Controversias de las Supercuerdas

MAS DE SUPERCUERDAS

Una de las primeras controversias sobre la teoría de supercuerdas en las discusiones entre físicos teóricos es aquella en las que se subrayan diferencias con el caso del modelo estándar (que explica la interacción de fuerzas y partículas) y sobre el cual la Física ha sido capaz de extraer predicciones contrastables en laboratorios, a diferencia en el marco de las supercuerdas que ello no ha sido posible, ya que no se han logrado hacer predicciones verificables con experimentos. Es decir, que todos los esfuerzos que se han gastado en su elaboración pueden acabar siendo un excelente ejercicio de especulación matemática. Claro que, de tener éxito, no sería ésta la primera vez que un descubrimiento puramente teórico en la ciencia de la Física acaba dando en el clavo y profundizando espectacularmente en el conocimiento de la naturaleza.

Uno de los problemas ligados a la teoría de supercuerdas, y que más resalta, es el que tiene que ver con la propia pequeñez de las cuerdas. Mientras más pequeño es algo, más difícil es de ver. Y estas supercuerdas son tan pequeñas que no hay esperanzas de hacer experimentos que nos puedan acercar a sus dimensiones. Sin experimentos no se pueden hacer comprobaciones de sus predicciones ni saber si son correctas o no. Exagerado, puede ser. Pero cada día se hace más insostenible su consideración apoyándola, tan sólo, con los fundamentos de un muy bien elaborado pensamiento experimental con el soporte de "bellas" ecuaciones matemáticas, o con algunas verificaciones experimentales que, para este caso, vienen a ser como indirectas, llámese Helio-3 y su superfluidez y algunos otros.

En esta teoría, hay problemas que se encuentran dentro de los enunciados de sus propios conceptos. Para desarrollar su formulación, es necesario apelar a diez dimensiones y, en algunos casos, se han llegado hasta un número de veintiséis: espacio (3), tiempo (1) y a ellas se le agregan seis más como mínimo, que parecen estar enroscadas e invisibles para nosotros. Por qué aparecieron estas dimensiones adicionales a las cuatro que nos son familiares y por qué se atrofiaron en algún momento, no lo sabemos. También, la teoría tiene decenas de miles de alternativas aparentemente posibles que no sabemos si son reales, si corresponden a miles de posibles Universos distintos, o si sólo hay una realmente posible. En algunas de sus versiones se predice la existencia de 496 fuerzones, partículas como el fotón, que transmiten la fuerza entre 16 diferentes tipos de carga como la carga eléctrica. Afirmaciones como éstas, no comprobables por la imposibilidad de hacer experimentos, son las que plagan a la teoría de una multiplicidad de cuerdas. Ahora, las explicaciones más frecuentes que se dan para lo anterior, es de que los problemas surgen porque esta teoría se adelantó a su tiempo y no existe aún la estructura matemática consistente para formularla adecuadamente.

En cosmología, las partículas exóticas no sólo hay que proponerlas, es necesario también comprobar su existencia en experimentos de laboratorio y/o en observaciones. La carencia de esa estructura matemática ha sido uno de los inconvenientes más serios conque se enfrentaba, y todavía lo es, la TSC, y ello radica en las dificultades que presenta para hacer cálculos detallados. Sin embargo, en los últimos años, en alguna medida, especialmente después de la reunión de físicos teóricos cuerdistas realizada en Madrid, en el año 1995, ello se ha venido soslayando, ya que a través de el desarrollo de un conjunto de nuevas herramientas se ha logrado superar, en parte, las limitaciones matemáticas de la teoría.

Esas herramientas son las dualidades, que vienen a ser como una especie, si se puede llamar así, de diccionario unificador que permite a los físicos «traducir» sus cálculos realizados en marcos teóricos asequibles a los modelos conocidos a marcos en que lo convencional no funciona. Es como si sabiendo calcular la electricidad y no el magnetismo, al descubrir que ambas fuerzas son dos caras de la misma moneda, se traducen las cantidades de una a otra, haciendo abordable el problema. Hasta ahora, ninguna propuesta de la teoría de supercuerdas ha podido ser contrastada con experiencias experimentales y, mucho menos, observacionales. Sus logros sólo han podido ser chequeados en los correspondientes archivos informáticos y pizarras de los departamentos de los matemáticos. Ellos han demostrado una serie de conjeturas matemáticas que surgen de manera natural de la TSC. Ahorabien, ello también ha implicado que se haya venido generando una coincidencia o relación entre distintas estructuras matemáticas, de las que ni se sospechaba su existencia y han servido de motor e inspiración para algunos matemáticos.

