El universo elegante (41 page)

Richard Feynman, poco antes de morir, dejó claro que él no creía que la teoría de cuerdas fuera la cura
única
para los problemas —en particular, los perniciosos infinitos— que obstaculizan una fusión armoniosa de la gravedad y la mecánica cuántica:

Mi intuición ha sido —y puede que me equivoque— que hay más de un modo de quitarle la piel a un gato. No creo que exista sólo un modo de librarse de los infinitos. El hecho de que una teoría consiga librarse de ellos no me parece razón suficiente para creer en su unicidad.
^[72]

Y Howard Georgi, el eminente colega y colaborador de Glashow en Harvard, era también un vociferante crítico de las cuerdas a finales de la década de 1980:

Si dejamos que nos engañe ese canto de sirena de la «definitiva» unificación a distancias tan pequeñas que nuestros amigos los investigadores experimentales no pueden hacer nada con ellas, nos veremos metidos en dificultades, porque perderemos ese proceso crucial de eliminación de ideas irrelevantes que distingue a la física de tantas otras actividades humanas menos interesantes.
^[73]

Como sucede con muchos temas de gran importancia, por cada uno de estos detractores hay un partidario entusiasta. Witten ha dicho que cuando se enteró de que la teoría de cuerdas incorpora la gravedad y la mecánica cuántica, eso fue «la mayor emoción intelectual» de toda su vida.
^[74]
Cumrun Vafa, de la Universidad de Harvard y un experto puntero en teoría de cuerdas, ha dicho que «la teoría de cuerdas revela de una manera definitiva el conocimiento más profundo del universo que jamás se haya tenido».
^[75]
Y Murray Gell-Mann, ganador del premio Nobel, ha dicho que la teoría de cuerdas es «una cosa fantástica» y que espera que alguna versión de dicha teoría será algún día la teoría del universo en su globalidad.
^[76]

Como se puede ver, este debate está siendo alimentado en parte por la física y en parte por varias filosofías que tratan de cómo se ha de hacer la física. Los «tradicionalistas» desean que el trabajo teórico esté estrechamente ligado a la observación experimental, en gran parte siguiendo el molde de la investigación de los últimos siglos, que produjo tantos éxitos. Pero, otros piensan que estamos preparados para abordar cuestiones que están más allá de nuestra capacidad tecnológica actual para comprobarlas directamente.

A pesar de las diferentes filosofías, durante la última década se han apaciguado muchas de las actitudes críticas con respecto a la teoría de cuerdas. Glashow atribuye esto a dos causas. En primer lugar, observa que, a mediados de la década de 1980,

Los expertos en teoría de cuerdas proclamaban con entusiasmo y de una manera exuberante que en breve responderían a todos los interrogantes planteados dentro de la física. Debido a que actualmente son más prudentes con su entusiasmo, buena parte de mis críticas de la década de 1980 han ido perdiendo importancia.
^[77]

En segundo lugar, señala también lo siguiente:

Nosotros, los que no nos dedicamos a la teoría de cuerdas, no hemos hecho prácticamente ningún progreso durante la última década. Por lo tanto, el argumento de que la teoría de cuerdas es la única apuesta posible por el momento es muy fuerte y poderoso. Hay preguntas a las que no se dará respuesta en el marco de la teoría cuántica de campos convencional. Hasta aquí la cosa está clara. Puede que la respuesta la dé alguna otra teoría, y la única otra que conozco es la teoría de cuerdas.
^[78]

Georgi reflexiona retrospectivamente sobre la década de 1980 de una forma muy parecida:

A la teoría de cuerdas, durante sus primeros años de historia, se le hizo en varias ocasiones una propaganda excesiva. Durante los años intermedios he descubierto que algunas de las ideas de la teoría de cuerdas han conducido a modos interesantes de pensar sobre la física que me han resultado útiles en mi propio trabajo. Me siento mucho más feliz ahora, viendo cómo la gente dedica su tiempo a la teoría de cuerdas, porque ahora puedo ver cómo saldrá de ella algo útil.
^[79]

El físico teórico David Gross, un líder tanto en física convencional como en la física de las cuerdas, resumió elocuentemente la situación de la siguiente manera:

Solía suceder que, cuando estábamos escalando la montaña de la naturaleza, los físicos experimentales marcaban el camino. Los lentos teóricos nos quedábamos rezagados detrás. De vez en cuando, ellos lanzaban hacia abajo de una patada una piedra experimental que nos rebotaba en las cabezas. Eventualmente tomábamos la idea y seguíamos el camino que habían abierto los físicos experimentales. Cuando nos reuníamos por fin con nuestros amigos, les explicábamos cómo era la vista y cómo llegaron ellos allí. Éste era el modo viejo y fácil (al menos para los teóricos) de escalar la montaña. Todos nosotros anhelamos el retorno de aquellos días. Pero ahora los teóricos podríamos tener que tomar el liderazgo. Ésta es una empresa mucho más solitaria.
^[80]

