El universo elegante (40 page)

Ésta es una cuestión tan profunda e importante que la vamos a explicar otra vez, con sentimiento. Según la teoría de cuerdas, el universo está formado por cuerdas diminutas cuyos patrones resonantes de vibración son el origen microscópico de las masas y cargas de fuerza de las partículas. La teoría de cuerdas requiere también dimensiones espaciales adicionales que deben estar arrolladas hasta alcanzar un tamaño muy pequeño para ser consistentes con el hecho de que nunca las hayamos visto. Pero una cuerda diminuta puede calar un espacio diminuto. Cuando una cuerda se mueve, oscilando mientras se desplaza, la forma geométrica de las dimensiones adicionales desempeña un papel fundamental para determinar patrones resonantes de vibración. Debido a que los patrones de vibraciones de las cuerdas se nos manifiestan como masas y cargas de partículas elementales, llegamos a la conclusión de que estas propiedades fundamentales del universo están determinadas en gran medida por el tamaño y la forma geométrica de las dimensiones adicionales. Ésta es una de las ideas de mayor alcance de la teoría de cuerdas.

Dado que las dimensiones adicionales influyen tan profundamente en las propiedades físicas básicas del universo, deberíamos intentar ahora —con un vigor desenfrenado— llegar al conocimiento del aspecto que tienen estas dimensiones arrolladas.

Las dimensiones espaciales adicionales de la teoría de cuerdas no se pueden «arrugar» de ninguna manera; las fórmulas que surgen de la teoría restringen severamente la forma geométrica que pueden adoptar. En 1984, Philip Candelas de la Universidad de Texas en Austin, Gary Horowitz y Andrew Strominger de la Universidad de California en Santa Bárbara, y Edward Witten demostraron que un tipo particular de formas geométricas de seis dimensiones podían cumplir estas condiciones. Se conocen como
espacios de Calabi-Yau
(o
formas de Calabi-Yau
) en honor de dos matemáticos, Eugenio Calabi de la Universidad de Pensilvania y Shing-Tung Yau de la universidad de Harvard, cuya investigación en un contexto relacionado, pero anterior a la teoría de cuerdas, desempeña un papel fundamental para la comprensión de estos espacios.

Aunque las matemáticas que describen los espacios de Calabi-Yau son intrincadas y sutiles, podemos hacernos una idea del aspecto que tienen estos espacios mediante una ilustración.
^[64]

En la Figura 8.9 mostramos un ejemplo de espacio de Calabi-Yau.
^[65]
Cuando se contempla esta figura, hay que tener presente que la imagen tiene limitaciones. Estamos intentando representar una forma en seis dimensiones sobre un papel bidimensional, y esto introduce distorsiones importantes. No obstante, la imagen transmite una idea aproximada del aspecto que tiene un espacio de Calabi-Yau.
^[66]
La forma de la Figura 8.9 no es más que un ejemplo de las decenas de miles de formas de Calabi-Yau que cumplen los restrictivos requerimientos para las dimensiones extra que surgen de la teoría de cuerdas. Aunque el hecho de pertenecer a un club que tiene decenas de miles de miembros podría no sonar muy exclusivo, deberíamos comparar esto con el número infinito de formas que son matemáticamente posibles; en este sentido los espacios de Calabi-Yau son realmente raros.

Figura 8.9
Ejemplo de espacio de Calabi-Yau.

Para ver las cosas en conjunto, tendríamos que imaginar ahora que sustituimos cada una de las esferas de la Figura 8.7 —que representa dos dimensiones arrolladas— por un espacio de Calabi-Yau. Es decir, en cada punto de las tres dimensiones extendidas que nos resultan familiares, la teoría de cuerdas afirma que hay seis dimensiones de las que hasta ahora no se había hablado, arrolladas firmemente dentro de una de esas formas de apariencia más bien complicada, como se ilustra en la Figura 8.10. Estas dimensiones son una parte integral y ubicua de la estructura espacial; existen en todas partes. Por ejemplo, si usted describe con la mano un amplio arco, no sólo se está moviendo a través de las tres dimensiones extendidas, sino también a través de las dimensiones arrolladas. Por supuesto, dado que las dimensiones arrolladas son tan pequeñas, cuando usted mueve la mano las está recorriendo un enorme número de veces, volviendo repetidamente al punto de partida. Su diminuta extensión significa que no hay mucho espacio para mover un objeto grande, como una mano; el resultado final es que, después de hacer un barrido con el brazo, usted no es consciente en absoluto del viaje que ha realizado a través de las dimensiones arrolladas de Calabi-Yau.

