Por siglos, los humanos hemos intentado darle explicaciones a los fenómenos del universo. No sólo los observamos y les damos valores cuantitativos a través de las ciencias duras: también creamos hipótesis sobre su comportamiento y los misterios que esconden. Una de las propuestas que buscan explicar cómo se podría viajar en el espacio-tiempo es la teoría de los agujeros de gusano.
Esta propuesta es una explicación teórica del viaje en el espacio-tiempo que no puede comprobarse aún. No ha sido posible conocer sobre alguno con la tecnología de observación espacial existente hasta ahora. Por otro lado, la ciencia todavía no cuenta con los elementos necesarios para crear un agujero de gusano y experimentar con él.
Desde los agujeros negros hasta el Big Bang, la ciencia ha buscado entender el espacio exterior. De acuerdo con las explicaciones que surgieron a partir de la Teoría General de la Relatividad de Einstein, un agujero de gusano puede ser un puente entre dos puntos distintos en el espacio o en el tiempo. Por tal motivo, algunos científicos consideran que podría conectar el presente con el pasado o el futuro.
De acuerdo con Einstein, el espacio es flexible y puede doblarse, torcerse y deformarse. Se ha planteado que el campo gravitatorio de dos cuerpos puede atraerlos entre sí desde dos puntos del espacio. Esto daría origen a un túnel que atravesara el espacio para conectarlos.
El agujero tendría un punto de partida y un punto de destino, sin embargo el trayecto es completamente desconocido. Las investigaciones predicen que atravesar un agujero de gusano implicaría la exposición sumamente alta a la radiación, colapso repentino y contacto peligroso con materia exótica.
A pesar de que la teoría de la relatividad sienta las bases para construir hipótesis sobre de los agujeros de gusano, ponerla en prueba es mucho más complicada.
Algunos modelos proponen el uso de algo conocido como materia exótica, un componente completamente distinto a la materia y la antimateria. La materia exótica se diferencia de estas dos porque no deforma el espacio de la misma forma, ya que no genera un campo gravitatorio.
Este tipo de materia es importante porque podría proveer de la fuerza necesaria para que un agujero de gusano se mantuviera abierto, pues éstos consumen tanta energía que cualquier alteración (como el paso de un cuerpo a través de ellos) podría cerrarlos. El problema con esta propuesta es que la materia exótica se encuentra fuera del alcance de la comprensión de la física contemporánea.
El debate sobre cómo funciona un agujero de gusano y qué pasaría si nos encontráramos con uno es muy amplio y ha hecho que los investigadores de la materia tomen posturas completamente opuestas. Mientras que algunos aseguran que los viajes en el tiempo podrían ser factibles gracias a estos agujeros, otros argumentan que sería imposible introducir materia en uno
Desde los primeros homínidos que miraron al cielo, hasta las revoluciones científicas de la actalidad, pasando por Ptolomeo, Copérnico, Kepler, Galileo y Newton, la historia de la Astronomía ha recorrido un largo camino, teniendo que atravesar una época oscura durante la Edad Media, propiciada por el enorme poder de La Iglesia, para la cual, solo la Biblia lo explicaba todo. Y lo que no estaba en ese libro era era herejía, por lo que sus autores podrían acabar en la hoguera.
Con un cerebro en proceso de formación, los primeros homínidos debieron
encontrarse a merced de las inclemencias del medio ambiente. Los
fenómenos naturales como la lluvia, la sequía, el frío o el calor
tuvieron que sembrar en su mente más miedo y temor por lo desconocido,
que admiración.
Es el Pleistoceno tardío y el Cro-Magnon se mueve en la Tierra. Muy poco
podemos intuir sobre el grado de conocimiento de la astronomía que
manejó la humanidad en esta etapa de su evolución.
El Paleolítico Superior, periodo de tiempo que va desde 40.000 a 10.000
años a.C.. se caracterizó por un conocimiento astronómico muy básico.
Son muy pocos los indicios que se han descubierto, pero el haber
dominado el fuego, trajo como consecuencia el desarrollo ulterior de la
humanidad.
De la última glaciación, la humanidad emerge con un conocimiento
primario que la va a permitir iniciar su desarrollo. Se atribuye a esta
era, el inicio del conocimiento astronómico de la humanidad: el hallazgo
de huesos tallados, mostrando secuencias de 28 o 29 puntos, es una
clara alusión a la medida de las lunaciones. De manera similar se han
encontrado labrados en piedra, de lo que se cree son representaciones
del Sol, la Luna y las estrellas.
La revolución neolítica
La mejora de sus herramientas de trabajo le permitió incrementar su
dieta alimenticia y por primera vez, la raza humana, mejor alimentada,
comienza a profundizar sus habilidades existenciales. Con el Neolítico,
adviene la agricultura y con ella la necesidad de precisar los mejores
momentos para realizarla. Se han descubierto asentamientos agrícolas que
ya existían en el año 9.000 a.C.. y pueblos organizados, como el de las
cercanías de Chatal Huyuk, al suroeste de Turquía, que en el año 6.500
a.C., que poseía casas de dos pisos que permitían alojar a unas veinte
personas.
