cuerdas

La Educación en cierto sentido, es el saber de los saberes. Es la búsqueda del conocimiento a través del conocimiento mismo. De alguna manera, el aprender nos conduce a enseñar lo que sabemos y el enseñar nos permite probar cuánto sabemos; representando geométricamente esta idea esencial del concepto Educación, diríamos que es una recta expandiéndose al infinito en una dimensión y dos orientaciones simultáneas, dos sentidos que se extienden sin excluirse, y que al avanzar en descripción y alcance extienden sus fronteras y delinean el horizonte para las dos acciones al unísono, en virtud a que sus resonancias estimulan sin cesar el amplio espectro de conocimientos que encuentra a su paso.
Enseñar en una primera acepción es mostrar, mostrar lo que hemos encontrado en nuestro recorrido por el universo que ha crecido tanto en las inconmensurables distancias del espacio exterior como en las infinitésimas aproximaciones del micro y el nanomundo, adonde hemos enviado nuestras sondas exploratorias para captar información, para llevar nuestro “tacto electrónico” al contacto con lo desconocido, aquello que alguna vez pudimos “ver” con otros ojos, los propios pero alimentados de otra conciencia, o con la ausencia de ella, desprevenidos ante un suceso cercano que pasó desapercibido a nuestros sentidos.
De alguna forma reproducimos la manera ancestral en la cual conocemos la realidad que nos circunda, nos vinculamos a ella a través de nuestras sensaciones para luego “relatar” nuestra experiencia, haciendo representaciones abstractas del objeto de estudio, en la búsqueda de un mapa operativo que nos revele sus funciones; las actividades que más satisfacciones nos brindan son la exploración y la creación; el hallazgo y la invención nos producen “alegría” en el intelecto; hay una pequeña fiesta en nuestro ser cuando descubrimos algo nuevo que no conocíamos, alguna respuesta a un problema que no resolvíamos; cuando nuestro cosmos nos muestra una faceta que ignorábamos de él, nuestro espíritu toma champaña, celebra con burbujas de saber esa “novedad” que ha aparecido en medio de una circunstancia al azar, donde quizás no habíamos proyectado conseguirla. De alguna manera, el “sistema orgánico de conocimiento” que somos los humanos, experimenta gozo, satisfacción, al “comunicarse” con el objeto de estudio y “conocer” atributos y características del mismo; de tal manera que celebramos “la comunicación” del “ser” y el “objeto” en una profundidad como no la habíamos percibido antes.
¿Qué origina tan extraña y a la vez tan común sensación del “nuevo” conocimiento? ¿No son tan “inanimadas” las cosas que nos rodean? la respuesta a estas interrogantes, las encontramos quizás en la recién formulada Teoría de las Supercuerdas, candidata número uno de las ciencias físicas hacia la obtención de la Teoría Unificada que tanto desveló a Einstein y que tanto ocupa al cerebro más privilegiado de la Tierra, el del físico británico Stephen Hawkings, heredero en Cambridge de la cátedra que en su momento regentara Newton. Según esta teoría, existe un fenómeno que es común tanto a la materia orgánica como a la inorgánica: se trata de su capacidad para emitir vibraciones; estas vibraciones, estas ondas, denominadas “cuerdas “, son el medio a través del cual se transfiere la información en el universo.
Aquí surge una maravillosa idea que nos invita a reflexionar sobre la grandeza de este hecho: las respuestas siempre han estado con nosotros, al lado de nuestras preguntas y las soluciones al lado de los problemas; son dos continentes del mismo contenido indisolublemente vinculados. Encontrar a una es toparse con la otra y, en una desconcertante ley que supera nuestro entendimiento, el efecto percibido retroinforma a su causa y la cambia, la modifica, hace evidente la mutación que revela su metamorfosis. De tal manera que en una maravillosa dialéctica fenomenológica que desborda el entendimiento de las teorías cognitivas tradicionales, causa y efecto transmutan sus locaciones en lo que pareciera evidenciar un relativismo conceptual que trastoca la visión determinística de los valores de verdad de la lógica sobre la cual hemos fundamentado la creación de nuestra visión más acuciosa, la electrónica digital, a través de los circuitos booleanos.
Así que los problemas aún no resueltos, entre ellos enfermedades como el cáncer, el sida y otras de naturaleza viral o bacteriológica, pudieran encontrar solución en el terreno de la comunicación, en virtud a que todos los entes y objetos inanimados manejan un “pentagrama” de vibraciones a través de las cuales se comunican con el exterior. Sería a través de la “inteligencia” de pseudoestímulos estratégicos, como podríamos enfocar problemas como los señalados. De alguna manera, desde el punto de vista de la salud, la bioquímica y la fisiolología nos han enseñado cómo las funciones de los órganos vitales se realizan en respuesta a ciertos estímulos enzimáticos que codifican y decodifican las “señales de comunicación” que son emitidas y recibidas, en todo caso transferidas e intercambiadas entre los entes involucrados.
En su esencia, la Educación es la Comunicación del Saber. Ambas instancias, el Saber en sí mismo y la Comunicación como proceso para el entendimiento y comprensión de los fenómenos bajo estudio, constituyen el objeto del Ser Educativo.
Para educar es preciso “estar “; conocer cuáles son las particularidades de lo que se enseña, pero por sobre todo, cual es nuestra relación con aquello que se nos enseña. Lo menos aprendido es lo menos practicado, lo menos ensayado. No es posible comprender bien la naturaleza de las cosas si no tenemos la capacidad para el aprendizaje múltiple que se desprende de las emisiones de las cuerdas a través de las cuales “viajan” los paquetes de información cuya transmisión y tratamiento manifiesta la existencia del objeto.
(*) Rector de la Universidad Bicentenaria de Aragua

El Principio Holográfico y la Teoría M

A ellos, les digo, la verdad no sería literalmente nada más que las sombras de las imágenes.

-Platón, La República (Libro VII)

La Holografía a través de las eras

Platón, el gran filósofo Griego, escribió una serie de “Diálogos” en los que resumió muchas de las cosas que había aprendido de su maestro, el filósofo Sócrates. Uno de los más famosos de estos Diálogos es la “Alegoría de la Caverna”. En esta alegoría, la gente está encadenada en una caverna por lo que solo pueden ver las sombras que se proyectan en los muros de la caverna por el fuego. Para esta gente, las sombras representan la totalidad de su existencia – para ellos es imposible imaginar una realidad que consista en otra cosa que no sean difusas sombras en el muro.

Sin embargo, algunos prisioneros podrían escapar de la cueva; salir a la luz del sol y contemplar la verdadera realidad. Cuando intentaran volver a la caverna y contar la verdad a los otros cautivos, serían tachados de locos.

Por supuesto, para Platón esta historia solo simbolizaba la lucha de la humanidad por alcanzar la luz y el conocimiento a través del razonamiento y la mentalidad abierta. Inicialmente todos nosotros somos prisioneros y el mundo tangible es nuestra caverna. Así como algunos prisioneros pueden escapar a la luz del sol, alguna gente puede acumular conocimiento y ascender en la luz de la verdadera realidad.

Lo que es igualmente interesante es la interpretación literal del cuento de Platón: La idea de que la realidad podría ser representada completamente como “sombras” en los muros.

