El ocaso de la teoría de cuerdas

cuerdas

Hubo una época en la que el hombre puso la Tierra en el centro del Universo. Todos los cuerpos celestes, incluido el Sol, describían órbitas a nuestro alrededor. Hoy sabemos que en realidad no lo hacen, así que los movimientos de los planetas en la bóveda celeste no se correspondían a lo predicho por la teoría geocéntrica pura. Suele decirse que, en un caso así, hay que descartar la teoría, pero quizá ésta siga manteniéndose con algunas modificaciones. Comenzaron los ajustes. Quizá los planetas no giran en torno a la Tierra de forma directa sino que describen circunferencias (epiciclos) cuyo centro, a su vez, giraba en torno a la Tierra. Quizá los planetas no giran exactamente en torno a nosotros sino a otro punto cercano. Quizá esos puntos son diferentes para cada planeta. Quizá los epiciclos giran en torno a epiciclos que giran en torno a epiciclos.

Cuando fuimos capaz de observar y medir con suficiente exactitud, la teoría geocéntrica se vino abajo. No lo hizo de un día para otro, porque los geocéntricos siguieron refinando y añadiendo complicaciones a su modelo, pero a la postre se vieron forzados a ceder: Galileo demostró que algunos cuerpos se encuentran muy cómodos girando alrededor de Júpiter y no de la Tierra, Kepler se atrevió a sugerir que quizá las órbitas planetarias no fuesen circulares, y finalmente Newton trajo la paz y la claridad a nuestra galaxia. En la actualidad la teoría geocéntrica solamente pervive en los libros de Historia y en algunos nostálgicos que todavía defienden que Bilbao es, literalmente, el centro del Universo.

El ocaso y caída de la teoría geocéntrica no es sino una expresión de un fenómeno habitual en la conducta humana: cuando un proyecto crece y se complica, existe la tendencia a mantenerlo pase lo que pase, arriesgándose a perder la perspectiva y olvidar el objetivo. Geocéntricos, detractores de la teoría atómica, constructores emblemáticos, amantes del “constrúyelo y ellos vendrán,” escritores de la gran novela moderna inacabada… es fácil caer en la tentación. Menos mal que eso ya no pasa en Ciencia.

¿Alguien ha dicho Teoría de Cuerdas?

Desde hace casi un siglo se sabe que la Mecánica Cuántica y la Relatividad General son teorías incompatibles, que funcionan perfectamente bien por separado pero se llevan fatal si intentamos unificarlas. Como consecuencia, carecemos de una teoría que explique todos los fenómenos del Universo. Lo mejor que tenemos para explicar la composición de la materia es el llamado Modelo Estándar, que postula un conjunto de partículas con distintas propiedades. Pero parece demasiado caprichoso y arbitrario. ¿Por qué el electrón tiene esa masa y no otra? ¿Guarda alguna relación con la masa de las demás partículas, o con alguna constante fundamental? Deberíamos buscar algo mejor, más sencillo, más compacto.

Uno de los intentos más famosos por obtener esa “teoría de todo” y avanzar más allá del Modelo Estándar se denomina Teoría de Cuerdas. En su génesis la idea no podía ser más sencilla: las partículas elementales no son puntuales sino que se componen de minúsculas cuerdas que vibran. Los diferentes modos de vibración dan lugar a las partículas conocidas, y explican propiedades como su masa o su carga eléctrica. Pronto se descubrió que uno de los modos de vibración daba una partícula de características similares al llamado gravitón, que transporta las fuerzas gravitatorias. ¿Significaba ello que por fin se podía unificar la gravedad con las demás fuerzas básicas? La cosa prometía.