El cultivo de la tierra trajo como consecuencia dos factores: necesidad de predecir los movimientos de los astros principales (el Sol y
la Luna) en el cielo y agotamiento de la fertilidad del suelo por la
monotonía del cultivo.
Predicción de los movimientos del Sol y la Luna.
Con el transcurrir del tiempo, la raza humana tuvo que vincular los
cambios climáticos con las posiciones del Sol en el cielo. Al repetirse
las temporadas de frío o calor, lluvia o sequía, debió preocuparse por
poder predecir sus instantes de ocurrencia: había nacido la astronomía
de posición.
Una de las regiones del planeta que se vio beneficiada con el fin de la
era glaciar, fue Mesopotamia. De hecho se piensa que esta zona del
planeta es el punto de partida de la civilización actual; ya que se ha
determinado influencia sumeria en las civilizaciones egipcias, hindú y
china.
Egipto. Los egipcios usaban un calendario basado en el ciclo anual de
365 días, seguramente desde el cuarto milenio antes de Cristo. El Nilo
empezaba su crecida anual al principio del año, en el momento en que la
estrella Sirio, tras haber sido invisible bajo el horizonte, podía verse
de nuevo poco antes de salir el Sol. Con el tiempo observaron que este
fenómeno se retrasaba, y de ahí se dedujo que la duración del año
era en realidad de 365,24 días. Esta diferencia se corrigió en 238 a.C.
cuando se agregó un día cada cuatro años, para compensar este retraso.
Herodoto, dice en sus Historias: "los egipcios fueron los primeros de
todos los hombres que descubrieron el año, y decían que lo hallaron a
partir de los astros".
Teorías precopernicanas
El Universo de las dos esferas. Una de las primeras y más sencillas
teorías astronómicas es el Universo de las dos esferas. Desde el S.IV
a.C. La mayoría de los pensadores y astrónomos griegos, creían que la
Tierra era una pequeña esfera inmóvil en el centro geométrico de otra
esfera en rotación de Oeste a Este, mucho más grande, que arrastraba con
ella a las estrellas. Más allá de esta enorme esfera no había nada, ni
espacio, ni materia. La insuficiencia más importante del modelo de las
dos esferas reside en el especial y aparentemente complicado movimiento
de los planetas. Eso convertía en poco probable la presunción que los
planetas se encontrasen situados en la esfera
exterior, de manera que los astrónomos griegos comenzaron a rellenar el
espacio entre la Tierra y la esfera de las estrellas con otras esferas
para cada uno de los planetas.
Cosmología aristotélica
Aristóteles se basó en el modelo anterior a la hora de formular su
cosmología. El Universo, para Aristóteles, lo formaba un conjunto de
carcasas cristalinas concéntricas en las cuales estaban incrustados los
planetas. Había exactamente 55 carcasas esféricas cristalinas que en un
complicado movimiento, impulsado por las estrellas fijas, daban
lugar a los movimientos aparentes de los planetas.Tuvo que pasar mucho tiempo para que Ptolomeo expusiese su sistema heliocéntrico, con sus epiciclos y sus deferentes y mucho más tiempo, varios siglos, para que Copérnico, Kepler, Galileo y Newton pusieran los pilares de la Nueva Astronomía.
Sin el oscurantismo, la ignorancia dogmática de la Iglesia y el temor al martirio y a la muerte, no se habrían perdido cientos de años en la evolución científica, y la Humanidad hubiese conseguido lo que ahora tiene mucho antes del siglo XXI
En 1895 publicó Ensayo de una teoría sobre los fenómenos eléctricos y
ópticos en los cuerpos en movimiento, texto que señala una etapa
importante en las investigaciones del gran científico sobre la
electricidad y la óptica. Los resultados de tales estudios le valieron
en 1902 el Premio Nobel, que se le concedió al mismo tiempo que a
Zeeman, por haber previsto el fenómeno que éste comprobó
experimentalmente y que, a causa de ello, fue denominado "efecto
Zeeman". Recibió además otros galardones y honores, y vio instituida
para él la Fundación Lorentz, destinada a promover las investigaciones
de física teórica.
En 1907 publicó en Leipzig diversas memorias reunidas
bajo el título Ensayos de física teórica (Abhandlungen über
theoretische Physik). En 1909 apareció su famoso libro Teoría de los
electrones (Theory of electrons).