El Principio Holográfico y la Física Moderna

En 1993 el famoso físico teórico alemán G. ‘t Hooft presentó una audaz propuesta que recuerda a la Alegoría de la Caverna de Platón. Esta propuesta, que es conocida como Principio Holográfico, consta de dos afirmaciones básicas:

Afirmación 1: La primera afirmación del Principio Holográfico es que toda la información contenida en alguna región del espacio puede ser representada como un “Holograma” – una teoría que “vive” en los límites de esta región. Por ejemplo, si la región del espacio en cuestión es la sala de té del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica, entonces el principio holográfico afirma que toda la física que tiene lugar en la sala puede ser representada por una teoría que está definida en los muros de la sala.

Afirmación 2: La segunda afirmación del Principio Holográfico es que la teoría en los límites de la región del espacio en cuestión debería contener como mucho un grado más de libertad por área de Planck.

Un área de Planck es el área encerrada por un pequeño cuadrado que tiene una longitud de lado igual a la longitud de Planck, una unidad básica de longitud que normalmente se denota como Lp la longitud de Planck es una unidad fundamental de medida, ya que es el parámetro con las dimensiones de longitud que puede ser construido a partir de las constantes básicas G (constante de Newton para la fuerza de las interacciones gravitatorias), h (constante de Planck para la mecánica cuántica), y c (la velocidad de la luz).Un rápido cálculo revela que Lp es efectivamente muy pequeño:

Lp = 1,6 x 10-33 centímetros

Para mucha gente, el Principio Holográfico resulta extraño y en contra de la intuición: ¿Cómo podría toda la física que tiene lugar en una habitación ser equivalente a alguna física definida en los muros de la habitación?. ¿Podría, en realidad, toda la información contenida en tu cuerpo estar representada por tu “sombra”? .

¿El hombre refleja su sombra, o la sombra se refleja a sí misma?

De hecho, el modo en que el Principio Holográfico aparece en la Teoría M es mucho más delicado. En la Teoría M nosotros somos las sombras del muro. La “habitación” es algo mayor, un espacio-tiempo de cinco dimensiones y nuestro mundo de cuatro dimensiones es solo el límite de este espacio mayor. Si intentamos movernos fuera del muro, nos estamos moviendo en una dimensión extra del espacio – una quinta dimensión. De hecho, la gente ha estado recientemente intentando pensar formas en las que podríamos “probar” experimentalmente esta quinta dimensión.

En el corazón de muchas de estas excitantes ideas hay una versión del Principio Holográfico conocido como correspondencia adS/CFT.

¿Eres TÚ un holograma?. La Teoría M y la correspondencia adS/CFT

La correspondencia adS/CFT es un tipo de dualidad, que afirma que dos teorías físicas aparentemente distintas son en realidad equivalentes. En un lado de esta dualidad está la física de la gravedad en un espacio-tiempo conocido como espacio anti-de Sitter (adS). El espacio de cinco dimensiones anti-de Sitter tiene un límite con cuatro dimensiones, y en cierto límite parece un espacio-tiempo plano con una dirección temporal y tres espaciales. La correspondencia adS/CFT afirma que la física de la gravedad en un espacio anti-de Sitter de cinco dimensiones, es equivalente a cierta Teoría supersimétrica de Yang-Mills que está definida en los límites de adS. Esta Teoría de Yang-Mills es de esta forma un “holograma” de la física que tiene lugar en cinco dimensiones. La Teoría de Yang-Mills tiene un grupo gauge SU(N), donde N es muy grande, y se dice que es supersimétrico porque tiene una simetría que permite intercambiar bosones y fermiones. La esperanza es que esta teoría nos enseñará finalmente algo sobre la QCD (quantum chromodynamics o cromodinámica cuántica), que es una teoría con un grupo gauge SU(3). La QCD describe interacciones entre quarks. Sin embargo, la QCD tiene mucha menos simetría que la teoría definida en la frontera de adS; por ejemplo, la QCD no tiene supersimetría. Además, aún no sabemos cómo incorporar una propiedad crucial de la QCD, conocida como libertad asintótica.

Aquí en el Departamento de Matemática Aplicada y Física Teórica, hemos estado trabajando para ver si la correspondencia adS/CFT puede ser generalizada. Trabajando con colaboradores en lugares tan alejados como Estados Unidos, Canadá, y Durham, hemos conseguido demostrar que la dualidad se mantiene aún incluso cuando se sustituye adS por un espacio de cinco dimensiones espacio-temporales más complejo. En particular, hemos calculado lo que sucede cuando colocas una carga eléctrica en adS, o rotación de adS, o incluso lo que sucede cuando colocas una cierta carga exótica conocida como “carga-NUT” en adS.

El Universo Líquido insinúa las cuerdas

Física en Acción: Junio de 2005

Investigadores del RHIC han descubierto nuevas evidencias convincentes de un plasma de quark-gluón. Pero parece más un líquido perfecto que un gas, lo cual podría tener implicaciones para la teoría de cuerdas

Durante los últimos cinco años, los físicos del Colisionador de Iones Relativamente Pesados (RHIC) en el Laboratorio Nacional Brookhaven en los Estados Unidos han estado produciendo las mayores temperaturas de la Tierra colisionando núcleos de oro entre sí a enormes energías. Su propósito era recrear las condiciones extremas que se piensa que existieron durante los primeros 10 microsegundos del Universo, junto antes de que se enfriase lo suficiente para que se creasen los quarks y los gluones en el Big Bang para combinarse y formar los protones y neutrones que crean el mundo que nos rodea.

Los cuatro experimentos del RHIC, incluyendo el experimento STAR en la imagen, han mostrado la evidencia más convincente hasta la fecha de que un plasma de quark-gluón se forma en colisiones entre núcleos de oro. Imagen: Brookhaven National Laboratory.
La posibilidad de crear tal “plasma de quark-gluón” ha atormentado a los investigadores ya que las pruebas circunstanciales de tal estado se vieron en el CERN en 2000. Pero esos resultados no eran concluyentes ya que el plasma existió solo de forma efímera. Se asumió que las elevadas energías disponibles en el RHIC permitirían estudiar en detalle el plasma de quark-gluón, y hace dos años los físicos del colisionador dijeron que habían llegado más cerca que nunca antes a crear el nuevo y exótico estado de la materia (ver “The RHIC gold rush” Physics World Junio de 2003 pp31-35).

Ahora, cuatro experimentos en los que colaboraron RHIC - STAR, PHENIX, PHOBOS y BRAHMS – han encontrado la prueba más convincente hasta la fecha de la creación de un plasma de quark-gluón. Pero en lugar de comportarse como un gas de quarks libres, antiquarks y gluones, como se esperaba, las calientes gotitas se comportan más como un líquido. De hecho, los resultados de RHIC sugieren que podría ser el líquido más perfecto jamás creado (www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/docs/Hunting-the-QGP.pdf; Nucl. Phys.).

Pero el aspecto realmente intrigante del resultado – presentado en el encuentro de abril de la Sociedad Física Americana en Tampa, Florida – es que por primera vez se menciona a la Teoría de Cuerdas en el anuncio de un experimento importante.

