Teoría de cuerdas, ¿ciencia o pseudociencia?

Teoría de cuerdas, ¿ciencia o pseudociencia? Imagen superior: Steve Corey, CC

El gran problema de la ciencia moderna desde mediados del siglo XX ha sido cómo dar coherencia a las dos grandes teorías vigentes y aparentemente incompatibles que explican el universo: la relatividad, que describe los objetos más grandes del cosmos, y la mecánica cuántica, que explica el mundo sub-atómico.

Mientras que la teoría de la relatividad describe el funcionamiento de la gravedad, la mecánica cuántica hace coherentes las fuerzas electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte. Pero no sabe qué hacer con la fuerza gravitatoria. Le sobra.

Si se realiza una regresión en la historia de nuestro universo, aproximándose paulatinamente al momento del Big Bang, es decir, si se imagina un proceso de implosión donde el tamaño se contrae, las distancias se acortan y aumenta la temperatura, se llegaría a un punto donde las influencias de ambas teorías se encontrarían una frente a la otra, provocando la gran debacle. Sería como tener dos códigos de circulación completamente diferentes para un mismo territorio. Aunque esto es algo que ya ocurre en las situaciones más extremas de la cosmología, como el estudio de los agujeros negros.

Es indispensable, por lo tanto, crear un código común. El modelo estándar de la física tiene diferentes alternativas. Una de ellas es la teoría de cuerdas, que muchos consideran la mejor candidata a ser la teoría del Todo, aquella que ha de superar las contradicciones entre física cuántica y Relatividad.

Según la teoría de cuerdas, la base de la materia no son las partículas, sino unos filamentos muchísimo más pequeños que vibran de diferentes maneras. Cada una de esas vibraciones será la clave para que aparezca una partícula determinada.

En términos sencillos, se puede resumir el dilema como sigue: el modelo estándar de la física, al describir la realidad más elemental mediante partículas y sus incesantes interacciones, se topa con un mundo inestable, desequilibrado e incoherente; al transformar dichas partículas en cuerdas, el mundo sub-atómico mantiene la vibración de que hace gala en los experimentos, pero ya no hay inestabilidad, sino una superficie más tranquila formada por hilos vibratorios donde la fuerza de la gravedad también encuentra su sitio.

Unas ecuaciones de Euler, uno de los grandes matemáticos del s. XVIII, fueron el punto de partida para el nacimiento de la teoría de cuerdas: en 1968, el físico italiano Gabriele Veneziano descubrió que aquella fórmula, que hasta entonces se había considerado una curiosidad matemática, describía la fuerza nuclear fuerte descubierta unos decenios atrás.

Posteriormente, el estadounidense Leonard Susskind pudo ir más allá y propuso que la ecuación de Euler hacía referencia a “algo” vibrante que se comportaba como un hilo elástico que se estiraba, se contraía y ondeaba.

Durante algunos años, la teoría de cuerdas no avanzó, debido a que sufría muchas anomalías matemáticas que impedían su concordancia. Había, además, dos grandes problemas al abordar este modelo: uno, exigía la existencia de una partícula sin masa, que se dio en llamar “taquión”, que no sólo era hipotética sino indetectable en cualquier experimento; y dos, hacía falta la existencia de diez dimensiones. Y esto, qué duda cabe, la hacía muy poco atractiva para la ciencia del momento.

Imagen superior: John Schwarz, CC

Con todo, algunos se empeñaron en resolver aquel entuerto. En 1973, John Schwarz descubrió que la partícula sin masa permitía explicar la fuerza de la gravedad en el terreno cuántico. Se la denominó, así, “gravitón”.

En los años 80, surgieron cinco variantes de la teoría de cuerdas. Esto no habría sido demasiado problemático de no ser por un detalle: todas ellas resultaron ser igual de válidas. Por lo tanto, había que asumir que una de ellas describiría nuestro universo pero, entonces, ¿qué “otros” universos describían las cuatro restantes?