EINSTEIN
Durante 1905, publicó cinco trabajos en los Annalen der Physik: el
primero de ellos le valió el grado de doctor por la Universidad de
Zúrich, y los cuatro restantes acabarían por imponer un cambio radical
en la imagen que la ciencia ofrece del universo. De estos cuatro, el
primero proporcionaba una explicación teórica en términos estadísticos
del movimiento browniano (así llamado en honor a su descubridor, Robert
Brown), y el segundo daba una interpretación del efecto fotoeléctrico
basada en la hipótesis de que la luz está
integrada por cuantos individuales, más tarde denominados fotones. Los
dos trabajos restantes sentaban las bases de la teoría
restringida de la relatividad, estableciendo la equivalencia entre la
energía E de una cierta cantidad de materia y su masa m en términos de
la famosa ecuación E = mc², donde c es la velocidad de la luz, que se
supone constante.
El esfuerzo de Einstein lo situó inmediatamente entre
los más eminentes de los físicos europeos, pero el reconocimiento
público del verdadero alcance de sus teorías tardó en llegar; el Premio
Nobel de Física, que recibió en 1921, le fue concedido exclusivamente
«por sus trabajos sobre el movimiento browniano y su interpretación del
efecto fotoeléctrico». En el plano científico, su actividad se centró,
entre 1914 y 1916, en el perfeccionamiento de la teoría general de la
relatividad, basada en el postulado de que la gravedad no es una fuerza
sino un campo creado por la presencia de una masa en el continuum
espacio-tiempo. La confirmación de sus previsiones llegó en 1919, al
fotografiarse el eclipse solar del 29 de mayo; The Times lo presentó
como el nuevo Newton y su fama internacional creció, forzándole a
multiplicar sus conferencias de divulgación por todo el mundo y
popularizando su imagen de viajero de la tercera clase de ferrocarril,
con un estuche de violín bajo el brazo.
Durante la siguiente década,
Einstein concentró sus esfuerzos en hallar una relación matemática entre
el electromagnetismo y la atracción gravitatoria, empeñado en avanzar
hacia el que, para él, debía ser el objetivo último de la física:
descubrir las leyes comunes que, supuestamente, habían de regir el
comportamiento de todos los objetos del universo, desde las partículas
subatómicas hasta los cuerpos estelares, y agruparlas en una única
teoría "de campo unificado".
PLANCK
Tras doctorarse por la Universidad de Munich con una tesis acerca del
segundo principio de la termodinámica (1879), fue sucesivamente profesor
en las universidades de Munich, Kiel (1885) y Berlín (1889), en la
última de las cuales sucedió a su antiguo profesor, Kirchhoff. Enunció
la ley de Wien (1896) y aplicó el segundo principio de la termodinámica,
formulando a su vez la ley de la radiación que lleva su nombre (ley de
Planck, 1900).
A lo largo del año 1900 logró deducir dicha ley de los
principios fundamentales de la termodinámica, para lo cual partió de dos
suposiciones: por un lado, la teoría de Ludwig Boltzmann, según la cual
el segundo principio de la termodinámica tiene carácter estadístico, y
por otro, que el cuerpo negro absorbe la energía electromagnética en
cantidades indivisibles elementales, a las que dio el nombre de quanta
(cuantos). El valor de dichos cuantos debía ser igual a la frecuencia de
las ondas multiplicada por una constante universal, la llamada
constante de Planck. Este descubrimiento le permitió, además, deducir
los valores de constantes como la de Boltzmann y el número de Avogadro.
La hipótesis cuántica de Planck supuso una revolución en la física del
siglo XX, e influyó tanto en Albert Einstein (efecto fotoeléctrico) como
en Niels Bohr (modelo del átomo de Bohr).
Además de una mente científica privilegiada, Einstein poseía un lado humano y espiriual muy desarrollado, así como una potente imaginación que le permitía explicar con palabras y ejemplos simples los misterios más complejos del universo.
Más allá de la ciencia, Albert Einstein nos dejó algunas simples pero grandes lecciónes de vida: 1. "No permitas que tu felicidad dependa de alguien porque no siempre esa persona será como crees." 2. "Sólo aquel que se consagra a una causa, con toda su fuerza y alma, puede ser un verdadero maestro. Por esta razón, ser maestro lo exige todo de una persona." 3. La mente intuitiva es un regalo sagrado y la mente racional es un fiel sirviente. Hemos creado una sociedad que rinde honores al sirviente y ha olvidado al regalo." 4. "Solo hay dos cosas infinitas: el universo y la estupidez huamana. Y no estoy tan seguro de la primera." 5. "Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad." 6. "La teoría es cuando se sabe todo y nada funciona. La práctica es cuando todo funciona y nadie sabe por qué. En este caso hemos combinado la teoría y la práctica: nada funciona… y nadie sabe por qué." 7. "Todos somos muy ignorantes. Lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas." 8. "Todos somos unos genios. Pero si juzgas a un pez por su habilidad de escalar un árbol, vivirá su vida entera creyendo que es estúpido." 9. La vida es como montar en bicicleta. Si quieres mantener el equilibrio no puedes parar." 10. "Pocos son los que ven con sus propios ojos y sienten con sus propios corazones." 11. "No se como será la tercera guerra mundial, sólo se que la cuarta será con piedras y lanzas." 12. "La crisis es la mejor bendición que puede sucederle a personas y países porque la crisis trae progresos." 13. "El verdadero valor de un hombre se determina examinando en qué medida y en qué sentido ha logrado liberarse del yo." 14. Leer, después de cierta edad, desvía demasiado a la mente de su búsqueda creativa. Cualquier hombre que lee mucho y emplea poco su propio cerebro, cae en hábitos perezosos de pensamiento." 15. "No podemos resolver problemas pensando de la misma manera que cuando los creamos." 16. "¿Qué sabe el pez del agua donde nada toda su vida?" 17. Las grandes almas siempre se han encontrado con una oposición violenta de las mentes mediocres." 18. "Si la gente es buena sólo porque temen al castigo y porque esperan una recompensa, entonces verdaderamente somos un grupo lastimoso." 19. "El amor por la fuerza nada vale, la fuerza sin amor es energía gastada en vano." 20. "Hay dos maneras de vivir tu vida: una como si nada fuese un milagro, la otra es como si todo fuese un milagro."