Líquido Perfecto

La existencia del plasma de quark-gluón es predicha por la Cromodinámica Cuántica (QCD), la Teoría de la interacción fuerte. En QCD, los protones y neutrones son tratados como estados límites de los quarks, los cuales se mantienen unidos por el intercambio de gluones. A distancias mucho menores del tamaño de un protón o un neutrón (unos 10-15 m), los quarks y gluones se comportan como partículas libres. Sin embargo, cuando la distancia entre dos quarks aumenta la fuerza entre ellos se hace muy fuerte.

Cuando colisionan dos núcleos descentrados, la región caliente de las partículas que se produce tiene la forma de una almendra que se expande preferentemente a lo largo de la dirección donde la almendra es más delgada. A partir de esto, los investigadores pueden inferir la fuerza de las interacciones entre las partículas y determinar si el nuevo estado de la materia se comporta como un líquido o como un gas.
A bajas energías o temperaturas los quarks y gluones tienden a unirse en cúmulos que contienen tres quarks (tal como los protones y neutrones), o un quark y un antiquark (tal como los piones y kaones). Sin embargo, a energías por encima de los 1013 K la distancia media entre las partículas se hace tan pequeña que la materia se comporta como un gas ideal de quarks y gluones libres.

Incluso antes de que comenzara el RHIC, la mayoría de nosotros anticipábamos que sería difícil indicar una señal definitiva de la formación de un plasma de quark-gluón. Aunque la energía de colisión del RHIC (200 GeV por núcleo) es unas 10 veces mayor que la usada en el CERN, la mayor parte de esta energía acaba en los distintos residuos de los núcleos de oro, dejando solo una pequeña fracción para hacer el trabajo útil de crear el nuevo estado. Además, debido a que el plasma necesita tiempo para expandirse, la mayor parte de las partículas que se detectan provienen en efecto de las últimas fases de la colisión, cuando el plasma se ha enfriado sustancialmente. Sin embargo, midiendo el número total de partículas producidas, y también sus energías, es posible estudiar de forma indirecta el estado inicial creado por las colisiones de oro.

Como indican muchas medidas del RHIC, este sistema no es simplemente una interacción débil de gas de quarks y gluones. En lugar de esto, el estado súper-caliente parece estar fuertemente acoplado, lo cual complica las cosas considerablemente. Dado que se pueden hacer muy pocos cálculos fiables en el régimen de acoplamiento fuerte, los investigadores no pueden estar absolutamente seguros de que se ha creado un plasma de quark-gluón.

Lo que se puede ver ciertamente, sin embargo, es que el nuevo estado RHIC se comporta como si fuese una gotita de un líquido perfecto – es decir un fluido con una viscosidad casi cero. Un sistema de quark-gluón débilmente acoplado, por otra parte, tendría una alta viscosidad. Esta conclusión se alcanzó estudiando eventos en los que los núcleos de oro experimentan colisiones inclinadas en lugar de frontales, lo cual da como resultado una región caliente inicial con forma de almendra en lugar de un círculo. Un líquido perfecto que inicialmente llenara tal región se expandiría en su mayor parte a lo largo de la dimensión más pequeña de la almendra, ya que la presión cambia más rápido en esta dirección. Un gas de partículas libres, por contra, se expandiría uniformemente en todas las direcciones.

En el escenario de un líquido perfecto el momento típico de la generación de partículas depende además fuertemente de su dirección, mientras que en un escenario de gas es independiente de la dirección. Entre estos dos estados se encuentra el fluido no perfecto (es decir con una viscosidad no cero, como el agua). Usando modelos hidrodinámicos, los teóricos han sido capaces de reproducir la asimetría de los espectros observados, lo que técnicamente se conoce como flujo elíptico, asumiendo que el fluido tiene una viscosidad cero o muy pequeña.

Conexión con las Cuerdas

Pero, ¿qué tiene todo esto que ver con la teoría de cuerdas?. Al contrario que la QCD y otras teorías de campo cuántico, la Teoría de Cuerdas trata todas las partículas como diminutas cuerdas vibrantes. Esto también proporciona un interesante marco de trabajo para unificar las cuatro fuerzas de la naturaleza, incluyendo la gravedad, aunque una de las posibles pegas de la Teoría de Cuerdas es que requiere seis dimensiones espaciales extra además de las tres que ya conocemos.

En 1997 Juan Maldacena, entonces en la Universidad de Harvard, revolucionó nuestra comprensión de la Teoría de Campo Cuántico Fuertemente Acoplado proponiendo un ejemplo concreto de dos teorías, aparentemente no relacionadas, que podían, de hecho, describir el mismo sistema. Una de estas teorías vive en las cuatro dimensiones habituales del espacio-tiempo y es similar a la QCD; la otra teoría es un tipo de Teoría de Cuerdas que vive en un espacio curvado de 10 dimensiones. La relación entre ambas teorías parte del hecho que las Teorías similares a la QCD viven en una “membrana” que está inmersa en un espacio de dimensiones superiores.

Extraordinariamente, cuando las partículas de la teoría de 4D interactúan fuertemente con otras partículas, tales como interacciones entre quarks a largas distancias, la Teoría de Cuerdas equivalente se vuelve simple y puede resolverlas de forma exacta. La conjetura de Maldacena, hasta aquí, nos permite calcular observaciones en régimen de acoplamiento fuerte donde ningún método anterior había funcionado. El problema de esta nueva aproximación es que solo puede usarse para una pequeña clase de teorías que están fuertemente acopladas en todas las distancias. Y este grupo desafortunadamente no incluye la QCD, que está débilmente acoplada en distancias pequeñas.

En este reducido grupo de teorías, el plasma caliente de la teoría de 4D corresponde a un agujero negro en la descripción equivalente en 10D, la cual encaja bastante bien con la predicción de Stephen Hawking de que un agujero negro tiene temperatura. Además, existe una relación directa entre las vibraciones en el plasma, como ondas de sonido, y las vibraciones del horizonte de un agujero negro. Por ejemplo, cuando un objeto se deja caer en el agujero negro de 10D, el dibujo equivalente en 4D es una región caliente y expansiva que se disuelve en un plasma. Usando dichas equivalencias, distintos teóricos, incluyendo el presente autor, han deducido que si tal plasma fuese real, sería un líquido casi perfecto.

La hipótesis de Maldacena no se aplica a QCD, no obstante, la viscosidad del plasma real de quark-gluón no puede ser calculado a través de la Teoría de Cuerdas. Esto hace que el anuncio de RHIC de que la viscosidad del plasma es comparable a los valores encontrados en los cálculos de la Teoría de Cuerdas sea incluso más sorprendente. Si esto es cierto, el plasma de quark-gluón creado en el RHIC podría ser el fluido más perfecto de la naturaleza. Esto es en sí mismo un hecho interesante, pero también podría indicar que la Teoría de Cuerdas tiene alguna relación con la QCD. Sin embargo primero necesitamos más evidencias cuantitativas desde RHIC, como un límite superior de la viscosidad.

