Un paseo por la teoría de cuerdas

DIALOGO CON GASTON GIRIBET, DOCTOR EN FISICA

La teoría de cuerdas es una de las propuestas para unir y compatibilizar la teoría de la relatividad y la cuántica. Sin embargo, tiene sus bemoles y está en discusión su valor experimental.

–Usted se dedica a...

–Teoría de cuerdas, pero más que nada a cualquier tema relacionado con gravedad en general y gravedad cuántica. Lo que nos interesa es entender la relación entre la Teoría de la Relatividad General (o sea, la gravedad) y la cuántica.
–¿En qué estamos en eso? –Desde hace como 90 años hay distintos intentos para compatibilizar las dos teorías, pero parecen ser aparentemente incompatibles en muchos aspectos. Esa incompatibilidad viene dada más por los intentos que han fracasado que por un verdadero entendimiento de la causa por la que son incompatibles. Por eso nos dedicamos a la teoría de cuerdas, que es para nosotros el más promisorio de los candidatos, el que se yergue como única propuesta acabada para unir la relatividad y la cuántica.
–Contemos un poco desde el principio. La gravedad es una fuerza diferente de las demás, porque es geométrica, cosa que no pasa ni con el magnetismo, ni con la nuclear débil, ni con... –Exacto.
–Lo cual es bastante raro. –Sí. El hecho de que la gravedad es geométrica, al punto de ser la mismísima forma del espacio-tiempo, constituye una dificultad conceptual seria. Hacer una mecánica cuántica de la gravedad significaría entender a escalas cuánticas el mismo espacio-tiempo.
–Que podría ser granuloso... –Sí, probablemente lo sea. Hay diferentes propuestas.
–La teoría de cuerdas está muy cuestionada porque aparentemente no ofrece evidencia empírica para aceptarla o rechazarla. –Es cierto. Pero no obstante, a veces muchas críticas que se le hacen son desleales. Primero que no es cierto, estrictamente hablando, que la teoría no sirva para hacer predicciones. Además, se le pide a la teoría predicciones sobre escalas de energía que se sabe a priori que no se pueden experimentar. Por ejemplo, se le pide a la teoría que haga predicciones sobre la gravedad cuántica, que sabemos que va a ser importante en escalas de 10 a la menos trentaytantos centímetros, y sabemos de antemano que no podríamos experimentar a escalas tan pequeñas de distancia. No obstante, la teoría de cuerdas hace algún tipo de predicciones. No es la única que hace esas predicciones, pero las hace. Y particularmente, dos que resultan fundamentales: por un lado, la existencia de supersimetría (que predice que hay muchas más partículas elementales que las que conocemos y que cada compañero viene emparejado con otro supersimétrico por ser descubierto). Ese catálogo de partículas duplicado se desprende como predicción de la teoría de cuerdas: es algo que tiene que existir para que la teoría sea correcta. La teoría de cuerdas predice, por otro lado, que el universo tiene más dimensiones que las cuatro dimensiones espacio-temporales que experimentamos. De acuerdo con la teoría de cuerdas, el universo no tendría tres dimensiones espaciales y una temporal, sino nueve o quizá diez espaciales y una temporal. Esta es una predicción fuerte de la teoría de cuerdas, y manifestaciones de estas dimensiones que no son asequibles para nosotros sí podrían verse también en aceleradores de partículas. Entonces tampoco es estrictamente cierto que la teoría no hace predicciones. Lo que sí es cierto es que las predicciones que hace todavía no fueron observadas.
–¿Puede hacer una síntesis de la teoría? –Antes de la teoría de cuerdas, en lo que conocemos con el nombre de Teoría Estándar, la materia está constituida por partículas y las fuerzas están mediadas por esas partículas. Hay básicamente dos tipos de partículas: están los bosones, que serían los representantes de las fuerzas, y los fermiones, que son los representantes de la materia propiamente dicha. La teoría de cuerdas hace un salto cualitativo al proponer que los últimos constituyentes de la materia no son partículas, sino pequeñas cuerdas, como si fueran banditas elásticas, que vibran debido a que tienen una tensión. Tenemos que pensar que son muy pequeñas y por eso nos cuesta diferenciarlas de partículas: de hecho, creemos que esa es la causa de que las teorías de partículas, hasta ciertas energías, funcionen muy bien. Pero todas las partículas distintas que conocemos, según la teoría de cuerdas, no serían más que diferentes modos de vibración del mismo ente fundamental: la cuerda. En este sentido, es por un lado una visión renovadora de la visión microscópica que tenemos del mundo, pero también es una visión unificada. Todas las partículas, las treintaytantas que conocemos, serían diferentes modos de comportamiento del mismo ente.
–¿Qué tipo de objeto es una cuerda? –Serían como pequeñas cuerdas sin ningún espesor, con una sola dimensión: el largo. Son infinitamente delgadas, que medirían aproximadamente 10 a la menos treintaytantos metros y que se moverían en un espacio-tiempo en el cual nosotros sólo vemos tres dimensiones espaciales. Esas cuerdas son libres de moverse en ese espacio-tiempo y en dimensiones que no son accesibles a nuestras energías cotidianas. Son objetos bastante sorprendentes.
