Engañosa perfección

El modelo estándar es una poderosa herramienta pero no cumple todas las expectativas; no es un modelo perfecto. En primer lugar, podríamos empezar por criticar que el modelo tiene casi veinte constantes que no se pueden calcular. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de todos estos parámetros o números inexplicables y sus valores, pero el problema de todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca han sido enteramente convincentes. ¿Por qué se iba a preocupar la naturaleza de una fórmula mágica si en ausencia de tal fórmula no hubiera contradicciones? Lo que realmente necesitamos es algún principio fundamental nuevo, tal como el principio de la relatividad, pero no queremos abandonar todos los demás principios que ya conocemos. Ésos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del modelo estándar. El mejor lugar para buscar un nuevo principio es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría.

Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo.

El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

Vistas a través del microscopio, las constantes de la naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático no hay nada que objetar, pero la credibilidad del modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas, o lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas. ¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón?

Si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas para preguntas que, en este momento, no sabemos ni plantear.

Veremos si con el LHC se puede mejorar el Modelo o nos llevamos una enorme decepcion si no aparece el Boson de Higgs. Ahora mismo no puedo decir cual sera la solucion final pero, una cosa esta clara, no pararemos hasta desvelar algunos secretos que tiene profundamente guardados la Naturaleza, y, cuando eso llegue…¿que nos encontraremos?

emilio silvera

Los orígenes de la escritura (una cuestión muy polémica sobre uno de los pasos más importantes de la Humanidad), y, propiamente reconocida como tal, tiene más de un candidato, y en éste momento, son al menos tres.   Durante muchos años se dio como seguro que la escritura cuneiforme de Mesopotamia era la más antigua.  Había, sin embargo, un inconveniente.  El cuneiforme se compone de signos más o menos abstractos, y son muchos los que opinan que la primera escritura primera estaba relacionada con vínculos más fuertes e incuestionables con la pintura y los pictogramas, signos que son en parte dibujos de objetos y en parte símbolos.

En ese punto, hay que referirse a la obra de la arqueóloga Denise Schamndt-Besserat que, a finales de la década de los sesenta, esta investigadora advirtió que por todo Oriente Próximo se habían encontrado miles de “objetos de arcilla bastante prosaicos” que la mayoría de los arqueólogos habían considerados insignificantes.   Ella, pensaba lo contrario: que dichos objetos podían haber conformado un antiguo sistema que los estudiosos habían pasado por alto.  Visitó y estudió varias colecciones de estos “especimenes”, como los llamaba, en Oriente Próximo, el norte de África, Europa y América.

En el curso de sus estudios, descubrió que aquellos especimenes tenían, algunas veces, formas geométricas (esferas, tetraedros, cilindros) mientras que otras tenían forma de animales, herramientas o embarcaciones.  Además comprendió que se trataba de los primeros objetos de arcilla endurecidos por el fuego: fueran lo que fueran, su fabricación había requerido mucho trabajo y esfuerzo, y, desde luego, no eran prosaicos.

Finalmente, Dense tropezó con una descripción de una tablilla ahuecada encontrada en Nazi, un yacimiento del segundo milenio a. de C. al norte de Irak.  La inscripción cuneiforme decía: “Cuentas que representan ganado pequeño: veinte ovejas, seis borregas, ocho carneros adultos…” y así sucesivamente.

Cuando se abrió la tablilla, se encontraron dentro cuarenta y nueve cuentas, exactamente el número de animales escrito en la lista.

Para Schmandt-Besserat, aquello fue “como una piedra Rosetta”.  Durante los siguientes quince años examinó más de diez especimenes y concluyó que estos constituían un sistema primitivo de contabilidad y, en particular, uno que conduciría a la invención de la escritura.

Los griegos había descubierto el Atlántico en el s. VII a.C., cuando dieron el nombre de columnas de Hércules a la que hoy es el estrecho de Gibraltar.  Según Hecateo, el mundo era básicamente un plato plano y circular, cuyo centro estaba cerca de Troya o de la actual Estambul, y el mar Mediterráneo era una vía de acceso a un océano que circundaba toda la tierra.  A finales del S. VI, en el sur de Italia, un seguidor de Pitágoras propuso la idea de que la tierra era una esfera, una de los diez unidades de ese tipo que giraban alrededor de un fuego ubicado en el centro.  Sócrates y Platón aceptaron la perspectiva pitagórica y el primero llegó a decir que la tierra era plana en apariencia debido a su enorme tamaño.

Los griegos sabían que la tierra firme se extendía desde España hasta la India y había rumores de que incluso más allá.

El primer viajero del que se tiene noticias es Piteas, que vivió en Massalia (la actual Marsella).  Gracias a barqueros que habían recorrido el Ródano y conocido a otros viajeros, los habitantes de Massalia sabían que existía al norte un mar lo suficientemente grande como para contener islas, en las que se producían metales preciosos y una sustancia resinosa de color amarillo oscuro, muy apreciada debido a su belleza, denominada ámbar.  Sin embargo, el Ródano no llegaba hasta este mar y nadie sabía en realidad lo lejos que estaba.