De forma coincidente, los investigadores están actualmente trabajando en el régimen de acoplamiento fuerte en un campo completamente distinto de la física: los gases atómicos ultrafríos. El acoplamiento fuerte entre los átomos de estos sistemas puede lograrse mediante el ajuste detallado de un campo magnético externo. Observando la oscilación de los gases en la trampa, los investigadores han descubierto que las oscilaciones son más duraderas cuando el acoplamiento es mayor, indicando que la viscosidad de tales gases es menor en el régimen de acoplamiento fuerte. En la búsqueda del fluido más perfecto, parece que los físicos de los iones pesados tendrán una dura competición

Algunos físicos creen que la teoría de cuerdas puede unificar las fuerzas de la naturaleza.

Las partículas fundamentales del universo identificadas por los físicos –electrones, neutrinos, quarks, y demás - son las “letras” de toda la materia. Al igual

La teoría de cuerdas proclama otra cosa. De acuerdo con ella, si pudiéramos examinar estas partículas con aún mayor precisión – una precisión muchos órdenes de magnitud mayor de la presente capacidad tecnológica - podríamos encontrar que cada una no es puntual, sino que consiste en un pequeño bucle unidimensional. Como una bada de goma infinitamente fina, cada partícula contiene un filamento vibrante, oscilante, danzante que los físicos han llamado cuerda.

En la imagen, ilustramos esta idea básica de la teoría de cuerdas comenzando con un trozo ordinario de materia, una manzana, y magnificando sucesivamente su estructura para revelar sus ingredientes a las más pequeñas escalas. La teoría de cuerdas suma la nueva capa microscópica de un bucle vibrante a la anteriormente conocida progresión de átomos, pasando por protones, neutrones, electrones, y quarks.

Aunque de ninguna manera es obvio, esta sencilla sustitución de los constituyentes de la materia como partícula puntual por cuerdas, resuelve la incompatibilidad entre la mecánica cuántica y la relatividad general que, tal y como están formuladas en la actualidad, no pueden ser correctas simultaneamente. De este modo, la teoría de cuerdas desenreda el nudo Gordiano central de la física contemporánea. Es un tremendo logro, pero esto es sólo parte de la razón por la que la teoría de cuerdas ha generado tanta expectación.

Campo de sueños

En los días de Einstein, aún no se habían descubierto las fuerzas débiles y fuertes, pero él encontró la existencia de dos fuerzas distintas – la gravedad y el electromagnetismo - profundamente preocupantes. Einstein no aceptaba que la naturaleza se fundamentase en un diseño extravagante. Esto impulsó su viaje de 30 años en busca de la llamada teoría del campo unificado, que él esperaba que demostraría que estas dos fuerzas son realmente manifestaciones de un gran principio subyacente. Esta búsqueda quijotesca aisló a Einstein de la corriente principal de física, que, como es comprensible, estaba mucho más interesada en investigar el recién estrenado marco de la física cuántica. A comienzos de la década de los 40, Einstein escribió a un amigo: “Me he convertido en un viejo al que se conoce principalmente por no usar calcetines y a quien se exhibe como una curiosidad en las ocasiones especiales”.

Para hacerse una idea de lo verdaderamente pequeñas que son las cuerdas,
vea Sentido de Escala.

Einstein estaba simplemente adelantado a su tiempo. Más de medio siglo después, su sueño de una teoría unificada se ha convertido en el Santo Grial de los físicos modernos. Y una parte importante de la comunidad física y matemática está cada vez más convencida de que la teoría de cuerdas puede proporcionar la respuesta. Desde un simple principio – que todo, a su nivel más microscópico consiste en combinaciones de hilos vibrantes - la teoría de cuerdas proporciona un marco explicativo simple, capaz de abarcar todas las fuerzas y toda la materia.

La teoría de cuerdas proclama, por ejemplo, que las propiedades de la partícula observada – esto es, las diferentes masas y otras propiedades tanto de las partículas fundamentales como de las partículas de fuerza asociadas a las cuatro fuerzas de la naturaleza (las fuerzas nucleares fuerte y débil, el electromagnetismo y la gravedad) - son un reflejo de las diversas formas en las que una cuerda puede vibrar. Al igual que las cuerdas en un violín o en un piano tienen frecuencias de resonancia en las que prefieren vibrar –patrones que nuestro oído siente como las distintas notas musicales y sus más altas armonías - lo mismo sucede para los bucles de la teoría de cuerdas. Pero más que producir notas musicales, cada una de las masas preferidas y de las cargas de fuerza están determinadas por el patrón oscilatorio de la cuerda. El electrón es una cuerda vibrando de una forma, el quark “arriba” (up) es una cuerda vibrando de otra forma, y así sucesivamente.

Lejos de ser una colección de hechos experimentales caóticos, las propiedades de la partícula en la teoría de cuerdas son la manifestación de una misma propiedad física: los patrones de resonancia de la vibración – la música, digamos - de los bucles fundamentales de la cuerda. La misma idea se aplica igualmente a las fuerzas de la naturaleza. Las partículas de fuerza están también asociadas a patrones particulares de vibración de la cuerda y por tanto todas, toda la materia y todas las fuerzas, está unificadas bajo la misma rúbrica de las oscilaciones microscópicas de la cuerda – las “notas” que las cuerdas pueden tocar.

Partículas elementales e Imágenes de impactos

Una teoría para terminar con las teorías

Por primera vez en la historia de la física tenemos un marco con la capacidad de explicar cada característica fundamental sobre las que está construido el universo. Por este motivo a veces se decribe a la teoría de cuerdas como la posible “teoría del todo” (theory of everything”, T.O.E.) o bien la teoría “última” o “final”. Estos términos tan grandiosos se proponen para significar la teoría de la física más profunda posible – una teoría que es la base de todas las otras, una que no requiere y ni siquiera permite una base explicativa más profunda.

En la práctica, muchos teóricos de las cuerdas toman un acercamiento más práctico y piensan en una teoría del todo en el sentido más limitado de una teoría que puede explicar las propiedades de las partículas fundamentales y las propiedades de las fuerzas por las que interactúan e influyen unas en otras. Un reduccionista leal alegaría que no hay ninguna limitación, y que en principio, absolutamente todo, desde el big bang hasta las ilusiones, pueden describirse en términos de procesos físicos microscópicos esenciales que implican a los constituyentes fundamentales de la materia. Si entiendes todo lo relativo a los ingredientes, argumenta el reduccionista, lo entiendes todo.

La filosofía reduccionista enciende fácilmente acalorados debates. Muchos encuentran fatuo y francamente repugnante proclamar que las maravillas de la vida y del universo son simples reflejos de partículas microscópicas enredadas en un baile insustancial y coreografiado por completo por las leyes de la física. ¿Será realmente que los sentimientos de alegría, dolor o aburrimiento no son más que reacciones químicas en el cerebro – reacciones entre moléculas y átomos que, aun más microscópicamente, son reacciones entre alguna de las partículas fundamentales, que son realmente solo cuerdas vibrantes?

En respuesta a esta línea crítica, el premio Nobel Steven Weinberg advierte en Sueños de una Teoría Final (Dreams of a Final Theory):

En el otro extremo del espectro están los oponentes al reduccionismo que están horrorizados por lo que ellos sienten que es la desolación de la ciencia moderna. En la medida en que ellos y su mundo pueden ser reducidos a materia de partículas o campos y sus interacciones, se sienten disminuidos por ese conocimiento… Yo no intentaría responder a estas críticas con una animada charla sobre las bellezas de la ciencia moderna. La visión del mundo del reduccionista es glacial e impersonal. Tiene que ser aceptada como es, no porque nos guste, sino porque ese es el modo en el que el mundo funciona

Algunos están de acuerdo con esta dura opinión, algunos no.