Los expertos en teoría de cuerdas no desean realizar una expedición solitaria hasta las cotas más altas del monte de la Naturaleza; preferirían, con mucho, compartir la carga y la emoción con sus colegas los físicos experimentales. Se trata meramente de que hay un desencaje tecnológico en nuestra situación actual —una asincronía histórica— que las sogas y las grampas teóricas se han modificado parcialmente para el ascenso a la cima, mientras que las experimentales no existen aún. Sin embargo, esto
no
significa que la teoría de cuerdas esté fundamentalmente divorciada de los experimentos. Al contrario, los expertos en teoría de cuerdas tienen grandes esperanzas de «patear hacia abajo una piedra
teórica
», desde la cima de una montaña de altísima energía hacia los experimentalistas que trabajan más abajo. Éste es el objetivo primordial de la investigación actual en teoría de cuerdas. Hasta ahora no se ha desprendido ninguna piedra de la cima para lanzarla hacia abajo golpeando lo que encuentre, pero, como ya hemos comentado, unos pocos, tentadores y promisorios guijarros ciertamente han caído.

Si no se producen unos avances tecnológicos monumentales, nunca seremos capaces de situarnos en las escalas de longitud diminuta que son necesarias para ver directamente una cuerda. Los físicos pueden sondear hasta una millonésima de billonésima de metro mediante unos aceleradores de partículas cuyo tamaño es de unos cuantos kilómetros. El sondeo de distancias aún menores requiere mayores energías y esto significa aparatos de mayor tamaño capaces de dirigir esta energía hacia una sola partícula. Dado que la longitud de Planck es aproximadamente 17 órdenes de magnitud menor que las longitudes a las que ahora mismo podemos acceder, utilizando la tecnología actual necesitaríamos un acelerador del tamaño de la galaxia para ver las cuerdas de una en una. De hecho, Shmuel Nussinov de la Universidad de Tel Aviv ha demostrado que esta estimación aproximada basada en ajustes sencillos es probablemente demasiado optimista; el estudio realizado por él es más minucioso e indica que necesitaríamos un acelerador del tamaño de todo el
universo
(La energía que se requiere para sondear la materia a la longitud de Planck es aproximadamente igual a mil kilovatios hora —la energía necesaria para mantener en funcionamiento un aparato normal de aire acondicionado durante alrededor de cien horas— y esto no es nada extraterrestre. El desafío tecnológico que aparentemente resulta insuperable es concentrar toda esta energía en una única partícula, es decir, en una sola cuerda). Dado que el Congreso de Estados Unidos canceló hace poco los fondos para el
Superconducting Supercollider
(Supercolisionador Superconductor) —un acelerador de partículas de «sólo» 54 millas de circunferencia— no vamos a contener la respiración mientras esperamos el dinero para un acelerador de sondeos a escalas de la longitud de Planck. Si queremos comprobar la teoría de cuerdas experimentalmente, habrá de hacerse de una forma indirecta. Tendremos que determinar las implicaciones físicas de la teoría de cuerdas que se puedan observar a escalas de longitud mucho mayores que el tamaño de una cuerda.
^[81]

En su innovadora publicación, Candelas, Horowitz, Strominger y Witten dieron el primer paso hacia este objetivo. No sólo descubrieron que las dimensiones adicionales utilizadas en la teoría de cuerdas han de estar arrolladas en una forma de Calabi-Yau, sino que también dedujeron algunas de las consecuencias que esto tiene para los posibles patrones de vibraciones de cuerdas. Un resultado fundamental hallado por estos científicos ilustra las soluciones sorprendentemente inesperadas que la teoría de cuerdas ofrece para ciertos problemas planteados desde hace mucho tiempo en la física de partículas.

