proporcionado una guía poderosa y llena de perspectivas.

En la física, como en el arte, la simetría es un aspecto clave de la estética. Pero, a diferencia de lo que sucede en el arte, en la física la simetría tiene un significado muy concreto y preciso. De hecho, siguiendo diligentemente esta noción exacta de la simetría hasta sus conclusiones matemáticas, durante las últimas décadas los físicos han encontrado teorías en las que las partículas de la materia y las partículas mensajeras están mucho más estrechamente entrelazadas de lo que cualquiera hubiera podido considerar posible previamente. Estas teorías, que no sólo unifican las fuerzas de la naturaleza, sino también los componentes materiales de ésta, tienen la mayor simetría posible y por esta razón se han llamado
supersimétricas
. La teoría de las supercuerdas, como veremos más adelante, es al mismo tiempo la progenitora y el ejemplo cumbre de un marco supersimétrico.

Imaginemos un universo en el que las leyes de la física sean tan efímeras como las modas, cambiando de un año a otro, de una semana a la siguiente, o incluso de un momento a otro. En un mundo así, suponiendo que estos cambios no interrumpan los procesos básicos de la vida, lo menos que puede suceder es que no nos aburramos ni por un momento. Las acciones más sencillas serían una aventura, ya que las variaciones aleatorias impedirían que cualquiera de nosotros utilizara la experiencia anterior para predecir algo relativo a resultados futuros.

Un universo así es una pesadilla para cualquier físico. Los físicos —y la mayoría de las demás personas también— se basan fundamentalmente en la estabilidad del universo: las leyes que son ciertas hoy lo eran también ayer y seguirán siéndolo mañana (incluso aunque no hayamos sido lo suficientemente listos como para comprenderlas todas). Después de todo, ¿qué significado podríamos darle a la palabra «ley» si fuera algo que cambia bruscamente? Esto no significa que el universo sea estático; desde luego, el universo cambia de innumerables maneras de un instante al siguiente. Lo que significa es, más bien, que las leyes que gobiernan esta evolución son fijas e invariables. Podría usted preguntar si realmente sabemos que esto es cierto. De hecho, no lo sabemos. Pero nuestro éxito en la descripción de numerosas características del universo, desde un breve momento después del
big bang
hasta el presente, nos garantiza que, si las leyes están cambiando, lo estarán haciendo muy lentamente. La más sencilla suposición que es coherente con todo lo que conocemos es que las leyes son fijas.

Imaginemos ahora un universo en el que las leyes de la física sean tan localistas como la cultura local, cambiando impredeciblemente de un lugar a otro y resistiendo desafiantes cualquier influencia exterior que pudiera uniformizarlas. Como en las aventuras de Gulliver, viajar por este mundo nos expondría a una variedad enormemente rica de experiencias impredecibles. Pero, desde el punto de vista de un físico, ésta es otra pesadilla. Ya es bastante duro, por ejemplo, vivir con el hecho de que las leyes que son válidas en un país —o incluso en un estado— pueden no ser válidas en otro. Pero imaginemos cómo serían las cosas si las leyes de la
naturaleza
fueran así de variadas. En un mundo así, los experimentos realizados en un lugar no tendrían fundamento según las leyes físicas vigentes en otro lugar. Los físicos tendrían que rehacer los experimentos una y otra vez en distintos lugares para comprobar las leyes de la naturaleza que se cumplen en cada lugar. Afortunadamente, todo lo que sabemos apunta a que las leyes de la física son las mismas en todas partes. Todos los experimentos realizados en todo el mundo convergen en el mismo conjunto de explicaciones físicas que los justifican. Además, nuestra capacidad para explicar un gran número de observaciones astrofísicas de remotas regiones del cosmos utilizando un solo conjunto fijo de principios físicos nos lleva a creer que en todos los sitios se cumplen las mismas leyes. No habiendo viajado nunca al extremo opuesto del universo, no podemos descartar definitivamente la posibilidad de que en algún lugar prevalezca un nuevo tipo de física, pero todo apunta a lo contrario.