La idea de los agujeros negros de Schwarzschild fue retomada hacia fines de los años 1980 por Kip Thorne (1940 - ), titular de la cátedra Feynman en el Instituto Tecnológico de California, cuando fue consultado por Carl Sagan, que se encontraba entonces escribiendo su novela Contact sobre la posibilidad de utilizar agujeros negros para realizar viajes interestelares. La consulta provocó el interés de Thorne por el tema, quien luego de trabajar un tiempo sobre el asunto, explicó a Sagan que los agujeros negros de Schwarzschild no son atravesables” a causa de la presencia de la singularidad y del horizonte de eventos descritos arriba.
En la opinión de Thorne, la estructura que Sagan estaba buscando para fundamentar el argumento de su novela era aquella solución de las ecuaciones de Relatividad General que actualmente se conoce como agujero de gusano, y que puede imaginarse como un túnel que une regiones no contiguas del espacio-tiempo. A diferencia del agujero negro, no posee ni singularidad ni horizonte de eventos.
Thorne, junto con sus alumnos Mike Morris y Ulvi Yurtsever, se dedicó entonces al estudio de las características que debería tener la materia que constituye el túnel, para poder distorsionar el espacio-tiempo de manera tal que la conexión resultante fuese permanente y atravesable. Utilizando las ecuaciones de Einstein, lograron probar que el túnel sólo podría mantenerse abierto si sus paredes fueran de materia exótica, esto es materia que a diferencia de normal debe poseer masa negativa (en el argot técnico, su tensión radial debe ser mayor que su densidad de energía). Este material se dice que viola las condiciones de energía, esto es, ejerce repulsión gravitatoria.
¿Existe el pasado? ¿Existe el futuro? ¿Si el pasado y el futuro existen, son modificables desde el
presente? ¿Somos libres o nuestras acciones están determinadas? ¿Admiten las leyes de la Física, tal como se conocen en el presente, la posibilidad de viajar en el tiempo?
La teoría que en principio permite esbozar una respuesta a la pregunta es la Relatividad General, que fue enunciada por Albert Einstein en 1915. Einstein postuló, en contra de lo pensado hasta entonces, que la estructura geométrica del espacio y del tiempo no es absoluta sino que está determinada por la distribución de masa y energía existente en el Universo.
Esto significa que la distancia entre dos puntos del espacio-tiempo es alterada por la presencia de cuerpos masivos o energéticos. ¿Pero puede dicha alteración ser suficiente como para que al recorrer una pequeña distancia en un tiempo corto de acuerdo con nuestro reloj podamos alcanzar puntos que están muy alejados, tanto en el espacio como en el tiempo, para otros observadores? ¿Puede suceder que, acaso, el tiempo se distorsione al punto de que podamos alcanzar nuestro pasado?
En esta conferencia, sencilla y simpática, se analiza esta interesante cuestión.
La famosa paradoja acerca del gato apareció impresa por primera vez en 1935. Einstein calificó la proposición de Schrödinger como la forma «más bonita» de mostrar el carácter incompleto de la representación ondulatoria de la materia como representación de la realidad. La paradoja del gato aún se discute en teoría cuántica; esta paradoja no ha sido resuelta de forma satisfactoria para todos.
La idea que hay tras este experimento imaginado es muy simple. Schrödinger sugirió el considerar una caja que contiene una fuente radiactiva, un detector que registra la presencia de partículas radiactivas (un contador Geiger, por ejemplo), una botella de vidrio conteniendo un veneno como el cianuro, y un gato vivo. Se diseña el experimento de forma que el detector esté conectado el tiempo suficiente como para que exista una probabilidad del 50 % de que uno de los átomos del material radiactivo se desintegre y el detector registre una partícula. Si el detector registra un suceso de este tipo,el recipiente de vidrio se rompe y el gato muere; si no, el gato vive.