La interpretación de los cálculos que se realizan describe un objeto tan diminuto, como las supercuerdas, que querer imaginarlas es como querer imaginar un punto matemático; es imposible. Su calculada pequeñez las hace inimaginables para la gran mayoría de los humanos. Por hacernos una idea: la Tierra es 10^-20 veces más pequeña que el Universo y el núcleo atómico es 10^-20 veces más pequeño que la Tierra. Pues bien, una supercuerda es 10^-20 veces más pequeña que el núcleo atómico. Es indudable que se trata de una teorización matemática que expuesta al común de la gente se hace casi «indigerible» o poco realista. A los especialistas en Física teórica les pasa lo mismo. La Física que hoy se maneja se hace cada vez más distante de la generalidad de las personas, ya que no es tan sencilla como la de antaño; no sólo porque la descripción matemática de los fenómenos naturales se haya vuelto más complicada, sino porque resulta cada vez más difícil de imaginar. Esto se debe a que cada vez nos alejamos más y más de los objetos de nuestra experiencia cotidiana.

Con la teoría de supercuerdas se ha llegado a un punto de abstracción que, cuando nos zambullimos en su estudio y cálculos, se llega a un momento en que la cabeza parece estallar, no por asombro, sino que por las incertidumbres que llega a concitar. Se parte con esperanzas y en el camino afloran –no voy a decir frustraciones– sino una multiplicidad de inquietudes, ya que se va generando la sensación de que los resultados de los esfuerzos que se están realizando, nunca podrán ser comprobados. Es cierto que en los procesos de hacer ciencia no se ha establecido como requisito que las teorías que se elaboran deban ser comprobadas al momento: de ello los científicos, por formación, son muy conscientes. Pero la mera especulación intelectual, limitada para ser experimentada en el tiempo, tampoco es muy útil, ya que dejaría de ser considerada inserta dentro de los rangos de las exigencias consuetudinarias de lo que llamamos hacer ciencia.

Es aceptable considerar que aún la teoría de supercuerdas no ha alcanzado un desarrollo suficiente en el cual sus pronósticos puedan ser contrastados con experimentaciones en los actuales aceleradores de partículas. Los cálculos son "bellos", pero sumamente difíciles. En la TSC, se encuentran involucradas las fuerzas fuertes de una manera tal que, antes de comenzar, comúnmente ya se encuentra limitadas las actuales capacidades humanas para calcular. Hay importantes pasos a realizar para poder aprender cómo llegar a inferir cálculos predictibles y poder ser testeados experimentalmente.

Es posible que para algunos sea inadmisible que se encuentre en el tapete de las discusiones de Física teórica una teoría que todavía no precisa sus predicciones con una contractación experimental. Sin embargo, por las trayectorias que ya han experimentado las teorías de cuerdas, no reúnen aún los méritos como para ser consideradas acientíficas, o meros ejercicios de matemática abstracta. Por ahora, se puede señalar que parece ser que los físicos cuerdistas han ido más allá de los umbrales matemáticos aconsejables, con saltos de pasos que algún día deberán dar. En el mundo de la Física existen detractores de las supercuerdas de la talla de genios como la de Richard Feynman, quien acerca del trabajo de los teóricos de las supercuerdas, afirmaba en una entrevista poco antes de morir, en 1988: «No me gusta que no calculen nada, no me gusta que no comprueben sus ideas, no me gusta que, para cada cosa que está en desacuerdo con un experimento, cocinen una explicación, un arreglo para decir bueno, todavía podría ser verdad.»

