El universo elegante (72 page)

Este es ciertamente el caso con la teoría de cuerdas. El formalismo matemático que describe la teoría de cuerdas comienza con ecuaciones que describen el movimiento de un fragmento diminuto e infinitamente delgado de cuerda
clásica
, unas ecuaciones que, en gran medida, podría haber escrito Newton hace alrededor de trescientos años. Después, estas ecuaciones se
cuantizan
, es decir, utilizando un método sistemático desarrollado por los físicos durante más de cincuenta años, las ecuaciones clásicas se convierten en un marco mecánico-cuántico en el que las probabilidades, la incertidumbre, los temblores cuánticos, etc., se incorporan directamente. De hecho, en el capítulo 12 hemos visto este procedimiento en acción: los procesos de bucles (véase la Figura 12.6) utilizan conceptos cuánticos —en este caso, la repentina creación mecánico-cuántica de pares de cuerdas virtuales— en los que el número de bucles determina la precisión con la cual se justifican los efectos mecánico-cuánticos.

La estrategia de comenzar con una descripción teórica que es clásica y luego incluir progresivamente las características de la mecánica cuántica ha sido tremendamente fructífera durante muchos años. En ella se basa, por ejemplo; el modelo estándar de la física de partículas. Pero es posible, y también hay cada vez más pruebas de que es probable, que este método resulte demasiado conservador para tratar teorías de tan largo alcance como la teoría de cuerdas y la Teoría-M. La razón es que una vez que constatamos que el universo está gobernado por principios mecánico-cuánticos, nuestras teorías deberían ser desde un principio mecánico-cuánticas. De partida hemos tenido éxito comenzando desde una perspectiva clásica, porque no hemos estado sondeando el universo a un nivel lo suficientemente profundo como para que este burdo planteamiento nos desviara del objetivo. Sin embargo, con la profundidad de la teoría de cuerdas/Teoría-M, es muy posible que hayamos llegado al final de la línea en esta estrategia comprobada en la batalla.

Podemos encontrar pruebas específicas de esto reconsiderando algunas de las ideas que surgen de la segunda revolución de las supercuerdas (como se resume, por ejemplo, en la Figura 12.11). Como ya explicamos en el capítulo 12, las dualidades que subyacen a la unidad de las cinco teorías de cuerdas nos demuestran que los procesos físicos que tienen lugar en cualquiera de las formulaciones de la teoría se pueden reinterpretar en el lenguaje dual de cualquiera de las otras. Al principio, parecerá que esta reformulación tiene poco que ver con la descripción original, pero, de hecho, esto es simplemente el poder de la dualidad funcionando: mediante la dualidad, un proceso físico se puede describir en una cantidad de modos ampliamente diferentes. Estos resultados son al mismo tiempo sutiles y notables, pero aún no hemos mencionado lo que podría ser probablemente su característica más importante.

Las traducciones de la dualidad a menudo siguen un proceso, descrito en una de las cinco teorías de cuerdas, que tiene una
fuerte
dependencia de la mecánica cuántica (por ejemplo, un proceso que involucra interacciones entre cuerdas que no se producirían si el universo estuviera gobernado por la física clásica, en oposición a la física cuántica) y la reformulan como un proceso que tiene una
débil
dependencia de la mecánica cuántica desde la perspectiva de alguna de las otras teorías de cuerdas (por ejemplo, un proceso cuyas detalladas propiedades numéricas están influenciadas por consideraciones cuánticas, pero cuya forma cualitativa es similar a la que tendría en un universo puramente clásico). Esto significa que la mecánica cuántica está completamente entrelazada dentro de las simetrías de dualidad que subyacen a la teoría de cuerdas/Teoría-M: se trata de
simetrías inherentemente mecánico-cuánticas
, ya que una de las descripciones duales está fuertemente influenciada por las consideraciones cuánticas. Esto indica inequívocamente que la formulación completa de la teoría de cuerdas/Teoría-M —una formulación que fundamentalmente incorpora las recién halladas simetrías de dualidad— no puede empezar de una manera clásica y luego experimentar una cuantización, dentro del molde tradicional. Un punto de partida clásico omitirá necesariamente las simetrías de dualidad, ya que éstas sólo se mantienen verdaderas cuando se tiene en cuenta la mecánica cuántica. Parece, más bien, que la formulación completa de la teoría de cuerdas/Teoría-M debe romper el molde tradicional y surgir como una auténtica teoría mecánico-cuántica.