Otros han intentado argumentar que productos como la teoría del caos nos dice qué nuevos tipos de leyes entran en juego cuando el nivel de complejidad de un sistema crece. Comprender el comportamiento de un electrón o quark es una cosa; usar este conocimiento para comprender el comportamiento de un tornado es otra muy distinta. En este punto, la mayoría está de acuerdo. Pero las opiniones divergen sobre si los distintos y a veces inesperados fenómenos que pueden ocurrir en sistemas mas complejos que las partículas individuales, realmente representan nuevos principios físicos en funcionamiento, o si los principios implicados son derivados, dependientes, aunque de una forma terriblemente complicada, de los principios físicos que gobiernan el inmenso número de constituyentes elementales.

Mi propio sentimiento es que éstos no representan nuevas e independientes leyes físicas. Aunque sería difícil explicar las propiedades de un tornado en términos de la física de electrones y quarks, lo veo como un asunto de punto muerto en el cálculo, no como un indicador de la necesidad de nuevas leyes físicas. Pero de nuevo, hay algunos que no están de acuerdo con esta visión.

Un nuevo comienzo para la ciencia

Lo que es en gran parte incontestable, y es de importancia primaria para el viaje descrito en mi libro El Universo Elegante (The Elegant Universe), es que incluso si uno acepta el razonamiento discutible del crudo reduccionista, la teoría es una cosa y la práctica otra muy distinta. Casi todo el mundo está de acuerdo en que encontrar la Teoría del Todo no significaría en modo alguno que la sicología, biología, geología, química o incluso la física habrían sido resueltas o superadas en algún modo. El universo es un lugar tan maravillosamente rico y complejo que el descubrimiento de la teoría final, en el sentido que estamos describiendo aquí, no significaría el fin de la ciencia.

Muy al contrario: el descubrimiento de la Teoría del Todo –la última explicación del universo a su nivel más microscópico, una teoría que no depende de otra explicación más profunda — proporcionaría el fundamento más firme sobre el que construir nuestra comprensión del mundo. Su descubrimiento marcaría un principio, no un fin. La última teoría aportaría un pilar inamovible de coherencia para siempre, asegurándonos que el universo es un lugar comprensible.

Brian Greene es profesor de física y matemáticas en la Universidad de Columbia y un teórico reconocido de las cuerdas. Es autor de El Universo Elegante: Supercuerdas, Dimensiones ocultas, y La Búsqueda de la Teoría Última (Norton, 1999), del que este artículo fue adaptado con el amable permiso del editor.

Artículo de Brian Greene
Traducción de Francisco M. Pulido Pastor
Para:

Enlace: http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/everything.html

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Últimos 10 Comentarios
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Enviado por : Awipalu
09-Jun-2007 06:41 CET

Soy poeta, no científica y lo único que puedo decir con respecto a la teoría de las cuerdas es que se puede percibir esa música (o vibración) que nos compone en vez de racionalizarla tanto o hacer chocar electrones y pedazos de materia objetiva. Si solo nos diéramos cuenta por ejemplo, que el tono de la noche es muy distinto al de la mañana, o al de la tarde y el del amor al del odio, entonces llegaríamos a la fácil conclusión que Dios es apenas nuestro propio,íntimo y más simple sonido.

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Enviado por : Lilian de Bariloche
04-Jun-2007 06:04 CET

¡Hasta que no recordemos que somos DIOS, y que ése es el nombre que nos pusimos antes de fragmentarnos para comenzar la búsqueda del TESORO (llámese TESORO a DIOS, o sea nosotros mismos), la Creación seguirá siendo una paradoja..!

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Enviado por : Ulises
02-Jun-2007 17:05 CET

Importante es conocer el Universo en el cual habitamos, pero dado que la vida es tan corta, más valdría poner empeño en enseñar a las personas a vivir mejor, sin tanta competencia, resentimiento, odio y envidia.

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Enviado por : Especie Desconocida
06-May-2007 04:40 CET

Dios no existe…y si existiera,que seria lo diferente?

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Enviado por : victor bonilla
30-Abr-2007 19:36 CET

la simetria del universo es totalmente evidente y que no se dude que dentro de poco podremos predecir caulquier acontesimiento real por medio de una ecuación que no sea mas larga que la formula de la densidad-

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Enviado por : vlm
25-Abr-2007 01:03 CET

no ise mi tarea

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Enviado por : Ivan
24-Abr-2007 07:28 CET

Cuanto mas tiempo, por no decir vidas, gastan los cientificos en demostrar como funciona el mundo, mas ven la mano de Dios.
Guerras, bombas nucleares, bacteriologicas, terrorismo, hambre, enfermedades, que hace al hombre asi?, eso es lo que los cientificos deberian estudiar.

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Enviado por : Carlos
11-Abr-2007 23:17 CET

Es una teoría muy interesante, pero debe pasar la prueba de la verdad. Con un poco de trabajo desplazara la antigua teoría. Todo es vibración, el UNIVERSO ES DINAMICO. Excelente trabajo el de Brian Greene; continue con excelente trabajo. Pronto tendra la dicha de logralo.

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Enviado por : czar
16-Ene-2007 08:14 CET

filosofos y cientificos ahora concuerdan en un mismo punto. Ciencia y espiritualidad son las dos alas de un ave… Dios es un todo inexplicable que ha sido encasillado en una conseptualizacion; pero en realidadesta teoria pone fin a este debate que parecia no terminar… la esencia de todo es esa energia vibrante que es Dios mismo… y esto no es nada nuevo, solo resientemente comprobable.

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Enviado por : motoserra
06-Ene-2007 02:18 CET

nDEIMOS del que tenemos de cuidarnos de quien leemos , eres tu, vas de listo por decir que utiliza lo de las teorias GAuge, pero no tienes ni idea, hace más de 20 años que los fisicos más eminentes estudian con más o menos insistencia esta teoria, que despues feron 5..y finalmente se unificaron con la teoria M. A caso de que te crees que se trata la mecánica cuántica?…esta basada en demostrar esta teoria, la de cuerdas.Os recomiendo a los interesados descargaros del Emule los 3 documentales.

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Teoría M: La Madre de todas las Supercuerdas

Una Introducción a la Teoría M

Por Michio Kaku

Cada década más o menos, un impactante avance en la Teoría de Cuerdas envía ondas de choque hacia toda la comunidad de físicos teóricos, generando un febril flujo de artículos y actividad. Esta vez, las líneas de Internet arden igual que los artículos debido a lo publicado en el tablón de anuncios de Internet del Laboratorio Nacional de Los Álamos, el centro oficial para intercambio de información de artículos de supercuerdas. John Schwarz de Caltech, por ejemplo, ha estado dando conferencias por todo el mundo proclamando la “segunda revolución de las supercuerdas”. Edward Witten del Instituto para Estudios Avanzados en Princeton dio una detallada charla de 3 horas describiéndola. Las consecuencias del avance incluso sacuden a otras disciplinas como las matemáticas. El director del Instituto, el matemático Phillip Griffiths, dice, “La emoción que siento entre la gente de este campo y los avances de mi propio campo de las matemáticas… han sido en verdad muy notorias. Me siento un privilegiado por ser testigo de primera mano”.

