¿En qué trabaja Sheldon Cooper? (y II)

La Teoría de Cuerdas intenta descubrir esa ley única que regula toda la física del universo, tanto en la escala de las cosas que podemos observar como en la del nivel cuántico. Pretende unificar las teorías que físicos como Newton, Einstein, Maxwell o Schrödinger han ido desarrollando a lo largo de los cuatro últimos siglos.

La Teoría de Cuerdas estipula que todas las partículas conocidas (electrones, fotones, quarks…) están compuestas de elementos indivisibles que adoptan la forma de filamentos o cuerdas unidimensionales. Estas cuerdas serían los componentes más elementales del universo, y estarían ubicadas en lo más profundo de la materia.

La fisonomía de estos elementos parece intrascendente, pero resulta fundamental para que todo encaje. El concepto tradicional de partícula en forma de punto conduce a inconsistencias en los modelos matemáticos, sobre todo cuando se aplican al campo gravitatorio.

Las cuerdas son partículas elementales que no se pueden subdividir. Es la parte de la materia que está al final de la cadena, a lo que los antiguos griegos dieron el nombre de átomo (el átomo hoy en día tiene una consideración distinta). No están hechas de nada, porque, en caso contrario, si estuvieran hechas de cosas más pequeñas que ellas mismas, podrían dividirse en partes y consecuentemente ya no serían indivisibles.

La Teoría de Cuerdas establece que todo lo que existe en el universo en último extremo son cuerdas vibrantes. Con cuerdas vibrando de una determinada forma se construyen las partículas tangibles de materia (recordemos que la energía de vibración equivale a masa). Otras cuerdas, vibrando en forma diferente, engendran partículas que no se pueden tocar pero sí percibir; se trata de partículas “mensajeras” que carecen de masa y se encargan tan solo de transmitir las fuerzas que nos envuelven.

Unas y otras están compuestas exclusivamente de cuerdas vibrantes. El patrón de vibración de las cuerdas determina el tipo de partícula resultante y sus características físicas (masa, carga eléctrica, interacción con el entorno, etc.).

El patrón de vibración es, por así decirlo, la configuración de parámetros que determina la forma en que vibra la cuerda. Para visualizarlo, imaginemos que tenemos en nuestra mano una cuerda de cáñamo, sujeta en el extremo contrario a una pared. Al agitarla verticalmente formamos una onda que se propaga longitudinalmente a través de ella. Cuanto más violento es el movimiento del brazo, mayor es el número de ondas que se transmiten, más amplios son sus picos y mayor la energía que tenemos que aplicar a la cuerda. Amplitud, número de ondas (frecuencia) y energía forman parte del patrón de vibración de nuestra cuerda.

Diferentes patrones de vibración de las cuerdas cuánticas generan los distintos tipos de partículas que existen en el universo (con sus correspondientes atributos), tanto las de masa como las mensajeras.

Cuando se traslada este concepto a ecuaciones, todo parece encajar. El modelo matemático obtenido es capaz de explicar la existencia de la materia y de todas las fuerzas del universo, incluida la gravedad.

Podemos imaginar el poderoso aparato matemático que hay que desplegar alrededor de una teoría tan sofisticada como esta. De hecho, al día de hoy, tan solo ha sido posible encontrar soluciones aproximadas a planteamientos asimismo aproximados.

La Teoría de Cuerdas explica todo lo que nos rodea, pero advierte además de la existencia de una parte de la realidad que no podemos ver. Las cuerdas descubren un universo muy distinto del que conocemos, con una enorme cantidad de fenómenos físicos desconocidos.

Las ecuaciones del modelo de cuerdas predicen la existencia de múltiples dimensiones espaciales, muchas más de las tres que somos capaces de percibir (largo, ancho y alto). La pregunta que inmediatamente nos surge es: si de verdad existen esas otras dimensiones, ¿por qué permanecen ocultas a nuestros sentidos?