No hay forma de conocer el resultado del experimento hasta que se abre la caja y se mira en su interior; la desintegración radiactiva es un fenómeno aleatorio y es impredecible excepto en sentido estadístico. De acuerdo a la interpretación de Copenhague, igual que sucedía en el experimento de la doble rendija donde existía la misma probabilidad de que el electrón pasara por uno u otro de los agujeros y las dos posibilidades solapadas originaban una superposición de estados, en este caso las dos probabilidades iguales para la desintegración y para la no desintegración producirían una superposición de estados.
El experimento entero, con el gato y los demás componentes, está basado en la regla de que la superposición es real hasta que se observa, y que únicamente en el instante de dicha observación la función de onda se colapsa en uno de los dos estados. En tanto que no se mire el interior de la caja, hay una muestra radiactiva que se ha desintegrado y no se ha desintegrado, un vaso con veneno que no está ni roto ni entero, y un gato que está muerto y vivo, y ni vivo ni muerto.
Ese lenguaje tan abstracto e incomprensible para muchos (el lenguaje matemático) no sólo explica el día a día del mundo, sino también el del Universo. Fórmulas tan sencillas y clásicas como las ecuaciones de Newton revelan por qué nos movemos por el suelo y al saltar caemos de nuevo sobre él. Si saltásemos sobre la Luna nos elevaríamos mucho más alto porque su masa es más pequeña y hay mucha menos atracción gravitacional.
Toda ecuación es importante, y nadie puede certificar que alguna sea más relevante que otra, pero algunas fórmulas clave están presentes en la cabeza de todos por haber contribuido a cambiar la historia de la Humanidad.
Teoría de la Relatividad
Formulada en 1905, esta archiconocida ecuación cambiaría radicalmente el curso de la física. Así, esta ecuación, por la que Einstein será recordado para siempre, demostró que la masa y la energía eran simplemente dos caras de la misma moneda.
Ley de la Gravedad
Formulada en 1687 por Isaac Newton, esta ecuación no solo explicaba este fenómeno físico sino que ayudó a comprender el funcionamiento de la gravedad a nivel de todo el universo, unificando en una sola ecuación fenómenos aparentemente tan diferentes como la caída de una manzana y las órbitas de los planetas.
Ecuaciones de Maxwell
Describen por completo los fenómenos electromagnéticos, el comportamiento y la relación entre la electricidad y el magnetismo. En origen se trataba de 20 ecuaciones pero finalmente fueron unificadas en 4. El responsable de tal avance fue James Clerk Maxwell en 1863.
Segunda ley de la Termodinámica
Formulada en 1874 por Ludwig Boltzmann, a hombros de Carnot, esta ecuación indica que, en un sistema cerrado, la entropía es siempre constante o creciente. Se trata de una de las leyes más importantes de la física y expresa que “La cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo”.
Ecuación de Schrödinger
Formulada en 1927 por Erwin Schrödinger, describe la evolución temporal de una partícula masiva no relativista. Así, el espacio no está vacío y cuando una partícula lo atraviesa, la deforma, y el espacio también genera una forma de onda por esta perturbación. La ecuación representa la probabilidad de que en un tiempo determinado se encuentre allí la partícula en las coodenadas X,Y y Z del espacio. En definitiva, describe la evolución de un sistema cuántico.
Si hay algo que parece único, es el Universo, al que más de uno definiría, simplista pero razonablemente, como el “conjunto de todas las cosas”. De hecho, la singularidad mayor de la Cosmología es que no puede, al contrario de lo que ocurre en otros campos de la Ciencia, experimentar con su objeto principal. No hay manera, en efecto, de introducir modificaciones, de afectar al Universo para comprobar si responde de la forma que prevén nuestras Teorías Cosmológicas.
Pero una de las cosas que enseña la Ciencia es que cualquier idea es posible, no importa lo peregrina que nos pueda parecer fuera del contexto apropiado que le da sentido. Así ocurre con el Universo, que puede dejar de ser único y convertirse, para los físicos teóricos, en múltiple.
Esta extraña, pero sin duda atractiva posibilidad, procede no de la Cosmología, sino de la Mecánica Cuántica. Una de las características más problemáticas de la Teoría Cuántica se encuentra en el denominado “colapso de la función de onda”, el proceso mediante el cual, al observar un fenómeno, el sistema “colapsa”, se reduce, elige uno de los estados presentes en la función de onda, que está formada por una superposición lineal de estados “elementales” o autoestados. La Mecánica Cuántica únicamente nos dice que existe tal o cual probabilidad de que el resultado de nuestra medida sea el que expresan los diferentes autoestados.
Einstein y la Teoría de la Relatividad, Newton y la Ley de Gravitación Universal, Maxwell y las ecuaciones del Campo Electromagnético, Schrödinger y la fórmula fundamental de la Física Cuántica y Galileo, con el inicio de la Física Clásica son, en mi opinión, los físicos más importantes en la Historia de la Física.