Este fue el gran rompecabezas a resolver durante años hasta que, en 1995, uno de los físicos y matemáticos más relevantes de hoy, Ed Witten, presentó su solución al enigma: no había cinco teorías diferentes, sino que, en realidad, eran cinco enfoques sobre un mismo concepto, como si estuviéramos en una habitación cubierta de espejos que reflejaran el mismo objeto desde diferentes perspectivas.

La solución de Witten se llamó teoría M. Y la teoría M aportaba cambios: el más importante, que existen 11 dimensiones. La dimensión añadida a las diez de las que se venía hablando permitía que las cuerdas se estiraran para formar una especie de membranas, las cuales podrían tener tres o más dimensiones. Con la energía suficiente, alguna de ellas podría alcanzar tamaños tan grandes como para albergar nuestro universo.

Es decir, que podríamos estar viviendo dentro de una membrana, algo así como si estuviéramos en una rebanada sacada de una barra de pan, y cada rebanada de dicha barra sería un universo paralelo. Entonces, la siguiente pregunta sería: ¿estaríamos atrapados o sería posible acceder al resto de rebanadas?

La teoría M cree que la respuesta está en la gravedad. Esta fuerza siempre ha sido un problema para los científicos, debido a que su debilidad es tan manifiesta respecto a las otras fuerzas del universo que tanta diferencia ha traído de cabeza a la ciencia. El nuevo enfoque cambiaba la perspectiva del problema: ¿realmente es tan débil o, sencillamente, aparenta serlo?

La teoría M dice que hay dos formas de cuerdas. Todo lo que forma el universo se compone de cuerdas abiertas, cuyos extremos están adheridos a la membrana tridimensional que lo contiene. Pero también existen unas cuerdas cerradas, y una de sus variedades es el gravitón. Al formar un círculo cerrado, esta cuerda no está atada a la membrana y es libre para escapar hacia las otras dimensiones. Esto diluye la fuerza de la gravedad, haciéndola así parecer más débil que el resto de fuerzas.

La gravedad sería, por tanto, la forma de contacto entre todas las dimensiones existentes. Esta es, por cierto, la idea sobre la que se elaboró el guion de Interstellar, una de las mejores películas de ciencia ficción de los últimos tiempos –precisamente porque todo lo que en ella aparece está justificado por argumentos científicos.

La teoría M ofrece también una explicación al origen del Big Bang. Algunos defensores de la teoría sugieren que no hubo un inicio: el Big Bang sería el resultado de un choque entre dos membranas, y tal acontecimiento no sería único, sino que se repetiría innumerables veces de manera impredecible.

Ahora bien, ¿cómo demostrar la existencia de otras dimensiones y membranas? A pesar de que una gran mayoría la considera pseudocientífica bajo el argumento de que no es falsable, sus defensores afirman que quienes así piensan se equivocan en la interpretación de la falsabilidad.

Desde la perspectiva de la actual física teórica, el cosmólogo Sean Carroll considera que el método científico, tal y como se lo concibe habitualmente, es demasiado simple para que siga siendo válido. El falsacionismo, dice, ha sido malinterpretado. Karl Popper lo postuló como una manera de distinguir la investigación científica de la no científica, pero eso “no significa que aquello para lo que no puedes demostrar una falsedad sea falso”.

Hay teorías que se antojan muy firmes para las cuales aún no han sido desarrollados los métodos de falsación, pero sería una insensatez descartarlas por un motivo que es ajeno a la verdad de la teoría, surgido de la incapacidad temporal de los seres humanos para exponerla experimentalmente.

Es el caso del multiverso o las dimensiones múltiples de que habla la teoría de cuerdas, por ejemplo. “En mi opinión”, dice Carroll, “si le pudieras preguntar a Karl Popper sobre ello, te diría que éstas teorías son perfectamente científicas”.

No parece serio, por tanto, que se dejen de lado tales ideas porque no es posible demostrar empíricamente la existencia del multiverso o porque no se han desarrollado los dispositivos para generar la suficiente energía con que acceder al nivel de las cuerdas.