Recordemos que las partículas elementales que los físicos habían descubierto se encuadraban en tres familias de idéntica organización, de tal forma que las partículas de una familia tenían siempre más masa que las partículas de la anterior. La enigmática pregunta para la que, antes de llegar la teoría de cuerdas, no había respuesta era: ¿por qué
familias
y por qué
tres
? He aquí lo que propone la teoría de cuerdas. Una forma típica de Calabi-Yau contiene
huecos
que son análogos a los que se pueden ver en un disco de fonógrafo, o en una rosquilla, o en una «multirrosquilla», como se muestra en la Figura 9.1. En el contexto de dimensión superior de las formas de Calabi-Yau existe en realidad toda una variedad de tipos diferentes de agujeros que pueden aparecer —agujeros que pueden tener también ellos mismos una variedad de dimensiones («agujeros multidimensionales»)— pero la Figura 9.1 expresa la idea básica. Candelas, Horowitz, Strominger y Witten examinaron minuciosamente el efecto que estos agujeros producen en los posibles patrones de vibración de cuerdas, y he aquí lo que descubrieron.

Figura 9.1
Una rosquilla, o toro, y sus primos de varias asas.

Hay una
familia
de vibraciones de energía mínima de las cuerdas asociada con cada
agujero
en la porción de Calabi-Yau del espacio. Debido a que las partículas elementales de esta familia deben corresponder a los modelos oscilatorios de energía mínima, la existencia de una multiplicidad de agujeros —algo así como los de la multirrosquilla— significa que los patrones de vibraciones de las cuerdas se encuadrarán en una multiplicidad de familias. Si la arrollada forma de Calabi-Yau tiene tres agujeros, entonces hallaremos tres familias de partículas elementales.
^[82]
Y por ende, la teoría de cuerdas afirma que la organización en familias observada experimentalmente, en vez de ser una característica inexplicable de origen aleatorio o divino, ¡es reflejo del número de agujeros que haya en la forma geométrica que cuenta con dimensiones adicionales! Éste es el tipo de resultado que hace que el corazón de un físico dé un vuelco.

Se podría pensar que el número de agujeros en esas dimensiones arrolladas a escala de la longitud de Planck —la cumbre de la física,
por excelencia
— ha hecho rodar ahora una piedra experimentalmente comprobable, llevándola hacia las energías accesibles. Después de todo, los físicos experimentalistas pueden determinar —de hecho, ya lo han determinado— el número de familias de partículas: 3. Por desgracia, el número de agujeros que están contenidos en cada una de las decenas de miles de formas conocidas de Calabi-Yau recorre una amplia gama de valores. Algunas formas tienen 3, pero otras tienen 4, 5, 25, etc. —algunas llegan a tener incluso 480 agujeros—.
El problema es que por ahora nadie sabe cómo deducir a partir de las ecuaciones de la teoría de cuerdas cuáles de las formas de Calabi-Yau constituyen las dimensiones espaciales adicionales
. Si pudiéramos descubrir el principio que permite seleccionar una forma de Calabi-Yau entre las numerosas posibilidades existentes, entonces, por supuesto, una piedra de la cumbre de la física caería al campo de los físicos experimentalistas. Si la forma concreta de Calabi-Yau seleccionada mediante las ecuaciones teóricas tuviera tres agujeros, habríamos hallado una posdicción importante de la teoría de cuerdas que explica una conocida característica del universo, que de otra forma resultaría ser un misterio total. Pero, el hallazgo del principio para elegir entre las formas de Calabi-Yau es un problema que hasta ahora sigue sin resolverse. Sin embargo —y ésta es la cuestión importante—, vemos que la teoría de cuerdas proporciona la posibilidad de dar respuesta a este misterio básico de la física de partículas, y esto en sí mismo ya es un progreso sustancial.

El número de familias no es sino una consecuencia experimental de la forma geométrica de las dimensiones adicionales. Por sus efectos sobre posibles patrones de vibraciones de cuerdas, otras consecuencias de las dimensiones adicionales son, entre otras, las propiedades detalladas de las partículas de las fuerzas y de la materia. Como ejemplo básico, los posteriores trabajos de Strominger y Witten demostraron que las masas de las partículas de cada familia dependen del modo en que interseccionen y se superpongan entre sí las fronteras de los distintos agujeros multidimensionales de la forma de Calabi-Yau. Es difícil visualizarlo, pero la idea es que cuando las cuerdas vibran a través de las dimensiones adicionales arrolladas, la disposición precisa de los distintos agujeros y el modo en que la forma de Calabi-Yau se repliega alrededor de ellos produce un impacto directo en los posibles patrones resonantes de vibración. Aunque los detalles son difíciles de seguir y no son realmente tan esenciales, lo importante es que, como en el caso del número de familias, la teoría de cuerdas es capaz de dotarnos de un marco en el que se pueda responder preguntas —tales como por qué el electrón y otras partículas tienen las masas que tienen— que en anteriores teorías estaban totalmente silenciadas. Sin embargo, una vez más, la realización de estos cálculos requiere que sepamos qué espacio de Calabi-Yau se ha de tomar para las dimensiones adicionales.