Teoría de Cuerdas vs. Agujeros Negros

neoteo.com/Ariel Plazzesi

Es posible que el ganador del Premio Nobel de física Gerard ‘t Hooft, a la hora de someter al análisis de sus colegas el resultados de sus cálculos, haya pensado muy bien qué palabras iba a utilizar. Es que su trabajo, basado en la Teoría de Cuerdas y la causalidad (todos los eventos están causados por otros anteriores), si bien aporta una explicación satisfactoria para muchos de los fenómenos observados y permite predecir otros que aún desconocemos, no tiene lugar para los agujeros negros o las singularidades espacio-temporales. Mientras que algunos miembros de la comunidad científica han recibido con alivio esta teoría que les evita la “incomodidad” de luchar matemáticamente con la explicación de las singularidades, otros han comenzado a juntar leña húmeda para quemarlo por hereje.

Uno de los grandes retos de la física moderna es unificar las diferentes teorías existentes. Tenemos excelentes modelos que explican los fenómenos a grandes escalas -aquellos que involucran objetos del mundo macroscópico (como un coche o el Sistema Solar), y otros que funcionan de maravillas en el mundo de lo muy pequeño, el reino de las partículas atómicas. Sin embargo, fuera de su campo de aplicación especifico, ninguno de los modelos funciona ni siquiera remotamente bien. Los físicos serían muy felices si alguien encontrase una teoría que combinase la relatividad y la mecánica cuántica en una única teoría. Hasta hoy, el camino que parece más prometedor para lograrlo es justamente el que serpentea sobre el barranco de la idea conocida como “Teoría de Cuerdas”

De acuerdo a la física newtoniana, la causa precede al efecto en el tiempo.

Hay que dejar de lado muchos de los conceptos que aprendimos en el colegio para intentar comprender la Teoría de Cuerdas. Dejando de lado todas las consideraciones matemáticas y yendo a lo básico, esta teoría considera a un electrón no como un “punto” sin estructura interna y de dimensión cero, sino como una minúscula cuerda que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Esto, que en principio puede parecerte agarrado de los pelos, en realidad explica casi todo el comportamiento de las partículas que conocemos, e incluso a la gravedad. Mientras que para la “física normal” un punto (o partícula) no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional, para la Teoría de Cuerdas las cosas son muy diferentes. A nivel “microscópico” se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse, puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar.

De acuerdo con los postulados comunes de la física newtoniana, la causa precede al efecto en el tiempo. En la teoría de la relatividad especial, en cambio, si bien el concepto de causalidad se mantiene, la causa precede a su efecto solo en el caso de los observadores inerciales. En la teoría cuántica de campos, la causalidad está estrechamente relacionada con el principio de localidad. El análisis de ese principio es delicado, y muchas veces ese análisis pasa por el uso del teorema de Bell. De pronto ya no está tan claro que la causa preceda al efecto, y esto -tan ajeno a nuestra experiencia cotidiana- pone bastante nerviosos a muchos físicos, a pesar de que los modelos existentes lo expliquen bastante bien. Sin embargo, Gerard ‘t Hooft ha trabajado duro para crear un modelo que respeta a rajatabla el principio de causalidad, aunque el precio que ha pagado es la “desaparición” de las singularidades espacio temporales, agujeros negros incluidos.

Existen pruebas prácticamente irrefutables de que los agujeros negros existen.

En efecto, este premio nobel ha construido un modelo de la realidad diferente, pero con algunos efectos colaterales interesantes. El cambio fundamental en su idea es aceptar un nuevo tipo de simetría en el universo. En física, una “simetría” es una propiedad de un sistema que lo deja sin cambios bajo una determinada transformación. Por ejemplo, nuestras leyes físicas se mantienen constantes bajo cualquier cambio en la posición o dirección en el espacio. Es una idea enormemente poderosa. Para conservar el principio de causalidad dentro de una Teoría de la Gravedad Cuántica tenemos que aceptar la idea de una simetría de escala. En otras palabras, las leyes de la física son las mismas independientemente de la escala. Esto, que unificaría la física de lo pequeño con la física de lo macroscópico también implica una idea conocida como “complementariedad de agujeros negros”, en la cual un observador dentro de un agujero negro ve el universo de una forma distinta a un observador fuera del agujero.

Las consecuencias de esta idea son profundas, y el físico las explica así: “Si añadimos todo esto a nuestro conjunto de transformaciones de simetrías, los agujeros negros, las singularidades espacio temporales, y horizontes de sucesos desaparecen. A cambio, mantenemos intacta la idea de causalidad.” Matemáticamente, el trabajo de este científico es impecable, y eso explica la algarabía de una parte de sus colegas. Por otro lado, varias de décadas de observaciones del universo en que vivimos aportan pruebas prácticamente irrefutables de que los agujeros negros existen, por lo que muchos otros científicos se preguntan si el nuevo universo de ‘t Hooft guarda alguna relación con el que vivimos nosotros.

Los aceleradores de partículas podrían determinar si Gerard ‘t Hooft tiene razón.

Actualmente, la existencia de los agujeros negros está bien aceptada. Los astrónomos pueden ver sus efectos gravitatorios. Y aunque nadie ha observado directamente un agujero negro o la radiación de Hawking que los físicos suponen que emiten, pocos dudan de que se acumularán las pruebas a favor. Sin embargo, el problema más serio que genera la nueva teoría es la idea de “invariancia de escala”. Si ‘t Hooft está en lo cierto y fueses súbitamente encogido (o agrandado) en un factor desconocido dentro de una caja cerrada, te sería imposible diseñar un experimento que te permita determinar la magnitud de tu cambio de escala. Con las leyes actuales, que entiende las diferencias existentes entre los efectos cuánticos y los Newtonianos, podrías averiguar tu nuevo tamaño. El propio ‘t Hooft reconoce esta limitación, admitiendo que “la constante G de Newton no es invariante en escala en absoluto”.

Es demasiado pronto para saber si la teoría propuesta por Gerard ‘t Hooft puede reemplazar a nuestro querido (y odiado) conjunto de reglas actuales. Sin embargo, es muy posible que algunos de los elementos que propone ayuden a desvelar algunos de los misterios que aun subsisten en el seno de la física. Lo más probable es que -dentro de algunos años- los experimentos efectuados en los aceleradores de partículas o alguna observación efectuada con los nuevos telescopios espaciales confirmen o desmientan las afirmaciones de este premio Nobel. Mientras tanto, seguimos esperando.