–¿Tienen masa? –No necesariamente, porque entendemos a la masa como la resistencia de un objeto a moverse cuando se le aplica una fuerza. Esa masa, entendida como un fenómeno efectivo, dependería de cómo esté oscilando la cuerda. Una cuerda que vibra muy rápidamente tiene más masa que la misma cuerda vibrando lentamente.
–Pero la masa también tiene una relación con la materia, ¿no? –Bueno, es que la masa que vemos en la materia vendría dada no por una masa intrínseca de la cuerda, sino por una masa de esas cuerdas que constituyen la materia que vendría dada por el hecho de estar vibrando o enroscada de distintas formas. Las diferentes formas en que se enrosca esta cuerda se expresan, a veces, macroscópicamente, como que las cuerdas que constituyen esa materia tienen masa.
–Una cosa de una sola dimensión tiene medida y volumen cero... –Tiene sólo longitud, sí. En ese sentido son sorprendentes, pero no más que las partículas. Nosotros convivimos con la idea de que el mundo está formado por partículas puntuales que tienen medida cero.
–Un neutrón... –No es una partícula fundamental. Los tres quarks que lo constituyen tienen medida cero.
–¿No se supone que tienen volumen? –No. Según la teoría fundamental, no. Según la teoría de cuerdas, son en realidad cuerdas que tienen longitud. El objeto en sí es cerodimensional.
–El objeto en sí... mmmm... –Es un poco escurridizo el concepto. Lo mismo pasa con las cuerdas: así como el electrón es un objeto puntual pero cuya descripción requiere cierto concepto de volumen dado por la función de onda que da la probabilidad donde está, a la cuerda le pasa lo mismo. Si bien es un objeto infinitamente delgado y tiene longitud, la versión cuántica de la teoría de cuerdas genera cierto volumen efectivo.
–En cierta forma, yo creo que siempre se puede armar una construcción matemática que dé cuenta de lo que uno observa. Pienso en el sistema de Tolomeo, por ejemplo. ¿Usted cree en la realidad concreta de estas cuerdas? –Yo creo que varias predicciones de la teoría podrían ser ciertas, pero no creo que la versión que hoy conocemos de ella sea la versión acabada y definitiva que describe la gravedad a nivel cuántico. Pero sí encuentro posible que, por ejemplo, la predicción de dimensiones extras en el mundo sea cierta. No obstante, no deja de ser un acto de fe, y uno tiene que seguir investigando y someter estas creencias a embate crítico.
–Toda teoría es un modelo de la realidad, pero hay un cierto compromiso ontológico. Uno puede describir mediante epiciclos el movimiento de Saturno, pero no cree que los epiciclos existan como entidades. ¿Cuál es tu compromiso ontológico con la teoría de cuerdas? –Si yo tuviese que buscar una respuesta a esa pregunta, debería hurgar en las razones por las cuales me inclino a creer en esta teoría y no en otra. La razón fundamental es que creo que la teoría de cuerdas, a diferencia de otras teorías, es la que más fidedignamente representa a la Teoría de la Relatividad General.
–Pero ésa es una respuesta instrumental. Yo, por ejemplo, creo que los electrones existen y no son una ficción matemática, creo que hay una partícula existente. Ese es mi compromiso ontológico. –Yo tomaría un punto de vista más positivista, más pragmático. Es más o menos la postura que uno tomaría ante la cuántica: no importa el compromiso ontológico.
–¿Pero qué cree usted? Porque diciendo que es un modelo todo se arregla fácil... –Detrás de toda teoría hay un costado estético, sobre todo cuando al no poder hacer experimentos, uno debe jugar con la misma consistencia lógica de la teoría, con experimentos imaginarios. Yo no tengo una razón concreta para creer que las cuerdas en sí son los objetos que describen microscópicamente las fuerzas y la materia, pero la forma estética y natural en la cual funciona la teoría me convence de que no está en su versión acabada, pero hay algo en ella que puede ser correcto. Quizá no sean cuerdas, quizá sean objetos con más dimensiones, pero seguro que algo de la teoría va a estar atrás. Lo que me mueve a investigar esta teoría no es que la forma de estas cuerdas sea hoy la correcta, pero algo intuitivo me da a entender que del gran catálogo de herramientas matemáticas que se construyen para entender el mundo, ésta es una teoría útil. Uno puede tomar la teoría de cuerdas como una gran generadora de ideas físicas y matemáticas, y estoy seguro de que alguna de ellas servirá para dar forma a la que sea la teoría final. Así y todo, no tengo un compromiso a ultranza.
–¿Y qué inconveniente le ve a la teoría? –Ha demostrado gran éxito para describir algunos fenómenos como la termodinámica de los agujeros negros y muchos otros fenómenos interesantes. Pero dado que la teoría es matemáticamente complejísima, sólo podemos hacer predicciones de modelos idealizados con una gran cantidad de simetría, que si bien (y afortunadamente) remedan esos sistemas físicos que encontramos en la naturaleza, no son extremadamente iguales. Hacer ese salto desde los modelos idealizados a modelos más realistas es una tarea que difícilmente se logre en el corto plazo.