Después hay otros muchos, desde Arquímedes hasta Hawking, pero los mencionados aquí fueron los genios que impulsaron, de manera singular, los avances más espectaculares de esta ciencia. Abrieron nuevos caminos antes inexplorados y convirtieron a la Física en la ciencia que, paso a paso, nos va describiendo el funcionamiento del mundo, utilizando el razonamiento basado en el método científico, demostrable en el laboratorio o a través de impecables desarrollos matemáticos. Así, en la actualidad, ha desplazado a otros senderos de conocimiento, hasta hacerlos un hueco en el género literario o esotérico
Las matemáticas están presentes en nuestro día a día de innumerables formas. Sus ecuaciones, aplicadas a la física, han cambiado el curso de la historia para comprender el mundo que nos rodea y el Universo en que habitamos. Las matemáticas son el engranaje central que hace que giren todos los demás elementos que forman el cosmos.
Sin esa ciencia abstracta, no hubiese sido posible desarrollar o comprobar gran parte del conocimiento que tenemos en otros campos como la física, la química, la ingeniería e incluso la medicina y las ciencias sociales. Las leyes de la naturaleza y las leyes artificiales son expresiones de un fenómeno explicadas por las matemáticas para que el ser humano las pueda comprender (o al menos intentarlo). Lo que a primera vista no es más que una sucesión de letras, números y símbolos que suponemos que tienen un orden determinado, esconde en realidad las respuestas a preguntas que la humanidad lleva planteándose desde hace mucho tiempo.
Tal vez esas ecuaciones sean desconocidas para aquellas personas que no estudian el campo correspondiente o que no tienen un verdadero interés por el tema, pero una rápida búsqueda en Internet o en un libro hará que nombres como Pitágoras, Newton, Maxwell o Einstein comiencen a sonarnos de forma lejana. La llamada “cultura popular” hace que estos nombres sean reconocibles en casi cualquier parte del mundo, aunque no todos podamos comprender en qué consistió el trabajo de estos genios de su tiempo.
La teoría de cuerdas es, probablemente, uno de las hipótesis más intrigantes del mundo de la ciencia. Es un intento por explicar todo lo que podemos observar en el universo. Con el paso de las décadas, ha ido evolucionando, y ha pasado por momentos de mayor y menor popularidad. Pero… ¿en qué consiste exactamente?
Para poder explicar la teoría de cuerdas, hace falta embarcarse en un pequeño viaje por la historia de nuestra ciencia. Concretamente, tendremos que viajar hasta 1919. Es en ese momento cuando nos encontramos con un físico alemán: Theodor Kaluza. Quizá su nombre no te resulte especialmente conocido, pero tuvo una idea que, a priori, sonaba bastante descabellada: el universo podría tener más de 3 dimensiones.
¿Cómo se le ocurrió esta posibilidad? Sólo hace falta retroceder unos años más, a 1907, para dar con la respuesta. Obtuvo la inspiración del mismísimo Albert Einstein. A principios del siglo pasado, el genial físico ya había planteado su famosa teoría de la relatividad. Pese a su popularidad, y por raro que parezca, en su época, el proyecto de Einstein para entender la gravedad parecía no tener mucho sentido. A fin de cuentas Newton, en el siglo XVII, ya nos había explicado el movimiento de los planetas, por qué caían las manzanas de los árboles, etc…
Sin embargo, Einstein buscaba un enfoque diferente. Quería entender cómo funcionaba la gravedad. ¿Cómo podía ser que el Sol, a 150 millones de kilómetros de distancia de la Tierra, fuese capaz de ejercer su gravedad? ¿Cómo la transmitía a través de un espacio vacío e inerte? En cierto modo, podemos decir que Einstein descubrió que el espacio, en ausencia de materia, es como una superficie completamente lisa.
Si hay algo que tenga masa, el espacio se curva. Esa curvatura comunica la gravedad. Lo mismo se aplica a la Tierra. La imagen que acompaña este párrafo sirve para ilustrarlo. Imagina que la esfera del centro es el Sol o la Tierra y, la esfera que gira es respectivamente, la Tierra o la Luna. Es la curvatura del espacio la que hace que el objeto se mueva a su alrededor. Como si siguiese el camino a través de un valle.
La idea de Einstein era elegante y funciona. Hizo que se convirtiese, seguramente, en uno de los grandes científicos de nuestra historia. El hallazgo del genial físico hizo que Kaluza comenzase a pensar. Ambos buscaban una teoría unificada (también llamada teoría del todo, es la misma idea). Es decir, una teoría que fuese capaz de describir todas las fuerzas fundamentales del universo. Algo así como una ecuación maestra. Una llave para abrir todas las puertas.
