Índice Unificación

El mes pasado vimos las dificultades para unificar la fuerza nuclear fuerte con las ya prácticamente unificadas electromagnética y nuclear débil. Veamos ahora las dificultades aún mayores para conseguir la unificación de todas ellas con la gravedad.

El principal problema es que la teoría que nos explica la fuerza de la gravedad es la Relatividad General, y esta no tiene absolutamente nada que ver con la Mecánica Cuántica, que es la base para las otras tres. Por tanto, el objetivo sería encontrar una explicación de la gravedad basada en mecánica cuántica.

Hasta la fecha no ha habido demasiado éxito, puesto que toda explicación cuántica se define dentro de ámbitos muy pequeños, y la gravedad en estas condiciones es tan débil que no se puede medir. Tan débil es que la gravedad que actúa entre un protón y un electrón es 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 de veces menor que la fuerza electromagnética que incide entre esas mismas partículas. Esta cifra se deduce de los conocimientos que tenemos de la gravedad para objetos más grandes, pero como digo nadie puede medirla con nuestra tecnología.

Por tanto, si no se puede medir la gravedad entre partículas es difícil diseñar experimentos que comprueben cualquier posible teoría que unifique las cuatro fuerzas, y de momento sólo nos podemos quedar en el plano teórico, lo cual es poca cosa en física, dado que ninguna teoría es válida si no se puede contrastar experimentalmente. Sin embargo, no es inútil buscar soluciones en el plano teórico, y esperar que de ellas surjan implicaciones comprobables con nuestros medios.

Se han desarrollado varios de estos intentos teóricos.

SÚPERGRAVEDAD

Además de los problemas de medición, la principal dificultad que plantea la gravedad en el ámbito de lo muy pequeño consiste en las llamadas fluctuaciones cuánticas, según las cuales el vacío puro no lo es tanto, sino que está poblado de partículas virtuales que aparecen y desaparecen constantemente, de forma que entre todas ellas sumarían una masa tal en cualquier momento que provocarían que el universo se colapsara sobre sí mismo a causa de la enorme gravedad resultante.

Es evidente que el universo no está colapsado, por tanto algo falla en el planteamiento.

En 1976 apareció una posible solución llamada súpergravedad. Esta teoría de nombre tan curioso se basaba en algo de nombre no menos curioso: la supersimetría, la cual venía a decir de manera simple que cada una de esas partículas virtuales iba acompañada de otra, y entre ambas se anulaban las masas.

El problema era que los cálculos matemáticos para verificar esta idea, siempre, como ya he dicho, en el plano teórico, llevarían años y las probabilidades de equivocarse eran muy elevadas, incluso con ordenadores. No obstante casi todos los físicos pensaban que este acabaría siendo el buen camino.

CUERDAS

Mientras pasaba el tiempo, en 1984, apareció una idea distinta. Se trataba de la teoría de cuerdas. Una de las razones fue que no había grandes progresos en el cálculo de la súpergravedad, pero el factor decisivo fue un artículo de John Schwarz y Mike Green.

Según esta teoría, la naturaleza última de la materia consiste en diminutas cuerdas, similares a lo que entendemos como tal en la vida real Estas cuerdas pueden vibrar de distintos modos, y lo que interpretamos como distintos tipos de partículas no son otra cosa que esos diversos modos de vibrar que tienen las cuerdas.

Esta nueva visión parecía prometedora y resolvía muchos problemas, porque unas vibraciones compensaban a otras y se eliminaba la anteriormente descrita contradicción de la masa infinita.

BRANAS Y DIMENSIONES

Sin embargo, en los años posteriores se comprobó que la cosa era mucho más complicada. Según los cálculos, para que la teoría fuera congruente, no todas esas cuerdas eran pequeños filamentos de una sola dimensión (como una línea), también debía haber entre ellas objetos de más dimensiones, otras serian como diminutas sábanas con dos dimensiones (alto y ancho), algunas como minúsculos objetos con tres dimensiones (alto, ancho y profundo).

Lo peor es que aparecen objetos de más dimensiones que las que observamos a nuestro alrededor, posiblemente hasta 11. Entonces decidieron cambiar el nombre cuerdas por el de branas, de forma que una cuerda de una dimensión sería una 1 brana, una de dos dimensiones se llamaría 2 brana, y una de once se trataría de una 11 brana.

Si esto es así y existen estos objetos, entonces vivimos en un universo de 10 u 11 dimensiones espaciales. Cuesta imaginárselo: podemos movernos cotidianamente en tres dimensiones:

1 Adelante y atrás
2 Izquierda y derecha
3 Arriba y abajo

También podemos hacerlo en diagonal de muchas formas, pero seguirían siendo combinaciones de esas tres dimensiones.

Pero se cree que el resto de dimensiones podrían estar plegadas, y solo manifestarse a escala de las branas. Esto se entiende con un sencillo ejemplo:

Tenemos una hoja de papel y observamos que tiene dos dimensiones: longitud y anchura. Si esa hoja la enrollamos fuertemente a lo ancho, nos quedaría una tira de una sola dimensión: la longitud. La anchura estaría plegada y una hormiga solo podría moverse sobre ella a lo largo, de forma que pensaría (si las hormigas pensaran) que está sobre un objeto de una sola dimensión.

Para complicar más las cosas, la teoría de branas (que se sigue llamando “de cuerdas” comúnmente por costumbre) presenta cinco variantes, y ninguna parece ni mejor ni peor que las demás.

TEORÍA M

Lo esperanzador de estas teorías de branas es que se ha demostrado que cada una de las cinco variantes son aspectos de una sola teoría, a la que Stephen Hawking llama Teoría M y lo que es más, la anteriormente descrita supergravedad es otro aspecto de esa misma teoría. Entonces, se cree que la gran teoría subyacente que hay detrás sería el final del camino para unificar las cuatro fuerzas.

Queda esperar si se consigue llegar a esa teoría final, y si alguien ingenia algún experimento que ayude a comprobarla. También podría ocurrir que todo esto no llevara a ninguna parte, y seguro que para lo uno o para lo otro será de ayuda el nuevo acelerador de partículas que se está construyendo en el Centro Europeo de Investigación Nuclear, el cual comenzará a dar resultados a partir de 2008.

Hasta entonces, estaremos a la expectativa.

Índice Unificación