Pronto comenzaron los problemas. Uno de ellos es que la teoría de cuerdas inicial requería la existencia de un espacio multidimensional, y nuestro Universo solamente tiene cuatro dimensiones (las tres espaciales y el tiempo). Bueno, no hay demasiado problema conceptual en ello. Ya en los años veinte el dúo Kaluza-Kelin postuló la existencia de una dimensión adicional para intentar unificar la gravedad y el electromagnetismo. Si no podemos verla, decían, es porque esa nueva dimensión es muy pequeña en tamaño y además está enrollada, o como dicen los habituales del tema, “compactificada.”

Para entender esto, piense el lector en una manguera de jardín. Vista desde gran distancia aparece como un objeto que solamente tiene longitud, pero al acercarnos podemos apreciar que tiene grosor y altura. De modo similar, Kaluza y Klein imaginaron una dimensión compactificada de un tamaño muy inferior al radio de un núcleo atómico. Sus esfuerzos no dieron fruto en su momento pero la teoría de cuerdas recuperó el concepto, y lo hizo a lo grande: ahora el Universo no tiene cuatro dimensiones sino 26. Parece un despilfarro de dimensiones, pero si están compactificadas y son minúsculas, no molestan.

Un segundo problema con la teoría de cuerdas inicial era que solamente funcionaba para algunos tipos de partículas, los llamados bosones; los fermiones (entre los que se incluyen quarks, electrones y otras partículas interesantes) se quedaban fuera. Eso sí que es un fallo grave de la teoría. Para arreglarlo, los teóricos de cuerdas postularon que cada fermión existente en la naturaleza está asociado a un compañero bosón, en un fenómeno llamado supersimetría. Por ejemplo, el electrón tendría una partícula asociada supersimétrica llamada selectrón. De ese modo, los compañeros supersimétricos podrían encajar en la teoría de cuerdas, que al añadirle esta propiedad de supersimetría pasó a denominarse teoría de supercuerdas. Como ventaja adicional, el número de dimensiones del espacio de cuerdas se redujo desde 26 a 10.

Parecía que la teoría de supercuerdas (que pronto volvería a llamarse teoría de cuerdas por eso de simplificar) iba por buen camino, pero el precio a pagar fue grande: nada menos que la aparición de toda una familia de partículas supersimétricas que, además, nunca habían sido observadas. No pasa nada, dijeron, seguro que los nuevos aceleradores de partículas las encontrarán. No fue así, y en la actualidad seguimos buscándolas. No pasa nada, dijeron, quizá es que tienen tanta masa que escapan a nuestras posibilidades de detección.

Mientras se buscaban pruebas experimentales, los teóricos de cuerdas continuaron su trabajo y la teoría, inicialmente tan sencilla, siguió complicándose. Las cuerdas ya no eran suficientes y se vieron acompañadas por nuevos y extraños bichos llamados branas. Aparecieron cinco grandes teoría de cuerdas con nombres extraños: Tipo I, Tipo IIA, Tipo IIB, heterótica SO(32), heterótica E8xE8, y como grandes corrientes disidentes de un partido político o una religión comenzaron a enfrentarse unas a otras en pos del título de Teoría de Todo. Edward Witten sugirió que todas eran manifestaciones parciales de lo que llamó Teoría M, pero la guerra continuó. Los principales centros de física teórica continúan investigando y gastando hojas de papel, los gurús del campo escriben libros divulgativos dando a entender que la teoría de cuerdas está lista salvo algunos pequeños detalles, pero lo cierto es que a la teoría de cuerdas le falta un hervor. Y le falta desde hace medio siglo.

Es en este punto cuando los científicos acuden al experimento para interrogar a la naturaleza y que ésta, como jueza implacable, decida. Es aquí donde la teoría de cuerdas muestra su cara más diabólica. El detalle es la compactificación de las dimensiones ocultas. Si tengo un bloque de corcho, puedo aplastarlo para conseguir una superficie bidimensional y luego enrollarlo para obtener una línea unidimensional. También puedo hacerlo al revés: primero enrollo y luego aplasto. Pero en la teoría M tenemos siete dimensiones nuevas. ¿Cómo se compactifican? O dicho de otro modo, ¿de cuántas formas podemos enrollarlas unas respecto a otras?

