¿Existe una teoría de todo?

El Santo Grial de la física, la gran esperanza de los físicos teóricos, es encontrar una teoría que explique la existencia de todas las partículas y las fuerzas del universo, y su mejor apuesta es la teoría de cuerdas.

 

La relatividad general y la mecánica cuántica son los dos grandes logros de la física del siglo XX. Pero como dice Juan Martín Maldacena, un físico argentino del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, “la mecánica cuántica y la gravedad son dos teorías que no se llevan bien”. Y es que nadie sabía cómo encajarlas. Hasta que a mediados de los 1980 se produjo una gran revolución: los físicos teóricos estaban convencidos que habían dado con la Teoría de Todo. Acababa de entrar en juego la archipopularizada teoría de cuerdas.

Nacida a finales de la década de 1960 de manos del italiano Gabriele Veneciano como un intento de explicación de la fuerza fuerte (la que mantiene unido el núcleo atómico), fue rápidamente olvidada en el cajón de las ideas poco útiles de la física. Pero entre 1984 y 1985 se descubrió que era una teoría consistente para describir las cuatro fuerzas de la naturaleza como el producto de unos misteriosos objetos unidimensionales, las cuerdas. Aunque más bien habría que hablar teorías, pues entonces había 5 en funcionamiento con formulaciones diferentes. En 1995 llegó una segunda revolución al demostrarse que esas teorías no eran más que diferentes aspectos de una única, bautizada como Teoría M: es como si estuviéramos ante un puzzle del que no conocemos cuál es su aspecto completo, solo tenemos cinco piezas y no sabemos dónde están las otras.

En 1997 el argentino Juan Maldacena formuló una conjetura, hoy famosa, que dio forma al principio holográfico de Gerard t’Hooft y Leonard Susskind: toda la información contenida en un volumen del espacio se puede representar con una teoría que vive en la superficie de ese volumen. Dicho de otro modo, podemos saber lo que ocurre en el interior de una habitación creando una teoría que sólo tenga en cuenta lo que sucede en las paredes. Maldacena construyó el primer ejemplo explícito de este principio en forma de conjetura detallada y que se cree que es una característica de la gravedad cuántica. Con ello el argentino se convirtió en uno de los físicos mejor pagados del momento.

En el fondo, la idea básica de la teoría de cuerdas es muy simple. Todo el universo está hecho de hebras de energía inimaginablemente pequeñas llamadas cuerdas, y del mismo modo que las cuerdas de un violín proporcionan una sorprendente variedad de notas, cada partícula subatómica nace de uno de los modos de vibración de una única cuerda. Lo que las ha hecho tan atractivas es que parece contener en su interior una teoría de la gravedad que reconcilia la incompatibilidad entre la relatividad general y la mecánica cuántica. Sin embargo, tiene algunos importantes problemas de difícil solución, entre ellos que predice que vivimos en un mundo de 10 dimensiones –9 espaciales y 1 temporal–. Para justificar que no veamos 6 de ellas –nuestro universo observable tiene tres espaciales y una temporal– postulan que se encuentran “enroscadas” sobre sí mismas. Por eso dicen los teóricos que nuestro universo observable es una “hoja” –brana– de 4 dimensiones embebida en un universo de 10 dimensiones.

Sin embargo, hay físicos que piensan que las cuerdas son puras especulaciones; otros son más directos y dicen que es una pérdida de tiempo. Sheldon Glashow, premio Nobel de Física por su trabajo en la unificación de las fuerzas electromagnética y nuclear débil –responsable de algunas desintegraciones subatómicas–, dijo de las cuerdas: “ningún experimento puede jamás confirmar lo qué está pasando. La teoría siempre está a salvo. ¿Es eso una teoría física o una filosofía?”. Este pionero en la búsqueda de una teoría unificada incide en el mayor problema que tiene la teoría de cuerdas: la comprobación experimental de sus predicciones. Ningún acelerador de partículas puede alcanzar las energías necesarias para plantear experimentos con los que verificar la teoría.

Uno de los grandes críticos de la teoría de cuerdas es Peter Woit. Recuerda que todo el debate sobre las cuerdas se parece al que hubo entre dos gigantes de la física de principios del siglo XX: Heisenberg y Pauli. Heisenberg decía que, salvo por unos detalles, tenía una maravillosa teoría de unificación de las fuerzas de la naturaleza. Pauli impartió un seminario en el que parodiando la teoría de su amigo, comenzó dibujando un gran rectángulo blanco y añadió: “Esto es para mostrar que puedo pintar como Tiziano. Sólo he omitido los detalles”. Si nadie sabe cómo es realmente la teoría de cuerdas “su belleza es la misma que la pintura de Pauli”, apostilla Woit.

La esperanza es lo último que se pierde, y a pesar de la sequía de ideas que asola la teoría de cuerdas desde mediados de los años 1990, se sigue creyendo que vamos a poder encontrar una teoría completa de la gravedad que funcione tanto a escala de galaxias como del núcleo atómico. El problema es que estamos ante una fuerza esquiva cuya existencia plantea tres preguntas incómodas de las que desconocemos su respuesta: ¿Por qué solo es atractiva? Es la única de la cuatro fuerzas elementales que no es también repulsiva. ¿Por qué no se puede apantallar? Al contrario que sucede con el resto, no podemos construir una dispositivo que la elimine del entorno. ¿Por qué es tan débil? La única respuesta a este enigma es asumir que realmente vivimos en un universo de 10 dimensiones: la gravedad es la única fuerza que se "reparte" por todas ellas y por eso solo vemos una pequeña fracción de toda su "potencia".

¿Es la teoría de cuerdas la respuesta? A pesar de que a finales del siglo XX se vendía como la panacea "explicalotodo", hoy cada vez son menos los que opinan que sea la teoría correcta; como mucho, es una aproximación. Hace casi dos décadas César Gómez, que por entonces era director del Instituto de Física Teórica de Madrid, dijo: “La teoría de cuerdas lleva 25 años entre nosotros y no sabemos muy bien qué es”. Hoy seguimos prácticamente en el mismo punto y seguimos sin saber si la física será capaz de encontrar una Teoría de Todo. Si es que existe.

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

Continúa leyendo