Actualmente, nadie sabe cómo hacer esto. Pero muchos especialistas en teoría de cuerdas prevén, como la próxima revolución importante, una reformulación del modo en que los principios cuánticos se incorporan a nuestra descripción teórica del universo. Por ejemplo, como ha dicho Cumrun Vafa: «Pienso que una reformulación de la mecánica cuántica que resolverá muchos de sus rompecabezas está detrás de la esquina. Creo que muchos comparten la opinión de que las dualidades recientemente descubiertas apuntan hacia un nuevo marco, más geométrico, para la mecánica cuántica, en el que el espacio, el tiempo y las propiedades cuánticas estarán inseparablemente unidas».
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Y, según Edward Witten: «Creo que el estatus lógico de la mecánica cuántica va a cambiar de una manera similar a la manera en que cambió el estatus lógico de la gravedad cuando Einstein descubrió el principio de equivalencia. Este proceso está muy lejos de quedar completo con la mecánica cuántica, pero pienso que la humanidad mirará algún día hacia atrás considerando nuestra época como el período en que empezó dicho proceso».
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Con un optimismo prudente, podemos prever que una remodelación del marco de los principios de la mecánica cuántica dentro de la teoría de cuerdas puede producir un formalismo más poderoso que sea capaz de aportar la respuesta a la pregunta de cómo empezó el universo y por qué existen cosas tales como el espacio y el tiempo. Un formalismo que nos llevará un paso más cerca para responder a la pregunta que formuló Leibniz sobre por qué hay algo en vez de nada.

Entre las muchas características de la teoría de cuerdas que hemos discutido en los capítulos anteriores, las tres siguientes son quizá las más importantes para tenerlas muy presentes en la memoria. En primer lugar, la gravedad y la mecánica cuántica son parte integrante del funcionamiento del universo y, por consiguiente, cualquier supuesta teoría unificada debe incluir a ambas. La teoría de cuerdas cumple este requisito. En segundo lugar, hay estudios realizados por físicos a lo largo del siglo pasado que ponen de manifiesto la existencia de otras ideas clave —muchas de las cuales se han confirmado experimentalmente que parecen muy importantes para nuestra comprensión del universo. Entre éstas figuran el concepto de espín, la estructura de familia de las partículas de materia, las partículas mensajeras, la simetría gauge, el principio de equivalencia, la ruptura de la simetría y la supersimetría, por nombrar unas pocas. Todos estos conceptos emergen de forma natural a partir de la teoría de cuerdas. En tercer lugar, a diferencia de otras teorías más convencionales, tales como el modelo estándar, en el que hay 19 parámetros libres que se pueden ajustar para garantizar que concuerden con las mediciones experimentales, la teoría de cuerdas no tiene parámetros ajustables. En principio, sus implicaciones deberían ser completamente definitivas: deberían proporcionar una comprobación sin ambigüedades mediante la cual se pueda saber si la teoría es correcta o errónea.

El camino que va desde este razonamiento «en principio» hasta el hecho «en la práctica» está plagado de obstáculos. En el capítulo 9 mencionábamos algunos de los obstáculos técnicos, tales como la determinación de la forma de las dimensiones adicionales, que actualmente nos están cerrando el paso. En los capítulos 12 y 13 situábamos estos y otros obstáculos en el contexto más amplio de la necesidad de una comprensión exacta de la teoría de cuerdas, lo cual, como ya hemos visto, nos conduce de forma natural a tomar en consideración la Teoría-M. Sin duda, el logro de una comprensión total de la teoría de cuerdas/Teoría-M requerirá un largo y duro trabajo, así como una dosis igual de ingenuidad.

A cada paso que daban por el camino emprendido, los especialistas en teoría de cuerdas han buscado y continuarán buscando consecuencias de la teoría que se puedan observar experimentalmente. No debemos perder de vista las posibilidades remotas de hallar pruebas que confirmen la teoría de cuerdas, tal como se explicó en el capítulo 9. Además, a medida que profundicemos en nuestros conocimientos, habrá sin duda otros raros procesos o características de la teoría de cuerdas que sugerirán otros procedimientos experimentales indirectos.

Pero, lo que aún es más notable, la confirmación de la supersimetría, a través del descubrimiento de las partículas superparejas tal como se comentó en el capítulo 9, sería un hito importante para la teoría de cuerdas. Recordemos que la supersimetría se descubrió en el curso de unas investigaciones teóricas en el marco de la teoría de cuerdas, y que es una parte fundamental de esta teoría. Su confirmación experimental constituiría una prueba irrefutable, aunque circunstancial, para las cuerdas. Además, el hallazgo de las partículas superparejas podría proporcionar un bienvenido desafío, ya que el descubrimiento de la supersimetría haría mucho más que responder a la pregunta del «sí o no» sobre su relevancia con respecto a nuestro universo. Las masas y las cargas de las partículas superparejas podrían revelar el modo detallado en el cual la supersimetría se incorpora a las leyes de la naturaleza. Los especialistas en teoría de cuerdas se enfrentarían entonces al desafío de ver si su implementación puede constatarse o explicarse plenamente mediante la teoría de cuerdas. Desde luego, podemos ser aún más optimistas y esperar que durante la próxima década —antes de que sea puesto a punto el Gran Acelerador de Hadrones de Ginebra— los conocimientos sobre la teoría de cuerdas progresarán lo suficiente para que se puedan hacer predicciones detalladas sobre las superparejas antes de su esperado descubrimiento. La confirmación de estas predicciones sería un hito monumental en la historia de la ciencia.