La respuesta es: nadie lo sabe. Ni siquiera los teóricos de cuerdas pueden dar algo más que una respuesta aproximada, pero todo indica que el número de posibles compactificaciones es enorme; giganteouse, que diría Forges. Las cifras sugeridas superan con mucho la del número de partículas existentes en nuestro Universo. Digamos, por fijar conceptos, que ese número es del orden de un plexollar (101000). Cada una de esas posibilidades de compactificar daría lugar a un Universo distinto, con leyes físicas distintas y con partículas de masa distinta.

Cuando tenemos dos teorías y queremos saber cuál es la correcta, no hay más que realizar un experimento en el que ambas teorías arrojen resultados diferentes. Si la teoría A nos dice que las piedras amarillas flotan en el agua y la B nos dice que se hunden, no hay más que tirar una piedra amarilla al agua y salir de dudas. ¿Pero y si tenemos tantas teorías que pueden reproducir todos los resultados experimentales imaginables? En tal caso el proceso de eliminación falla. Puede que tirar una piedra amarilla al agua y ver que flota elimine medio plexollar de posibles teorías de cuerdas, ¿pero qué pasa con el otro medio plexollar?

Y ahí está el gran problema. Por muchos experimentos que hagamos, por muchas propiedades que determinemos en el laboratorio, por mucha caña que le demos al LHC, siempre habrá una cantidad ingente de posibles compactificaciones capaces de explicar todo lo que vemos. Nunca podremos decir “la teoría de cuerdas no funciona;” pero tampoco podremos predecir nada porque todo lo que pueda suceder tendrá explicación en alguna versión de la teoría de cuerdas. Sería como un vidente que tiene una gran cantidad de visiones: alguna acertará, ¿pero qué significa eso? Exactamente nada.

Pero imaginemos por un momento que hemos tenido un gran golpe de suerte, y que un experimento permite descartar todo el plexollar de compactificaciones menos un solo caso. Tenemos finalmente una combinación de dimensiones enrolladas, y solamente una, que concuerda con lo que vemos a nuestro alrededor. La pregunta evidente es ¿por qué esa y no alguna de las demás? ¿Acaso tiene algo extraordinario, alguna propiedad basada en principios fundamentales que la distingue de las otras? Quizá es como el número ganador de la lotería de navidad, que no tiene nada especial pero que salió porque… bueno, porque alguno tenía que salir.

De ese modo, y a lo largo de cincuenta años, los físicos de cuerdas han edificado una gran teoría, pero en lugar del edificio sencillo y de líneas elegantes de los diseños iniciales han acabado con una fea aglomeración de construcciones sin orden ni concierto, que no pegan ni con cola, no sirven su propósito y ni siquiera permite al político local hacerse una foto inaugurando algo. La edificación carece de agua corriente o luz, no tiene conexión para el wifi, los paneles del techo se caen y no hay visos de que vaya a servir algún día para algo. Si hasta el propio Sheldon Cooper abandonó la teoría de cuerdas en The Big Bang Theory, por algo será.

Por supuesto, puede que dentro de veinte años, o mañana mismo, el nuevo Newton tenga la gran inspiración que le permita construir finalmente una teoría de cuerdas eficaz y elegante; pero también es posible que nunca llegue ese día. Quizá en el futuro los historiadores examinen el caso de la teoría de cuerdas igual que ahora lo hacemos con la teoría geocéntrica. El tiempo dirá si la teoría de cuerdas será una nueva senda hacia un futuro brillante o tan sólo una autopista cara que no llega a ninguna parte.

Este post ha sido realizado por Arturo Quirantes (@Elprofedefisica) y es una colaboración de Naukas.com con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

26 Comentarios

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Javier ReyJavier Rey

Alguna teoría alternativa emergente prometedora?