Cumrun Vafa de Harvard ha dicho, “Estoy predispuesto hacia esta teoría, creo que es tal vez el desarrollo más importante no solo en la teoría de cuerdas, sino también en la física teórica al meno en las dos últimas décadas”. Lo que está disparando toda esta emoción es el descubrimiento de algo llamado “Teoría M”, una teoría que puede explicar el origen de las cuerdas. En solo un deslumbrante golpe, esta nueva Teoría M ha resuelto una serie de extraños misterios que llevaban mucho tiempo en la teoría de cuerdas y que la han perseguido desde sus inicios, dejando a muchos físicos teóricos (¡incluido yo mismo!) sin aliento. La Teoría M, además, puede incluso forzar a la Teoría de Cuerdas a cambiar su nombre. Aunque muchas de las características de la Teoría M son aún desconocidas, no parece ser una teoría de cuerdas pura. Michael Duff de Texas A & M está dando discursos con el título “¡La Teoría actualmente conocida como de Cuerdas!”. Los teóricos de las cuerdas se cuidan mucho de apuntar que esto no prueba la exactitud final de la teoría. De ninguna forma. Eso podría llevar más años o décadas. Pero esto marca un significativo avance que actualmente está reformando completamente este campo.

La Parábola del León

Einstein dijo una vez, “La Naturaleza nos muestra solo la cola del león. Pero no tengo duda de que pertenece al león incluso aunque no pueda revelarse en seguida debido a su enorme tamaño”. Einstein pasó los últimos 30 años de su vida buscando la “cola” que le llevaría hasta el “león”, la fabulosa Teoría de Campo Unificada o la “Teoría del Todo”, la cual uniría todas las fuerzas del Universo en una única ecuación. Las cuatro fuerzas (gravedad, electromagnetismo, y las fuerzas nucleares débil y fuerte) estarían unificadas en una ecuación tal vez de no más de una pulgada de longitud. Capturar el “león” podría ser el avance científico más importante en toda la física, el colofón a 2 000 años de investigación científica, desde que los griegos se preguntaron por primera vez de qué estaba hecho el mundo. Pero aunque Einstein fue el primero en salir en esta noble caza y rastrear las huellas dejadas por el león, en última instancia perdió el rastro y se desvió hacia la selva. Otros gigantes de la física del siglo XX, como Werner Heisenberg y Wolfgang Pauli, también se unieron a la caza. Pero todas las ideas sencillas se intentaron y demostraron ser incorrectas. Cuando Niels Bohr escuchó en una ocasión una conferencia de Pauli explicando su versión de la Teoría de Campo Unificada, Bohr se levantó y dijo, “Todos los del fondo estamos de acuerdo en que su teoría es una locura. ¡Pero estamos divididos sobre si su teoría es lo bastante loca!” .

Las huellas que llevan a la Teoría de Campo Unificada, de hecho, están cubiertas con los restos de expediciones y sueños fallidos. Hoy día, sin embargo, los físicos siguen un rastro diferente que podría ser lo “bastante loco” para llevar al león. Este nuevo rastro lleva a la Teoría de Supercuerdas, la cual es la mejor (y de hecho la única) candidata para una Teoría del Todo. Al contrario que sus rivales, ha sobrevivido a cada devastador reto matemático lanzado contra ella. No es sorprendente que la teoría sea un radical y “loco” envío del pasado, estando basada en diminutas cuerdas vibrando en un espacio tiempo de 10 dimensiones. Además, la teoría engulle fácilmente la Teoría de la Gravedad de Einstein. Witten ha dicho, “Al contrario que la Teoría de Campo Cuántico convencional, la Teoría de Cuerdas requiere la gravedad. Considero este hecho como uno de los mayores descubrimientos hechos nunca en la ciencia”. Pero hasta hace poco, había un punto débil manifiesto: los teóricos de las cuerdas habían sido incapaces de probar todas las soluciones del modelo, fallando miserablemente al examinar la llamada “región no perturbativa”, la cual describiré brevemente. Esto es de vital importancia, debido a que en última instancia nuestro Universo (con su maravillosa colección de diversas galaxias, estrellas, planetas, partículas subatómicas e incluso gente) podría caer en esta “región no perturbativa”. Hasta que esta región pueda ser probada, no sabremos si la Teoría de Cuerdas es una Teoría del Todo — ¡o una Teoría de Nada!. Esto es lo que hoy día provoca esta emoción. Por primera vez, usando una potente herramienta llamada “dualidad”, los físicos están investigando más allá de la cola, y por fin ven el contorno de un enorme e inesperadamente maravilloso león en el otro extremo. No sabiendo cómo llamarla, Witten le ha puesto el apodo de “Teoría M”. De un solo golpe, La Teoría M ha resuelto muchas de las embarazosas características de la teoría, tales como por qué tenemos 5 Teorías de Supercuerdas. Finalmente, podría resolver la preocupante cuestión de dónde vienen las cuerdas.

“Cerebros de Guisante” y la Madre de todas las Cuerdas

Einstein se preguntó en una ocasión si Dios tuvo alguna elección al crear el Universo. Quizás no, por lo que era bastante embarazoso para los teóricos de las cuerdas tener cinco cuerdas distintas consistentes, todas las cuales podían unir las dos teorías fundamentales de la física, la Teoría de la Gravedad y la Teoría Cuántica.

Cada una de estas teorías parecía ser completamente diferente de las demás. Estaban basadas en distintas simetrías, con nombres exóticos como E(8)xE(8) y O(32).

Aparte de esto, las supercuerdas, en cierto sentido, no son únicas: hay otras teorías que no son de cuerdas que contienen “supersimetría”, la clave de simetría matemática subyacente en las supercuerdas. (Cambiar luz por electrones y por lo tanto en gravedad es uno de los increíbles trucos efectuados por la supersimetría, la cual es la simetría que puede intercambiar partículas con spin semientero, como electrones y quarks, con partículas de spin entero, como fotones, gravitones y partículas W).

En 11 dimensiones, de hecho, hay superteorías alternativas basadas en membranas además de en partículas puntuales (llamadas supergravedad). En menores dimensiones, existe además un zoológico completo de superteorías basadas en membranas en distintas dimensiones. (Por ejemplo, las partículas puntuales son 0-branas, las cuerdas son 1-branas, las membranas son 2-branas, etcétera). Para el caso p-dimensional, algunos las han llamado p-branas (N del T:En inglés p-branas pronunciado “pea brains”. En Español cerebro de guisante). Pero debido a que trabajar con estas p-branas es increíblemente difícil, fueron consideradas durante mucho tiempo solo como una curiosidad histórica, un rastro que nos llevaba a un punto muerto. (Michael Duff, de hecho, ha coleccionado una lista completa de comentarios poco halagadores hechos por tribunales a su Fundación Nacional de Ciencia acerca de su trabajo en las p-branas. Uno de los comentarios más caritativos por parte de un tribunal fue: “Tiene una visión deformada de la importancia relativa de distintos conceptos en la física teórica moderna”.) Por lo que este era el misterio. ¿Por qué la supersimetría debería permitir 5 supercuerdas y esta peculiar y variada colección de p-branas?. Ahora nos damos cuenta que estas cuerdas, la supergravedad, y las p-branas son solo distintos aspectos de la misma teoría. La Teoría (M por “membrana” o por “madre de todas las cuerdas”, escoge la que más te guste) une las 5 supercuerdas en una teoría e incluye las p-branas también. Para ver cómo se une todo esto, retomemos la famosa parábola de los sabios ciegos y el elefante. Piensa en los ciegos sobre el rastro del león. Escuchándolo correr, salen en su persecución y desesperadamente agarran su cola (una 1-brana). Sosteniéndolo por la cola por su valiosa vida, sienten que es una forma unidimensional y ruidosamente y proclaman “¡Es una cuerda!, ¡Es una cuerda!”.