La teoría de supercuerdas es relativamente joven aún y durante su existencia ha mostrado una alta propensión a ser enfermiza. Surgen problemas, y se la deja de lado; se solucionan los problemas y una avalancha de trabajos resucitan la esperanza. En sus cerca de treinta años de vida, este vaivén ha ocurrido más de una vez. Antes que Feynman hiciera los comentarios que anteriormente citáramos, ya había comentado de que él era un físico de bastante edad y que ello, a lo mejor, era la causa de su resistencia a las ideas nuevas como algunos de sus maestros se resistían ante los profundos cambios conceptuales registrados en la Física cuando él era joven. Las supercuerdas, dicen sus defensores, integrarían la Física actual como la teoría de la relatividad de Einstein integró la gravitación de Newton explicando que sólo era un caso (el de nuestra escala del Universo) de leyes más profundas y generales. Los matemáticos encuentran interesante esta teoría porque las dimensiones extra pueden tener geometrías muy complicadas y hay toda una rama matemática dedicada a explicar sus propiedades.

Por ahora, hay que observar el desarrollo de estas ideas teóricas cuerdistas como una consecuencia estética y grata en la consecución de una simple y definitiva teoría unificadora que reúna todos los requisitos necesarios para que pueda ser contrastada con pruebas experimentales. No sé si se ha llegado a un límite en que la abstracción matemática sea una ayuda o una pesadilla para los físicos. Se quiere simplificar las cosas y, al final, se hacen más incomprensibles y complejas. Ya convertimos la gravedad, la fuerza electromagnética y las fuerzas nuclear fuerte y débil en campos. La gravedad, que no sabemos qué es, pero que hace caer una piedra, ha pasado a ser algo mucho más abstracto que lo propuesto por Newton: un campo, una modificación de la estructura del espacio que nos rodea. Como nos movemos dentro de ese espacio, su estructura nos influye y nos hace actuar de cierta manera. Por eso caen la piedras, porque seguimos la forma del espacio.

Ya, para cualquier persona, el más simple nivel de abstracción parece que se trata de algo que es muy difícil de comprender. Pero ese sentimiento empeora cuando se pasa al siguiente nivel. Se trata de aquel que es considerado como los grandes almacenes de la Física teórica, el objeto de estudio son los grupos de simetría mediante los cuales se relacionan esos campos y las partículas. Recordemos que hay una simetría cuando se le hace algo a un objeto sin que este cambie. En el tercer nivel, se pasa a la interpretación de los grupos de simetría como estado de un espacio, no de tres dimensiones más el tiempo, sino de diez más una. Y en el cuarto, el máximo del nivel de abstracción, se encuentra el mundo donde vive el constituyente fundamental de la materia: las supercuerdas. Estos objetos definen, a través de su comportamiento, esos estados que provocan la aparición de los grupos de simetría, que a su vez relacionan la fuerza con la materia, y que al mismo tiempo explican la interacción de las partículas subatómicas y el comportamiento de los átomos.

Al final, se trata de explicar todo y, a su vez, complicar todo. Por ello, decir que una supercuerda es un diminuto objeto vibrante que cohabita en un espacio con más dimensiones de simetría peculiar que el conocido tetradimensional es, prácticamente, no decir nada. Hasta principios del año 2001, la premisa que se habían colocado los físicos de contar ya con una muy simple y gran teoría unificadora de las cuatro fuerzas, no se ha cumplido. Es posible que dentro del primer cuarto del siglo el intento culmine con un final feliz. Pero también es probable que no encontremos esa anhelada teoría, sino sólo una multiplicidad de teorías, cada vez más bellas y mejores.

Por ahora, lo cierto del caso es que, a pesar de algunas luces y pequeños éxitos, lo único firme y coherente es que el mundo se puede armar a partir de sesenta y dos objetos puntuales cuyo origen desconocemos. Si se alcanzara algún día el objetivo de obtener todas las partículas y sus propiedades a partir de principios de simetría o de alguna cuerda única, por ejemplo, habríamos encontrado un nuevo nivel donde se concentra lo más elemental. Ya no serían los átomos, ni tampoco las partículas puntuales mismas, sino las simetrías o la cuerda. ¿Habríamos terminado? Es más que probable que no, pues nos preguntaríamos entonces de dónde salen esas simetrías o esa cuerda, y su estudio en detalle nos mostraría que en realidad hay más complejidad que la que aparecía a simple vista. La historia (¡la sabia historia!) muestra que este es un cuento sin final, y parece que cada vez que simplificamos las cosas, nuevos niveles de complejidad aparecen como fantasmas que están siempre acechándonos a la vuelta de cada esquina.