El universo elegante (70 page)

Esta línea de argumentación es una versión de una idea que tiene ya una larga historia y que se conoce como el
principio antrópico
. Tal como se expone, se trata de una perspectiva diametralmente opuesta al sueño de una teoría unificada, rígida y que lo puede explicar todo, en la cual las cosas son como son porque el universo no puede ser de otra manera. En vez de ser el epítome de una elegancia poética en la que todo encaja con una elegancia inflexible, el multiverso y el principio antrópico describen un panorama en el que se ve un conjunto salvajemente excesivo de universos cuyo apetito por la variedad es insaciable. Será extremadamente difícil, si no imposible, para nosotros, saber si la idea del multiverso es correcta. Incluso si existen otros universos, podemos suponer que nunca entraremos en contacto con ninguno de ellos. Pero, aumentando considerablemente la idea de «que hay ahí fuera» —de una manera que empequeñece la constatación del Hubble de que la Vía Láctea no es más que una galaxia entre otras muchas— el concepto de multiverso al menos nos alerta ante la posibilidad de que podemos estar pidiéndole demasiado a lo que sería una teoría definitiva.

Deberíamos exigir que nuestra teoría definitiva diera una descripción de todas las fuerzas y toda la materia que fuera coherente desde el punto de vista de la mecánica cuántica. Deberíamos exigir que nuestra teoría definitiva ofreciera una cosmología convincente dentro de nuestro universo. Sin embargo, si es correcta la teoría del multiverso —lo cual ya es una suposición muy fuerte—
puede
que sea demasiado pedir que nuestra teoría explique también cada una de las propiedades de las masas de las partículas, cargas e intensidad de las fuerzas.

Pero debemos enfatizar que, incluso si aceptamos la premisa especulativa del multiverso, la conclusión de que esto compromete nuestro poder de predicción está lejos de ser consistente. La razón, dicho de una forma sencilla, es que, si damos rienda suelta a nuestra imaginación y nos permitimos contemplar un multiverso, deberíamos también liberar nuestras reflexiones teóricas y contemplar los modos en que se puede domesticar la aparente aleatoriedad del multiverso. En una reflexión relativamente conservadora, podemos suponer que —si la idea del multiverso fuera cierta— seríamos capaces de ampliar nuestra teoría definitiva hasta llegar a su expansión completa, y que nuestra «teoría extensa definitiva» podría decimos con precisión por qué y cómo los valores de los parámetros fundamentales están diseminados por todos los universos constituyentes.

Hay una reflexión más radical que viene de una propuesta de Lee Smolin de la
Penn State University
, el cual, inspirado por la similitud entre las condiciones en el momento del
big bang
y las del centro de los agujeros negros —estando cada uno de ellos caracterizado por la densidad colosal de la materia comprimida—, ha sugerido que todo agujero negro es la semilla de un nuevo universo que irrumpe en la existencia mediante un explosión similar a la del
big bang
, pero está escondido de nuestra vista por el horizonte de sucesos del agujero negro. Además de proponer otro mecanismo para generar un multiverso, Smolin ha introducido un nuevo elemento —una versión cósmica de la mutación genética— que acaba con algunas limitaciones científicas asociadas con el principio antrópico.
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Smolin proponía que imagináramos que, cuando un universo surge del centro de un agujero negro, sus atributos físicos, tales como la masas de las partículas y las intensidades de las fuerzas, son parecidos, pero no idénticos, a los del universo de al lado. Dado que los agujeros negros se originan a partir de estrellas extinguidas, y que la formación de una estrella depende de los valores precisos de las masas de las partículas y las intensidades de las fuerzas, la fecundidad de cualquier universo dado —el número de agujeros negros que puede producir— depende en gran medida de estos parámetros. Unas pequeñas variaciones en los parámetros de los universos generados conducirán por lo tanto a unos valores que están incluso más optimizados para la producción de agujeros negros que los del universo generador, y tendrán un número aún mayor de universos generados a su vez por ellos.
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Después de muchas «generaciones», los descendientes de esos universos optimizados para producir agujeros negros llegarán así a ser tan numerosos que predominarán en la población del multiverso. Por lo tanto, en vez de invocar el principio antrópico, la sugerencia de Smolin proporciona un mecanismo dinámico que, por término medio, hace que los parámetros de cada universo de la generación siguiente estén cada vez más cerca de unos valores particulares —los que son óptimos para la producción de agujeros negros—.