Pero entonces un ciego va más allá de la cola y agarra la oreja del león. Sintiendo una superficie bidimensional (una membrana), el ciego proclama, “¡No, en verdad es una 2-brana!”. Entonces otro ciego es capaz de agarrar la pata del león. Sintiendo un sólido tridimensional, grita, “No, ambos estáis equivocados. ¡En realidad es una 3-brana!”. En verdad, todos están en lo cierto. Tal como la cola, la oreja y la pata son distintas partes del mismo león, la cuerda y las distintas p-branas parecen ser distintos límites de la misma teoría: la Teoría M.

Paul Townsend de la Universidad de Cambridge, uno de los arquitectos de esta idea, la llama “democracia de p-branas”, es decir todas las p-branas (incluyendo las cuerdas) son creadas iguales. Schwarz puso un giro ligeramente distinto sobre esto. Dijo, “estamos en una situación Orwelliana: todas las p-branas son iguales, pero algunas (las cuerdas) son más iguales que otras. El punto es que solo hay unas en las que podemos basar la Teoría de la Perturbación”. Para comprender estos conceptos tan poco familiares como dualidad, Teoría de la Perturbación, soluciones no perturbativas, es instructivo ver cuándo entraron estos conceptos en la física.

Dualidad

La llave maestra para comprender este avance es algo llamado “dualidad”. Grosso modo, dos teorías son “duales” una de la otra si pueden demostrarse equivalentes bajo ciertos intercambios. El ejemplo más simple de dualidad es el papel inverso de la electricidad y el magnetismo en las ecuaciones descubiertas por James Clark Maxwell de la Universidad de Cambridge hace 130 años. Estas son las ecuaciones que gobiernan la luz, TV, Rayos-X, radares, dinamos, motores, transformadores, e incluso Internet y los ordenadores. La característica más importante de estas ecuaciones es que permanecen iguales si intercambiamos la B magnética y el campo eléctrico E y también cambiando la carga eléctrica e con la carga magnética g o un “monopolo magnético”: E <–> B y e <–> g (De hecho, el producto eg es una constante). Esto tiene importantes implicaciones. A menudo, cuando una teoría no puede resolverse de forma exacta, usamos un esquema de aproximación. En el Cálculo del primer curso, por ejemplo, recordamos que podemos aproximar ciertas funciones por la serie de Taylor. De forma similar, dado que e2 = 1/137 en ciertas unidades y es un número pequeño, podemos aproximar la teoría con el desarrollo de la serie en e2. Por tanto añadimos elementos de orden e2 + e4 + e6 etc. Para su solución, la colisión de dos partículas. Observa que cada elemento se vuelve más y más pequeño, por lo que en principio podemos sumarlos todos. Esta generalización de la serie de Taylor es llamada “Teoría de la Perturbación”, donde podemos perturbar un sistema con términos que contengan e2. Por ejemplo, en tiro con arco, la Teoría de la Perturbación es cómo dirigimos nuestras flechas. (Con cada movimiento de nuestros brazos, nuestro arco se alineará cada vez más cerca de la diana). Pero ahora intenta desarrollar en g2. Es mucho más complejo, de hecho, si desarrollamos en g2, que es grande, la suma g2 + g4 + g6 etc. crece y se vuelve sin sentido. Esta es la razón por la que una región “no perturbativa” es tan difícil de probar, debido a que la teoría simplemente crece si intentamos ingenuamente usar la Teoría de la Perturbación para continuos grandes pares de g. Por lo tanto al principio parece no tener esperanza el intentar penetrar en una región no perturbativa. (Por ejemplo, si cada movimiento de tus brazos se hiciese más y más grande, nunca podríamos hacerlo cero y hacer blanco con la flecha). Pero observa que debido a la dualidad, una teoría de un pequeño e (que es fácilmente solucionable) es idéntica a una teoría de una gran g (la cual es difícil de resolver). Pero dado que son la misma teoría, podemos usar la dualidad para resolver la región no perturbativa.

Dualidad S, T, y U

La primera noción de dualidad puede aplicarse en la Teoría de Cuerdas descubierta por K. Kikkawa y M. Yamasaki de la Universidad de Osaka en 1984. Demostraron que si “enroscas” una de las dimensiones extra en un círculo de radio R, la teoría era la misma que si enroscabas esta dimensión en un radio 1/R. Esta es la llamada dualidad T: R <–> 1/R. Cuando la aplicamos a distintas supercuerdas, se pueden reducir 5 de las Teorías de Cuerdas a solo 3. En 9 dimensiones (con una de las dimensiones enroscada) las cuerdas de tipo IIa y IIb son idénticas, como lo eran las cuerdas E(8)xE(8) y O(32).

Por desgracia, la dualidad T aún era una dualidad perturbativa. El siguiente avance vino cuando se demostró que había una Segunda clase de dualidad, llamada dualidad S, la cual proporciona una dualidad entre las regiones perturbativas y no perturbativas de la Teoría de Cuerdas. Otra dualidad, llamada dualidad U, era incluso más potente.

Entonces Nathan Seiberg y Witten demostraron de forma brillante cómo otra forma de dualidad podía resolver las regiones no perturbativas en teorías supersimétricas de cuatro dimensiones. Sin embargo, lo que por fin convenció a muchos científicos de la potencia de esta técnica fue el trabajo de Paul Townsend y Edward Witten. Tomaron a todo el mundo por sorpresa demostrando que ¡había una dualidad entre las cuerdas de tipo IIa en 10 dimensiones y la supergravedad en 11 dimensiones!. La región no perturbativa de cuerdas de tipo IIa, que previamente era una región prohibida, reveló estar gobernada por la Teoría de la Supergravedad de 11 dimensiones, con una dimensión enroscada. En este punto, recuerdo que muchos físicos (yo mismo incluido) nos frotábamos los ojos, sin poder creer lo que veíamos. Recuerdo que me decía a mí mismo, “¡Pero eso es imposible!”.

Todos estos cambios, nos hicieron darnos cuenta que tal vez la “casa” real de la Teoría de Cuerdas no eran 10 dimensiones, sino posiblemente 11, y que la teoría ¡no era fundamentalmente una Teoría de Cuerdas después de todo!. Esto reanimó un tremendo interés en las teorías de 11 dimensiones y las p-branas. Merodear por la undécima dimensión era una teoría completamente nueva que además podía reducir la supergravedad de dimensión 11 a la Teoría de Cuerdas de dimensión 10 y la Teoría de las p-branas.