Figura 8.10
Según la teoría de cuerdas, el universo tiene dimensiones adicionales arrolladas en una forma de Calabi-Yau.

Ésta es una de las asombrosas características de la teoría de cuerdas. Sin embargo, si usted tiene una mente práctica, no tendrá más remedio que retroceder en esta discusión llevándola a un tema esencial y concreto. Ahora que tenemos una idea más concreta del aspecto que presentan las dimensiones adicionales, ¿cuáles son las propiedades físicas que se desprenden de la vibración de las cuerdas a través de dichas dimensiones y qué sucede cuando se comparan estas propiedades con las observaciones experimentales? Ésta es la pregunta del millón dentro de la teoría de cuerdas.

N
ada les gustaría más a los estudiosos de la teoría de cuerdas que presentar orgullosamente al mundo una lista de predicciones detalladas y experimentalmente comprobables. Ciertamente, es imposible afirmar que una teoría describe nuestro universo sin someter sus predicciones a una verificación experimental. Además, independientemente de la viveza con que la teoría de cuerdas pinte una imagen, si ésta no describe con precisión nuestro universo, toda esa teoría no tendrá más importancia que un elaborado juego de Dragones y Mazmorras.

A Edward Witten le gusta declarar que la teoría de cuerdas ha realizado ya una predicción experimentalmente confirmada y decisiva: «La teoría de cuerdas tiene la notable propiedad de
predecir la gravedad
».
^[67]
Lo que Witten quiere decir con esto es que tanto Newton como Einstein desarrollaron teorías de la gravedad porque sus observaciones relativas al universo demostraban claramente que la gravedad existe y que, por consiguiente, requiere una explicación exacta y coherente. Por el contrario, un físico dedicado al estudio de la teoría de cuerdas —incluso aunque no supiera nada de la relatividad general— se vería conducido inexorablemente a esa teoría de la gravedad dentro del marco creado por las cuerdas. A través del patrón de vibración del gravitón (sin masa y con espín–2), la teoría de cuerdas tiene la gravedad completamente cosida dentro de su estructura teórica. Como ha dicho Witten: «El hecho de que la gravedad sea una consecuencia de la teoría de cuerdas es uno de los mayores avances teóricos de todos los tiempos».
^[68]
Hay que reconocer que esta «predicción» es más bien una «posdicción», porque los físicos habían desarrollado descripciones teóricas de la gravedad antes de conocer la existencia de la teoría de cuerdas. Witten señala que esto es un mero accidente de los tantos que se han producido a lo largo de la historia. En otras civilizaciones avanzadas que existan en el universo, argumenta Witten con mucha fantasía, es bastante probable que la teoría de cuerdas se descubriera primero y que luego se descubriera la teoría de la gravedad como una consecuencia asombrosa de la primera.

Puesto que estamos confinados a la historia de la ciencia en nuestro planeta, hay muchos que consideran esta posdicción de la gravedad como una confirmación experimental nada convincente de la teoría de cuerdas. La mayoría de los físicos se sentiría mucho más feliz con una de las dos cosas siguientes: una predicción seria de la teoría de cuerdas que pudiera confirmarse experimentalmente, o una posdicción de alguna propiedad del universo (como la masa del electrón o la existencia de tres familias de partículas) para la cual no existe actualmente explicación alguna. En este capítulo comentaremos hasta dónde han llegado los expertos en teoría de cuerdas por lo que respecta a la consecución de estos objetivos.