Imaginemos que trazamos sobre el suelo del salón una línea recta, con el bolígrafo de punta más fina que tengamos a nuestro alcance. Si quisiéramos movernos guiados por la línea, solo seríamos capaces de hacerlo en una dirección. En apariencia, la línea permite un movimiento exclusivamente unidimensional (a lo largo). Sin embargo, si disparamos sobre nosotros la máquina de Wayne Szalinski (Cariño, he encogido a los niños) y nos convertimos en seres microscópicos, descubriremos que la línea tiene en realidad una cierta anchura, de manera que podríamos perfectamente movernos en dos dimensiones sobre ella.

Nada impide que en nuestro universo existan varias dimensiones espaciales que son solo perceptibles a nivel cuántico. Teniendo en cuenta que somos incapaces de explorar distancias inferiores a una milésima de billonésima de metro, cualquier cosa que suceda por debajo de esa escala escapa a nuestros sentidos.

La existencia de dimensiones espaciales adicionales a las que conocemos no es una predicción de la Teoría de Cuerdas. Es en realidad un requisito irrenunciable para que la teoría se sustente. Las características físicas de las partículas que conocemos se corresponden con patrones de vibración de las cuerdas en nueve dimensiones espaciales, seis más que aquellas por las que podemos movernos en el mundo macro.

Podéis imaginar sin duda el escepticismo que este tipo de conclusiones ha generado a lo largo de los años y sigue generando dentro de la comunidad científica.

El filósofo austriaco Karl Popper, en su obra La lógica de la investigación científica, establecía unos criterios para delimitar lo que es ciencia y lo que es pseudociencia. Su “criterio de demarcación” (aceptado de forma generalizada) dice que nada que no sea falseable puede ser calificado de ciencia. En otras palabras, si no existe forma de demostrar que algo es falso, no es científico.

Desde esta perspectiva, es evidente que la Teoría de Cuerdas sería una pseudociencia, ya que no existen medios físicos que permitan refutarla. Nadie ha sido capaz de ver o de detectar una cuerda; para hacerlo se necesitaría observar a escalas microscópicas del orden de cien trillones de veces por debajo del tamaño del núcleo de un átomo (la longitud típica de una cuerda sería de unos 10^-33 centímetros, es decir, la millonésima parte de la milmillonésima parte de la milmillonésima parte de la milmillonésima parte de un centímetro) y utilizar aceleradores de partículas del tamaño de una galaxia.

Aun así, no falta quien alberga la esperanza de que algún día los astrónomos sean capaces de visualizar una gran cuerda atravesando la bóveda del cielo nocturno. Como el tamaño de las cuerdas depende de su energía, la del momento de la gran explosión que creó el universo (el «big bang») podría haber sido suficiente para producir cuerdas de tamaño visible.

La Teoría de Cuerdas ofrece una explicación elegante del universo, pero está todavía lejos de dar respuesta a muchos de los interrogantes que se ciernen sobre ella y, por supuesto, de mostrarse absolutamente irrefutable.

La validez de una teoría se juzga no solo por su capacidad de explicar las cosas, sino también de predecir fenómenos desconocidos pero verificables. Al elaborar la Teoría de la Relatividad, Einstein avanzó una predicción muy sorprendente y no menos difícil de comprobar en aquella época: el tiempo se ralentiza cuando aumenta la fuerza de la gravedad. Todos sabemos hoy en día que los relojes de los satélites artificiales necesitan ajustes para compensar su adelanto respecto a los que están en la superficie de la Tierra, plenamente inmersos en su campo gravitatorio. También predijo anticipadamente la existencia de “agujeros negros», o que el universo está expandiéndose.

Cuando se activó el acelerador de partículas del CERN en Suiza, los más fieles defensores de la Teoría de Cuerdas confiaban en ser capaces de observar allí algunas partículas (partículas super simétricas) esperadas según esta teoría, cosa que nunca sucedió. Ninguna predicción relevante de la Teoría de Cuerdas ha podido ser todavía verificada.