Detractores de la Teoría de Cuerdas

Para los críticos, sin embargo, estos desarrollos matemáticos aún no dan respuesta a la insistente pregunta: ¿Cómo comprobarlo?. Dado que la Teoría de Cuerdas es en realidad una Teoría de la Creación, cuando todas sus maravillosas simetrías estén en toda su gloria, la única forma de comprobarla, se lamentan los críticos, es recrear el mismo Big Bang, lo cual es imposible. Al Premio Nobel Sheldon Glashow le gusta ridiculizar la Teoría de Supercuerdas comparándola con el pasado plan de la Guerra de las Galaxias del Presidente Reagan, es decir ambos son inestables, absorben recursos, y ambos desvían los cerebros de los mejores científicos.

En verdad, la mayoría de los teóricos de cuerdas piensan que estas críticas son simples. Creen que a los críticos se les ha escapado un detalle. El punto clave es este: Si la teoría puede ser resuelta de forma no perturbativa usando matemáticas puras, entonces debería poder reducirse a energías bajas a una teoría de protones, electrones, átomos y moléculas corrientes para lo cual existen abundantes datos experimentales. Si podemos resolver la teoría completamente, deberíamos ser capaces de extraer este espectro de baja energía, que debería encajar con las partículas habituales que vemos hoy día en el Modelo Estándar. De esta manera, el problema no es construir aceleradores de partículas de 1 000 años luz de diámetro; el verdadero problema es de simple capacidad mental: ser lo bastante inteligentes como para escribir la Teoría M, resolverla y asentarlo todo.

Desarrollo hacia atrás

Por lo tanto, ¿qué podríamos hacer para resolver por fin la teoría de una vez por todas y terminar con la especulación y los rumores?. Tenemos varias aproximaciones. La primera es la más directa: intentar derivar el Modelo Estándar de interacciones de partículas, con esa estrambótica colección de quarks, gluones, electrones, neutrinos, bosones Higgs, etc. etc. etc. (Debo admitir que aunque el Modelo Estándar es la teoría física de mayor éxito jamás propuesta, es también una de las más feas). Esto podríamos hacerlo enroscando 6 de las 10 dimensiones, dejándonos una teoría de 4 dimensiones que podría parecerse ligeramente al Modelo Estándar. Entonces intentar el uso de la dualidad y la Teoría M para probar esta región no perturbativa, mirando si las simetrías se rompen del modo adecuado, dándonos las masas correctas para los quarks y otras partículas del Modelo Estándar. La filosofía de Witten, sin embargo, es algo distinta. Él presiente que la clave para resolver la Teoría de Cuerdas es comprender el principio subyacente bajo la teoría.

Permíteme que lo explique. La Teoría de la Relatividad General de Einstein, por ejemplo, comenzó a partir de unos principios básicos. Einstein tuvo la “idea feliz de su vida” cuando se reclinó en su silla de la oficina de patentes de Berna y se dio cuenta que una persona en un ascensor que cayese no sentiría la gravedad. Aunque los físicos desde Galileo sabían esto, Einstein fue capaz de extraer de esto el Principio de Equivalencia. Esta aparentemente simple frase (las leyes de la física son indistinguibles localmente en un marco de aceleración o gravitación) llevó a Einstein a introducir una nueva simetría en la física, las transformaciones de coordenadas generales. Esto a su vez dio origen al Principio de Acción que hay bajo la Relatividad General, la Teoría de la Gravedad más hermosa y convincente. Sólo ahora intentamos cuantizar la teoría para hacerla compatible con las otras fuerzas. Por lo tanto la evolución de esta teoría puede resumirse como: Principio -> Simetría -> Acción -> Teoría Cuántica. De acuerdo con Witten, necesitamos descubrir el análogo al Principio de Equivalencia para la Teoría de Cuerdas. El problema fundamental ha sido que la Teoría de Cuerdas ha estado evolucionando “hacia atrás”. Como dijo Witten, “la Teoría de Cuerdas es física del siglo XXI que cayó en el siglo XX por accidente”. No estábamos “destinados” a ver esta teoría hasta el próximo siglo.

¿El final está a la vista?

Vafa recientemente añadió un extraño giro a todo esto cuando introdujo otra megateoría, esta vez una teoría de 12 dimensiones llamada Teoría F (N del T: F de “father”, padre en inglés) la cual explica la autodualidad de la cuerda IIb. (Por desgracia, esta teoría de 12 dimensiones es bastante extraña: tiene dos coordenadas temporales, no una, y de hecho viola la relatividad de 12 dimensiones. ¡Imagina intentar vivir en un mundo con dos tiempos!. Pondría en evidencia hasta a un episodio de la Dimensión Desconocida.N del T:Serie televisión estadounidense de los años 50 y 60 cuyo título original era “The Twilight Zone”.) ¿Entonces la teoría final es de 10, 11 o 12 dimensiones?.

Schwarz, por ejemplo, cree que la versión final de la Teoría M puede incluso no tener una dimensión fija. Piensa que la verdadera teoría puede ser independiente de cualquier dimensionalidad del espacio-tiempo, y que solo emergen 11 dimensiones una vez que se intenta resolver. Townsend parece estar de acuerdo cuando dice “la noción completa de dimensionalidad es una aproximación que solo emerge en algunos contextos semiclásicos”. Por lo tanto, ¿esto significa que el final está a la vista, que algún día cercano derivaremos el Modelo Estándar de sus principios básicos?. Hice esta pregunta a distintos personajes destacados de este campo. Aunque todos son partidarios entusiastas de esta revolución, aún mantienen la cautela sobre el futuro. Townsend cree que estamos en una etapa similar a la vieja era cuántica del modelo atómico de Bohr, justo antes de la completa aclaración de la Mecánica Cuántica. Dice, “Tenemos algunos dibujos provechosos y algunas reglas análogas a las reglas de cuantización de Bohr-Sommerfeld, pero está claro que no tenemos una teoría completa”.

Duff dice, “¿Es la Teoría M simplemente una Teoría de SuperMembranas y súper 5-branas que requiere alguna (aún desconocida) cuantización no perturbativa, o (como cree Witten) los grados de libertad subyacentes a la Teoría M están aún por descubrir?. Personalmente soy agnóstico sobre este punto”. Witten ciertamente cree que estamos en la pista adecuada, pero necesitamos algunas “revoluciones” más como esta para resolver de una vez por todas la teoría. “Pienso que aún hay un par más de revoluciones de supercuerdas en el futuro, como mínimo. Si podemos conseguir una revolución de supercuerdas más en esta década, creo que irá todo bien”, dice. Vafa dice, “Espero que esto sea la ‘luz al final del túnel’ pero ¡quién sabe cómo de largo es el túnel!”. Schwarz, además, ha escrito sobre la Teoría M: “Si está basada en algo geométrico (como supermembranas) o algo completamente diferente, aún no lo sabemos. En cualquier caso, encontrarlo podría ser un hito en la historia intelectual de la humanidad”.

Personalmente, soy optimista. Por primera vez, podemos ver el contorno del león, y su magnificencia. Algún día lo oiremos rugir.