Alejandro RiveroAlejandro Rivero

Si mirais las pizarras el dia despues que Sheldon deja la teoria de cuerdas, se ve que esta leyendo los articulos sobre GUT del sobrino de Joan Baez. Pero no llega a dedicarse a ello, porque es dificil aportar algo nuevo y brillante en ese campo. Y se supone que un tio como Sheldon quiere brillar.

GerardoGerardo

Pues, el problema de la teoria de cuerdas es que no hay nada mejor o más prometedor, el problema no es la T. de cuerdas, sino la falta de ideas geniales

Arturo Quirantes SierraArturo Quirantes Sierra

En realidad sí que las hay, pero reciben sólo una fracción de la atención y los recursos que se dedican a la TC

PedroPedro

No, no hay nada mejor o más prometedor. Hay alternativas a montones, y todas son peores que teoría de cuerdas. Es decepcionante ver esta clase de afirmaciones en un blog referente de la divulgación.

HologramaHolograma

Exacto, Pedro. No solo no son mejores o m’as prometedoras, solo decir que son “alternativas” a la teor’ia de cuerdas ya es ser demasiado benevolente (y al mismo tiempo, impreciso).

Lo siento, pero da la sensaci’on de que este post solo sirve para poner de manifiesto la ignorancia (o conocimiento superficial) del que lo escribe sobre el tema, y tal vez para contribuir a que cierta audiencia poco informada vea confirmados sus err’oneos clich’es sobre la misma.

Esta frase:

“De ese modo, y a lo largo de cincuenta años, los físicos de cuerdas han edificado una gran teoría, pero en lugar del edificio sencillo y de líneas elegantes de los diseños iniciales han acabado con una fea aglomeración de construcciones sin orden ni concierto, que no pegan ni con cola, no sirven su propósito y ni siquiera permite al político local hacerse una foto inaugurando algo.”

me parece simplemente esperp’entica.

JavierJavier

Magnífica aportación para no expertos.

Sergio MontañezSergio Montañez

Tu artículo es una crítica a la fenomenología de cuerdas. No es una crítica a la teoría de cuerdas.
No es la primera vez que alguien caen en esta confusión. Aquí lo explican bastante bien:
Enlace aquí

4gravitons.wordpress.com/2016/06…tring-pheno/

Arturo Quirantes SierraArturo Quirantes Sierra

Dejando aparte los fallos teóricos que pueda tener la TC, el hecho es que toda teoría debe pasar la prueba de la observación y la experimentación. Si la TC no describe ni predice nada, para empezar no sirve de mucho.

Angustia | Eneagrama 4 o lo que quiera que sea eso.

[…] ahora mientras escribo esto, leo un artículo sobre que la teoría de cuerdas se desmonta, no creo que se desmonte, sino que al final se vuelve tan compleja que no se sabe que hacer con […]

HumbertoHumberto

Comparar a la Tesis de Cuerda, con el Heliocentrismo es incorrecto; porque este último podrá ser complicado si no estás familiarizado con el, pero funciona para cada caso puntual y con correcciones, habilidades, funcionan también de forma general.
Y por último, seguimos usándolo de una forma u otra para casi todo; porque a fin de cuenta no nos hemos ido de la Tierra a vivir al Sol.

RicardoRicardo

No la compara con el Heliocentrismo, sino con el Geocentrismo!

Popurrí semanal [1] – dronte

[…] El ocaso de la teoría de cuerdas de Arturo Quirantes en el Cuaderno de Cultura […]

joajoa

Muchas gracias por el post. Muy divulgativo para los que queremos saber algo de esto de la teoría de cuerdas y no nos atrevemos a preguntar (más que nada porque no sabemos qué preguntar, jeje).

Tony EarleTony Earle

Excelente evaluación …

Sergio Alberto Prats LópezSergio Alberto Prats López

Muy interesante artículo, explica muy bien la teoría para los que no la conocemos. Considero que a los físicos les gusta ir muy rápido en descubrir teorías que lo expliquen todo cuando todavía las teorías más estables como la mecánica cuántica y la teoría cuántica de campos tienen zonas oscuras como el colapso de la función de onda, entender las partículas entrelazadas o la autoenergia infinita del electrón.