La idea no es nueva. Ya Albert Einstein sabía de esto, y presumía de no necesitar confirmaciones experimentales para su teoría de la relatividad, en su seguridad de que las matemáticas no se equivocaban. Durante un tiempo se rechazó la relatividad porque se consideraba que no podía ser demostrada empíricamente. Cuando Arthur Eddington ideó la manera de probar uno de los aspectos de la teoría, la desviación de la luz de las estrellas a causa de la masa solar, aprovechando el eclipse de 1919, los periodistas le preguntaron si estaba nervioso por conocer qué deparaba el experimento. Einstein dijo que en absoluto, pues sabía que el resultado iba a ser inevitablemente positivo.

Con todo, hay aspectos de la teoría de cuerdas que sí podrían ser demostrados en laboratorio. Así, se predice que las cuerdas pueden ser alteradas aplicando una cierta cantidad de energía. Ésta depende del radio de las dimensiones extra; a menor radio, más energía. El escenario más probable requiere aplicar 1019 GeV.

El inconveniente es que la energía máxima que es capaz de producir el ser humano a día de hoy es de unos 104 GeV. Ello ocurre en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN donde, año tras año, se descubren estructuras cada vez más elementales de la materia.

Si, por otra parte, las dimensiones extra fuesen más grandes, la teoría prevé, debido a un incremento de la fuerza de gravedad, la aparición de minúsculos agujeros negros que sí podrían ser detectados por el colisionador de hadrones.

También sería posible detectar gravitones. El gran logro para la teoría de cuerdas sería, después de este descubrimiento, observar el momento preciso en que el gravitón, de repente, desaparece. Porque, si la Teoría M es correcta, el gravitón debe desvanecerse al pasar a otra dimensión.

Aunque la confirmación de que existen dimensiones extra tampoco sería una prueba definitiva de que la teoría de cuerdas es correcta. Sin embargo, el hallazgo daría el golpe de gracia al actual paradigma.

El modelo estándar falla cuando se trata de describir lo que pasa en el nivel de los quarks y gluones, que son la base de la materia según la cromodinámica cuántica, donde existe el modelo de cuerda cromodinámica, o de Lund, esencial para explicar las interacciones de gluones del modelo estándar. Pero no aporta nada a los intentos por unir la gravedad con el resto de fuerzas elementales.

La teoría de cuerdas, por su parte, ofrece métodos de cálculo que se ajustan mejor a ese ámbito de la realidad. Y, de hecho, se emplean en algunos experimentos del LHC. Y, aunque a día de hoy la teoría de cuerdas sólo se considera válida como método de cálculo, es posible que la superación de las contradicciones entre la Relatividad y la mecánica cuántica pase por trascenderlas en la visión de un universo como “sinfonía” donde cada vibración de cuerda origina un pedazo realidad.

Quién sabe, puede que la ciencia del futuro nos devuelva a la sabiduría de los antiguos, en una versión revisada de esa milenaria teoría que ha sido –¿y es?— la armonía de las esferas.

Copyright del artículo © Rafael García del Valle. Reservados todos los derechos.

Rafael García del Valle

Rafael García del Valle es licenciado en Filología Hispánica por la Universidad de Salamanca. En sus artículos, publicados principalmente en su blog Erraticario, nos ofrece el resultado de una tarea apasionante: investigar, al amparo de la literatura científica, los misterios de la inteligencia y del universo.

Esa labor de investigación le lleva a conocer y comprender el desarrollo de la Tercera Cultura, que establece puentes entre las ciencias y las humanidades.

García del Valle escribe alternando el rigor de un científico y la curiosidad de un viajero –tras varios años de trabajo en Irlanda e Inglaterra, regresó a España, donde sobrevivió como cocinero durante algunos años–. Sin embargo, por encima de todo, el suyo es el punto de vista de un divulgador.

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