Theodor Kaluza entendió que Einstein había sido capaz de describir la gravedad como un conjunto de curvas y deformaciones en el espacio-tiempo. Así que intento hacer lo mismo con la otra fuerza que se conocía en aquella época: la electromagnética. En la actualidad conocemos más, pero la fuerza electromagnética es, básicamente, la responsable de cosas como la electricidad o la atracción magnética. Kaluza pensó que podría hacer lo mismo. Explicar la fuerza electromagnética como curvas y deformaciones.
Pero… ¿en qué? Einstein ya había usado el espacio-tiempo para explicar la gravedad. ¿Qué otra cosa podía ser la responsable de transmitir la fuerza electromagnética? No parecía haber nada más. Kaluza propuso que podía haber dimensiones extra. Es decir, para poder describir una fuerza más, quizá fuese necesario añadir una dimensión más al universo. Así, tendría cuatro dimensiones físicas y el tiempo (que siempre tratamos como una dimensión más).
Lo más curioso es que, cuando se puso a escribir las ecuaciones que explicaban esas curvas y deformaciones de un universo de 4 dimensiones (en vez de 3) se encontró con las mismas ecuaciones de Einstein para la gravedad. Hasta aquí, todo normal. Pero había una más. Una ecuación que era, exactamente, la misma que los científicos ya conocían para describir la fuerza electromagnética. Eso sí, que todo pareciese cuadrar, no quería decir que Kaluza hubiese dado con la clave.
Porque, cabe preguntarse otras cosas. Si el universo tiene más dimensiones… ¿dónde están? No las podemos ver a nuestro alrededor. Del mismo modo, ¿esta teoría funciona si la aplicamos con detalle a todo lo que nos rodea? La respuesta a la primera pregunta llegó unos años después, en 1926. Se le ocurrió a un físico sueco: Oskar Klein. Sugirió que quizá haya dos tipos de dimensiones. Unas grandes y fáciles de ver, y otras mucho más pequeñas, rizadas y enrolladas sobre sí mismas.
Serían tan pequeñas que, a pesar de estar alrededor nuestro en todas partes, no podemos verlas. El razonamiento puede parecer difícil de entender, pero tiene su sentido. Imaginemos que tenemos un cable, visto desde la distancia. Podríamos decir, sin dificultad, que desde nuestra perspectiva, el cable es un objeto unidimensional. Pero no es así. Sabemos que tiene algo de grosor y altura. Es más. Para las hormigas, ese grosor y altura son perfectamente accesibles.
Para ellas, el cable es un objeto completamente tridimensional. Así que la idea de Klein viene a ser algo parecido, solo que en una escala muchísimo más pequeña que lo que podemos imaginar. De tal manera que, si fueses una hormiga increíblemente pequeña, podrías moverte por la escala más pequeña del espacio-tiempo y ver esas dimensiones extra, enrolladas sobre sí mismas, como el grosor de ese cable. De esta manera, la primera pregunta podría tener una respuesta que parece bastante plausible.
Pero, ¿y la otra pregunta? ¿Funciona la idea de Kaluza si la aplicamos al mundo real? La respuesta es que no. En aquella época, con el conocimiento que tenían, con el trabajo de Kaluza, Einstein y otros científicos, descubrieron que no eran capaces de obtener cosas como la masa de un electrón. Así que esta idea de explicar el universo con una teoría unificada fue cayendo en el olvido a mediados del siglo XX (hacia los años 40).
Pero no llegó a caer en el olvido absoluto. En las últimas décadas del siglo XX, volvió a resurgir de una forma diferente: la teoría de supercuerdas. La teoría de supercuerdas va un paso más allá de lo que pensaba Kaluza. Los científicos (hablamos de científicos de nuestra época, personas como Brian Greene, que están trabajando en este campo) se hicieron una pregunta relativamente simple… ¿cuál es el elemento más pequeño, indivisible, inseparable (y todos los “in” que se te puedan ocurrir) que componen el mundo que nos rodea?
Imaginemos que tenemos una pelota de fútbol. La observamos en su tamaño más pequeño posible. Es decir, vamos descendiendo y llegamos a los átomos. Probablemente sepas que los átomos no son la unidad más pequeña que podemos observar. Están formados por partículas aún más pequeñas. En su nivel más esencial, tenemos fermiones y bosones. No voy a hablar de qué son. Pero sí diré que un protón, por ejemplo, está compuesto de quarks (un tipo de fermión).
Concretamente, dos quarks arriba y un quark abajo. El neutrón está formado por un quark arriba y dos quarks abajo. La cosa es que no hemos sido capaces de observar más allá del quark. Es decir, ahí termina lo que sí conocemos. Pero aquí, la teoría de cuerdas nos lleva un pasito más allá. En ella, se plantea que en el interior de los quarks hay algo así como un filamento de energía que vibra. En esencia: una cuerda.