El ocaso de la teoría de cuerdas | Nauka...

[…] Hubo una época en la que el hombre puso la Tierra en el centro del Universo. Todos los cuerpos celestes, incluido el Sol, describían órbitas a nuestro alrededor. Hoy sabemos que en realidad no lo hacen, así que los movimientos de los planetas  […]

Roberto juarezRoberto juarez

La teoría de cuerdas de enfocarse todavía aún más en fractalidad y la.teoría del caos, para tratar de encontrar una explicación de el numero de dimensiones

AndrésAndrés

“En su génesis la idea no podía ser más sencilla: las partículas elementales no son puntuales sino que se componen de minúsculas cuerdas que vibran.”

Un ingenuo en el tema como yo, lo primero que se pregunta es: ¿por qué cuerdas? ¿Esas “cuerdas” se han podido “observar”? ¿Esas vibraciones se han medido? ¿No es ese concepto ya muy imaginativo (tanto o más que el de las 10 dimensiones o los universos paralelos con leyes físicas distintas)? El tema me resulta interesante. Si alguien me ilustra un poco más, se lo agradecería.

“Y ahí está el gran problema. Por muchos experimentos que hagamos, por muchas propiedades que determinemos en el laboratorio, por mucha caña que le demos al LHC, siempre habrá una cantidad ingente de posibles compactificaciones capaces de explicar todo lo que vemos.”

Esto me suena a: por mucho que intentes demostrar a Dios (tanto su existencia como su no existencia) con la ciencia, no lo vas a conseguir porque no sigue nuestras leyes de la Física o porque vive en otra dimensión que es inaccesible.

Quién sabe, igual el LHC es el nuevo “telescopio” y los nuevos Galileos acaban dándole la razón a esta intrincada e imaginativa teoría de cuerdas. En ese caso, el comparativo sería al revés, casi todos los mortales viviríamos en el “geocentrismo” de la Física de Partículas y solo unos pocos “cuerdos” (los defensores de esta extraña teoría) estarían viendo cómo giramos.

mijhail mosqueramijhail mosquera

Esperemos que su muerte llegue pronto.

PauPau

En el 2015 el autor de este post escribió: “En estos momentos la teoría de cuerdas parece ser la mejor candidata a convertirse en una gran teoría unificadora…” (Espacio-tiempo cuántico. De la colección Un paseo por el cosmos)
¿Que ha ocurrido para cambiar de opinión?

Leonardo SalamaLeonardo Salama

Me resultó muy interesante el artículo. Pero lo más nutritivo ha sido el ramillete de opiniones diversas.
Gracias a cada uno.
Yo sigo pudiendo vivir sin necesidad de explicar teológicamente mis preguntas sin respuesta.

marcelmarcel

interesantisimo el articulo,… al parecer se ha invertido mucho tiempo y esfuerzo en desarrollar esta teoria,….

Gisella Rioja LopezGisella Rioja Lopez

Claro que habra. Eso ni dudarlo. El verdadero argumento que explica mejor esta teoria. Solo que recien se esta preparando para hablar en publico y dar los detalles que no se han dado aun. No comparto personalmente esta teoria pero felizmente existe la contraparte. Y tambien saldra alguien a explicarlo y detallamente. Solo nos queda esperar para saber mas respuestas a tantas inquietudes y preguntas.

PantaleónPantaleón

Hola.
Hubiese sido interesante hablar de cómo, ha pesar de no conseguir – aún – evidencias físicas, la teoría de cuerdas ha supuesto interesantes desarrollos en las matemáticas. Sin ir más lejos Witten es medalla Fields.
He leído también al matemático Edward Frenkel relacionar el programa Erlangen con desarrollos en teoría de cuerdas.
Saludos.

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