Este planteamiento aporta otro método, también en el contexto del multiverso, en el que se pueden explicar los parámetros de la materia fundamental y de las fuerzas. Si la teoría de Smolin es correcta, y si somos parte de un típico miembro de un multiverso maduro (estos condicionales son muy fuertes y, por supuesto, se pueden discutir desde muchos frentes), los parámetros de las partículas y las fuerzas que midamos habrán de estar optimizados para la producción de agujeros negros. Es decir, cualquier modificación de estos parámetros de nuestro universo haría más difícil que se formaran agujeros negros. Los físicos han comenzado a investigar esta predicción; actualmente no hay consenso sobre su validez. Pero, incluso si la propuesta específica de Smolin resulta estar equivocada, presenta a pesar de todo otra forma que la teoría definitiva podría adoptar. La teoría definitiva puede, a primera vista, aparentar una falta de rigor. Podemos pensar que sirve para describir una gran cantidad de universos, la mayoría de los cuales no tienen nada que ver con el que habitamos. Además, podemos suponer que todos estos universos pueden estar ya configurados físicamente, con lo que tendríamos un multiverso —algo que, a primera vista, limita para siempre nuestro poder de predicción—. Sin embargo, de hecho, esta discusión pone de manifiesto que todavía se puede lograr una explicación definitiva, siempre y cuando aprovechemos, no sólo las leyes definitivas, sino también sus implicaciones para la evolución cosmológica a una escala inesperadamente enorme.

Indudablemente, las implicaciones cosmológicas de la teoría de cuerdas/Teoría-M constituirán un importante campo de investigación cuando ya estemos bien entrados en el siglo XXI. Sin contar con aceleradores de partículas capaces de producir energías a la escala de Planck, tendremos que basarnos cada vez más en ese acelerador cosmológico que es el
big bang
, y en los restos que nos ha dejado por todo el universo, como datos experimentales que podremos utilizar. Con suerte y perseverancia, podremos finalmente ser capaces de dar respuesta a interrogantes tales como el modo en que comenzó el universo, y por qué ha evolucionado de la forma que percibimos en la tierra y en los cielos. Desde luego, hay todavía mucho territorio inexplorado entre el punto en el que estamos ahora y el lugar en el que están las respuestas completas a esas preguntas fundamentales. Pero el desarrollo de una teoría cuántica de la gravedad mediante la teoría de las supercuerdas da credibilidad a la esperanza de poseer ya actualmente las herramientas teóricas necesarias para avanzar por amplias regiones de lo desconocido y para, sin duda, después de mucho luchar, aparecer posiblemente con las respuestas a algunas de las preguntas más profundas que se han planteado jamás.

D
entro de algunos siglos, la teoría de las supercuerdas, o su evolución dentro de la Teoría-M, habrá podido desarrollarse hasta situarse tan lejos de su formulación actual, que podría ser irreconocible incluso para los más avanzados investigadores de hoy en día. En el proceso continuo de búsqueda de la teoría definitiva, es muy posible que encontremos que la teoría de cuerdas no es sino uno de los muchos pasos decisivos en el camino hacia una concepción mucho más grande del cosmos, una concepción que involucra ideas que difieren radicalmente de cualquier cosa que hayamos encontrado con anterioridad. La historia de la ciencia nos enseña que, cada vez que pensamos que hemos comprendido todo, la naturaleza nos tiene reservada una sorpresa radical que requiere unos cambios significativos, y a veces drásticos, en el modo en que pensamos cómo funciona el mundo. Entonces de nuevo, con algo de presunción arrogante, también podemos suponer, como otros lo han hecho quizá ingenuamente antes que nosotros, que estamos viviendo un período crucial de la historia de la humanidad, en el que la búsqueda de las leyes definitivas del universo nos conducirá finalmente a terminar la tarea. Como ha dicho Edward Witten:

Creo que estamos tan cerca con la teoría de cuerdas que —en mis momentos de mayor optimismo— me imagino que algún día la forma final de esta teoría podría caer del cielo e ir a parar a las manos de alguien. Sin embargo, cuando soy más realista, siento que nos encontramos actualmente en el proceso de construir una teoría mucho más profunda que cualquiera que hayamos tenido anteriormente, y que bien entrado el siglo XXI, cuando yo sea demasiado viejo para tener alguna idea útil al respecto, los físicos más jóvenes tendrán que decidir si hemos encontrado en efecto la teoría final.
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Aunque todavía estamos sintiendo las sacudidas posteriores al terremoto de la segunda revolución de las supercuerdas y absorbiendo la panoplia de nuevas ideas que esta revolución ha engendrado, la mayoría de los especialistas en teoría de cuerdas coinciden en que probablemente será necesaria una tercera, y probablemente una cuarta revolución teórica por el estilo para que se libere todo el potencial de la teoría de cuerdas y se compruebe su posible carácter de teoría final. Como hemos visto, la teoría de cuerdas ya ha dibujado un extraordinario nuevo esquema del funcionamiento del universo, pero quedan obstáculos importantes y cabos sueltos que sin duda serán el foco de atención prioritario para los especialistas en teoría de cuerdas en el siglo XXI. Por lo tanto, en este último capítulo no podremos contar cómo acaba el cuento de la búsqueda de la humanidad de las leyes más profundas del universo, porque la búsqueda continúa. En cambio, dirigiremos nuestra mirada hacia el futuro de la teoría de cuerdas, discutiendo cinco cuestiones centrales con las que se enfrentarán los expertos en teoría de cuerdas en su búsqueda de la teoría definitiva.

Una lección general que hemos aprendido durante los últimos cien años es que las leyes conocidas de la física están asociadas con los principios de simetría. La relatividad especial está basada en la simetría encarnada en el principio de relatividad, la simetría existente entre todos los puntos de observación que tienen velocidad constante. La fuerza de la gravedad, en la medida en que está incorporada en la teoría general de la relatividad, está basada en el principio de equivalencia —la extensión del principio de relatividad para abarcar todos los posibles putos de observación independientemente de la complejidad de sus estados de movimiento—. Y las fuerzas nucleares fuerte y débil, así como la fuerza electromagnética, están basadas en los más abstractos principios de simetría gauge.

Los físicos, como ya hemos comentado anteriormente, tienden a elevar los principios de simetría a una posición predominante poniéndolos directamente en el pedestal de la explicación. Según este punto de vista, la gravedad
existe
con el fin de que todos los puntos posibles de observación estén en completa igualdad de condiciones, es decir, de tal modo que se sostenga el principio de equivalencia. De manera similar, las fuerzas no gravitatorias
existen
con el fin de que la naturaleza respete las simetrías gauge que llevan asociadas. Por supuesto, este planteamiento transforma la pregunta sobre la razón por la que una cierta fuerza existe, en la pregunta de por qué la naturaleza respeta el principio de simetría que la fuerza tiene asociado. Pero esto ciertamente se siente como un progreso, especialmente cuando la simetría en cuestión parece eminentemente natural. Por ejemplo, ¿por qué habría que tratar el marco de referencia de un observador de una forma diferente a como se trata el de otro? Parece mucho más natural que las leyes del universo traten todos los puntos de observación de igual manera; esto se consigue mediante el principio de equivalencia y la introducción de la gravedad en la estructura del cosmos. Aunque son necesarios algunos conocimientos matemáticos para apreciarlo plenamente, como dijimos en el capítulo 5, hay un razonamiento similar con las simetrías gauge en las que se apoyan las tres fuerzas no gravitatorias.

También la teoría de cuerdas nos permite bajar un talle en la escala de la profundidad de la explicación, porque todos estos principios de simetría, así como otro —la supersimetría— emergen de su estructura. De hecho, si la historia hubiera seguido un derrotero diferente —y los físicos hubieran descubierto la teoría de cuerdas unos cien años antes— podemos suponer que estos principios de simetría habrían sido descubiertos estudiando sus propiedades. Pero, tengamos en cuenta que mientras el principio de equivalencia nos proporciona una cierta comprensión de por qué la gravedad existe, y las simetrías gauge nos aportan alguna idea sobre la razón por la que existen las fuerzas no gravitatorias, en el contexto de la teoría de cuerdas estas simetrías son
consecuencias
; aunque su importancia no disminuye de ningún modo, son parte del producto final de una estructura teórica mucho mayor.