Esas cuerdas, de una forma parecida a las cuerdas de un instrumento musical, pueden vibrar de diferentes maneras. Del mismo modo que la cuerda de un instrumento musical produce diferentes notas musicales, las diferentes vibraciones de estas cuerdas producen las diferentes partículas que vemos en el universo. En ese nivel microscópico, esta sería la pieza básica del universo. Sus vibraciones (en diferentes frecuencias) producen diferentes partículas, y esas partículas son lo que vemos en todas partes.
Es una teoría muy elegante. Si funciona, quiere decir que tanto las partículas de la materia como las de las fuerzas fundamentales tienen un mismo origen. Todas tendrían en común esas cuerdas vibratorias. Así que, en un arrebato de locura, o genialidad, pasamos de intentar explicar las fuerzas fundamentales con una única teoría en los años 50… a intentar explicarlo todo en los años 90. Todavía no tengo claro si es una locura o una genialidad.
En cualquier caso, para ver si esta idea tiene sentido hay que probarla. Las matemáticas de esta teoría de supercuerdas no funcionan en un universo con tres dimensiones. Tampoco con cuatro (como el que planteaba Kaluza). Ni con cinco, ni seis, ni siete… Hay que subir hasta las diez dimensiones físicas (y una temporal). Es el único universo en el que funciona. Si ya es difícil imaginar cuatro dimensiones físicas, os invito a no intentar imaginar diez. Da un dolor de cabeza terrible.
¿Qué propósito podrían tener esas dimensiones extra? Científicos como Greene creen que esas dimensiones extra podrían ser una respuesta. Hay una gran pregunta en la física que todavía no tiene respuesta. Podemos decir que nuestro universo se rige por varios números. Cosas como la masa de una partícula, la fuerza de la gravedad, la velocidad de la luz… Hemos medido todos esos números con gran precisión.
Pero… ¿por qué tienen esos valores exactamente? ¿Por qué la luz viaja a casi 300.000 km/s? ¿y por qué la gravedad tiene esa intensidad? Esas dimensiones extra, y la forma que tuviesen, si es que existen (que no es algo que esté ni mucho menos comprobado) podrían determinar cómo vibran las cuerdas de esta teoría. Si fuese así, la forma del universo, sumando todas esas dimensiones, es la que nos diría por qué es como es.
Es una pregunta muy importante. Imagina que tuviésemos una máquina en la que ajustar todos esos parámetros. Cambiar cualquiera de esos valores por poco que sea, nos lleva a un universo en el que, probablemente, no existiría la vida. Es sorprendentemente fácil, con tocar un poco esos valores, producir un universo absolutamente incompatible con la vida. Quizá, incluso incompatible con su propio funcionamiento (un universo que nunca llegase a tener un Big Bang, por ejemplo).
No menciono el universo por casualidad. La teoría de cuerdas nos dejaría explicar cosas como qué pasa en la singularidad de un agujero negro. Pero si de verdad queréis sufrir un poco, la imagen que acompaña este párrafo podría ser una representación de esas dimensiones extra, pequeñas y apelotonadas entre sí. También nos dejaría explicar qué sucedió antes del Big Bang (la teoría de cuerdas plantea que pudo ser el resultado de una colisión o fusión de universos). Eso abre la puerta a la existencia del multiverso.
La teoría de cuerdas podría permitirnos cosas como usar un agujero de gusano para viajar a otros universos (eso sí, es un gran “quizá”). El caso es que, de ser así, en un futuro lejanísimo, nos podría permitir escapar del destino último del universo. La teoría de cuerdas podría darnos una forma de viajar a otro universo. Uno que, en ese futuro tan lejano, cuando el cosmos muera, podría permitir que la vida siga avanzando.
En un cosmos nuevo, diferente al que conocemos. Pero, volvamos al presente, ¿cómo sabemos si la teoría funciona? El Gran Colisionador de Hadrones (en Suiza) podría darnos la respuesta. La esperanza de los físicos es que, allí, donde se hace colisionar dos haces de protones con una energía altísima, se pueda observar qué sucede cuando se libera. Si hacemos chocar dos haces con gran energía (moviéndose casi a la velocidad de la luz) y la medimos, podemos comparar la energía antes y después de la colisión.
Si después de la colisión resulta que tenemos menos energía de la que había antes de la colisión la conclusión es que parte de esa energía habría escapado a esas dimensiones extra. De momento, no se ha observado ese resultado. No quiere decir que la teoría de cuerdas esté descartada, ni mucho menos. Quizá no hayamos usado toda la energía necesaria para provocar ese fenómeno. Quizá suceda solo en colisiones con más energía.
La respuesta, en cualquier caso, es posible que la tengamos en el curso de nuestras vidas. Algo que no es demasiado común. Si no es así, si no tenemos una teoría unificada, tampoco será un drama. Quizá tardemos décadas en descubrir una teoría del todo. O siglos. Pero la aventura que nos llevará hasta ella nos dará muchas respuestas, y muchas otras preguntas a las que responder. Es decir, más ciencia.