Irónicamente, veremos que, aunque la teoría de cuerdas tiene el potencial de para ser
la
teoría más predictiva que los físicos hayan estudiado jamás —una teoría que tiene la capacidad de explicar las propiedades más fundamentales de la naturaleza— los físicos no han podido hasta ahora ser capaces de hacer predicciones con la precisión necesaria para confrontarlas con los datos experimentales. Como un niño o una niña que reciben su regalo soñado en Navidad pero no pueden hacer que funcione porque faltan unas pocas páginas en el manual de instrucciones, los físicos de hoy en día están en posesión de lo que bien podría ser el Santo Grial de la ciencia moderna, pero no pueden dar rienda suelta a todo su poder predictivo hasta que consigan
escribir
el manual de instrucciones completo. Sin embargo, como comentaremos en este capítulo, con un poco de suerte, una característica fundamental de la teoría de cuerdas podría conseguir su verificación experimental durante la próxima década. Y, con muchísima más suerte, se podrían confirmar en cualquier momento algunas huellas digitales indirectas de esta teoría.

¿Es correcta la teoría de cuerdas? No lo sabemos. Si está usted de acuerdo con la creencia de que las leyes de la física no se deberían fragmentar dividiéndolas en, por un lado, aquellas que gobiernan lo grande y, por otro, las que gobiernan lo pequeño; y si usted cree también que no deberíamos descansar hasta que tengamos una teoría cuyo ámbito de aplicación no tenga límites, la teoría de cuerdas es para usted la única apuesta posible por el momento. No obstante, se podría argumentar que esto sirve más para ilustrar la falta de imaginación de los físicos, que para justificar el carácter de única de la teoría de cuerdas. Quizá sea así. Además, se podría añadir que, como el hombre que busca en la calle únicamente a la luz de una farola las llaves que ha perdido, los físicos están apiñados en torno a la teoría de cuerdas sólo porque los caprichos de la historia de la ciencia han proyectado al azar un rayo de luz en esta dirección. Puede ser. Y, si usted es relativamente conservador o aficionado a hacer de abogado del diablo, podría decir incluso que los físicos no tienen por qué perder el tiempo con una teoría que propone una nueva característica de la naturaleza que es algunos cientos de miles de billones de veces más pequeña que cualquier cosa que podamos sondear experimentalmente de una manera directa.

Si usted hubiera proclamado a los cuatro vientos estas quejas en la década de 1980, cuando la teoría de cuerdas causó sensación por primera vez, se hubieran unido a su voz las de algunos de los físicos más respetables de nuestros tiempos. Por ejemplo, a mediados de esa década, Sheldon Glashow, físico de Harvard y ganador del premio Nobel, junto con Paul Ginsparg, también físico de Harvard, menospreciaron públicamente la falta de accesibilidad experimental de la teoría de cuerdas:

En lugar de la confrontación tradicional entre la teoría y las pruebas experimentales, los investigadores de la teoría de cuerdas persiguen una armonía interna, donde la elegancia, la unicidad y la belleza definen la verdad. Para su existencia, esta teoría depende de coincidencias mágicas, de cancelaciones milagrosas y de relaciones entre campos de la matemática aparentemente no relacionados (y posiblemente aún no descubiertos). ¿Son estas propiedades razón suficiente para aceptar la realidad de las supercuerdas? ¿Es que las matemáticas y la estética pueden suplantar y trascender el mero experimento?
^[69]

En algún otro lugar, Glashow continuaba su discurso diciendo:

La teoría de las supercuerdas es tan ambiciosa que sólo puede ser del todo correcta o del todo equivocada. El único problema es que sus matemáticas son tan nuevas y tan difíciles que durante varias décadas no sabremos cuáles son.
^[70]

Él incluso ponía en cuestión si los expertos en teoría de cuerdas deberían «estar pagados por los departamentos de física y tener autorización para pervertir a los estudiantes impresionables», advirtiendo de que la teoría de cuerdas estaba minando la ciencia, al igual que lo hacía la teología medieval durante la Edad Media.
^[71]