Explicarlo todo, incluso en el sentido circunscrito de comprender todos los aspectos de las fuerzas y de los constituyentes elementales del universo, es uno de los mayores desafíos que la ciencia ha afrontado hasta ahora. Además, por primera vez, la teoría de las supercuerdas nos ofrece un marco que parece tener suficiente profundidad para asumir el desafío. Pero ¿llegaremos alguna vez a disponer en realidad de todo lo que promete la teoría y, por ejemplo, a calcular las masas de los quarks o la intensidad de la fuerza electromagnética, unos números cuyos valores exactos nos dirían tantas cosas sobre el universo? Como en las secciones anteriores, tendremos que superar numerosos obstáculos teóricos en el camino hacia estos objetivos —actualmente, el más importante es conseguir una formulación completa no perturbativa de la teoría de cuerdas/Teoría-M.

Pero ¿es posible que, incluso si tuviéramos un conocimiento exacto de la teoría de cuerdas/Teoría-M, enmarcado en una nueva y más transparente formulación de la mecánica cuántica, pudiéramos fracasar en nuestro intento de calcular las masas de las partículas y la intensidad de las fuerzas? ¿Es posible que todavía tuviéramos que recurrir a las mediciones experimentales, en vez de a los cálculos teóricos, para hallar sus valores? Y, además, ¿podría ser que este fracaso no significara que necesitamos buscar una teoría aún más profunda, sino que sencillamente reflejara que
no hay
una explicación para estas propiedades observadas en la realidad?

Una respuesta inmediata a todas estas preguntas es sí. Como Einstein dijo hace algún tiempo: «Lo más incomprensible del universo es que es comprensible».
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El asombro ante nuestra capacidad de comprender el universo en su conjunto desaparece en una época en que se realizan rápidos e impresionantes progresos. Sin embargo, puede que exista un límite para la facultad de comprender. Puede que tengamos que aceptar que, después de alcanzar el nivel más profundo posible de comprensión que la ciencia pueda ofrecer, habrá no obstante aspectos del universo que queden sin explicación. Puede que tengamos que aceptar que ciertas características del universo son del modo que son por casualidad, accidente o designio divino. El éxito obtenido por el método científico en el pasado nos ha animado a pensar que con esfuerzo y tiempo suficiente
podemos
develar los misterios de la naturaleza. Pero ir hasta el límite absoluto de la explicación científica —no hasta un obstáculo tecnológico o hasta el extremo actual, pero progresivo, del conocimiento humano— sería un acontecimiento singular para el que no podría preparamos toda la experiencia anterior.

Aunque sea de gran importancia para nuestra búsqueda de la teoría definitiva, éste es un tema que todavía no podemos resolver; en efecto, la posibilidad de que existan límites para la explicación científica, en el sentido amplio en que la hemos planteado, es una cuestión que puede que no se resuelva nunca. Hemos visto, por ejemplo, que incluso el concepto especulativo del multiverso, que a primera vista parece presentar un límite definitivo para la explicación científica, se puede tratar imaginando teorías igualmente especulativas que, al menos en principio, pueden devolvernos un cierto poder predictivo.

Una característica notable que surge de estas consideraciones es el papel de la cosmología a la hora de determinar las implicaciones de una teoría definitiva. Como ya hemos discutido, la cosmología de las supercuerdas es un campo joven, incluso con respecto a los jovencísimos estándares establecidos por la propia teoría de cuerdas. Indudablemente, durante los años venideros será un área de investigación primaria y es probable que sea una de las áreas de mayor crecimiento de todo el campo. A medida que sigamos obteniendo nuevos conocimientos sobre las propiedades de la teoría de cuerdas/Teoría-M, crecerá nuestra capacidad de valorar las implicaciones cosmológicas de este interesante intento de lograr una teoría unificada. Por supuesto, es posible que tales estudios puedan un día llegar a convencernos de que, en efecto, existe un límite para la explicación científica. Sin embargo, también es posible por el contrario que esos estudios puedan anunciar una nueva era, una era en la que podamos declarar que se ha hallado finalmente una explicación fundamental del universo.