Hacia el año 330 a.C., unos marineros que regresaban tras viajar al Mediterráneo occidental informaron de que, en esta ocasión, las Columnas de Hércules no estaban siendo defendidas.  Era la oportunidad que los mercaderes de Messalia habían estado esperando:

Se escogió a Piteas para realizar este viaje y se le equipó con una embarcación de unos cuarenta metros de largo (más grande de las que emplearía Colón).  Bordeando el continente, Piteas finalmente alcanzó el norte de Francia y luego, en medio de la niebla y la lluvia, pasó entre Inglaterra e Irlanda en dirección norte hasta llegar a las Orcadas y a continuación fue más allá de los Shetland y las Feroe y se encontró con una tierra en la que, durante el primer día del verano, el Sol permanecía durante veinticuatro horas por encima del horizonte.

Piteas denominó a este lugar Tule, y durante siglos Última Tule se consideró el fin del mundo en esta dirección  (es posible que se tratara de Islandia, Noruega o incluso algunas de los Shettand o las Faroe). Piteas regresó por Dinamarca y Suecia y descubrió un gran mar interior, el Báltico, donde comenzó su búsqueda del País del Ámbar.  En su recorrido, descubrió ríos que fluían de sur a norte (como el Oder y el Vistula) y entendió que a través de ellos las noticias sobre el mar del norte habían llegado al Mediterráneo.

Ya he comentado que la teoría de cuerdas tiene un origen real en las ecuaciones de Einstein en las que se inspiro Kaluza para añadir la quinta dimensión y perfeccionó Klein (teoría Kaluza-Klein). La teoría de cuerdas surgió a partir de su descubrimiento accidental por Veneziano y Suzuki, y a partir de ahí, la versión de más éxito es la creada por los físicos de Princeton David Gross, Emil Martinec, Jeffrey Harvey y Ryan Rohm; ellos son conocidos en ese mundillo de la física teórica como “el cuarteto de cuerdas”.  Ellos han propuesto la cuerda heterótica (híbrida) y están seguros de que la teoría de cuerdas resuelve el problema de “construir la propia materia a partir de la pura geometría: eso es lo que en cierto sentido hace la teoría de cuerdas, especialmente en su versión de cuerda heterótica, que es inherentemente una teoría de la gravedad en la que las partículas de materia, tanto como las otras fuerzas de la naturaleza, emergen del mismo modo que la gravedad emerge de la geometría”.

La característica más notable de la teoría de cuerdas (como ya he señalado), es que la teoría de la gravedad de Einstein está contenida automáticamente en ella. De hecho, el gravitón (el cuanto de gravedad) emerge como la vibración más pequeña de la cuerda cerrada, es más, si simplemente abandonamos la teoría de la gravedad de Einstein como una vibración de la cuerda, entonces la teoría se vuelve inconsistente e inútil. Esta, de hecho, es la razón por la que Witten se sintió inicialmente atraído hacia la teoría de cuerdas.

Witten está plenamente convencido de que “todas las ideas realmente grandes en la física, están incluidas en la teoría de cuerdas”.

No entro aquí a describir el modelo de la teoría de cuerdas que está referido a la “cuerda heterótica”, ya que su complejidad y profundidad de detalles podría confundir al lector no iniciado. Sin embargo, parece justo que deje constancia de que consiste en una cuerda cerrada que tiene dos tipos de vibraciones, en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario, que son tratadas de forma diferente.

Las vibraciones en el sentido de las agujas de reloj viven en un espacio de diez dimensiones. Las vibraciones de sentido contrario viven en un espacio de veintiséis dimensiones, de las que dieciséis han sido compactificadas (recordemos que en la teoría pentadimensional Kaluza-Klein, la quinta dimensión se compactificaba curvándose en un circulo). La cuerda heterótica debe su nombre al hecho de que las vibraciones en el sentido de las agujas de reloj y en el sentido contrario viven en dos dimensiones diferentes pero se combinan para producir una sola teoría de supercuerdas. Esta es la razón de que se denomine según la palabra griega heterosis, que significa “vigor híbrido”.

Me hace gracia ver y escuchar como “doctos” licenciados dicen que ellos conocen lo que es el Universo, por ejemplo, o lo que pasó en los primeros tres minutos a partir de lo que llamamos Big Bang. En realidad, se están refiriendo a que tienen un modelo del Universo temprano, y que este mo0delo encaja con los resultados que hasta el momento hemos obtenido mediante experimentos y observaciones.

No siempre este modelo científico es una fiel imagen de la realidad. Los átomos y las moléculas que componen el aire que respiramos, por ejemplo,  se pueden describir en términos de un modelo en el que imaginamos cada partícula como si fuera una pequeña esfera perfectamente elástica, con todas las pequeñas esferas rebotando unas contra otras y contra las paredes del recipiente que las contiene.

Esa es la imagen mental, pero es sólo la mitad del modelo; lo que lo hace modelo científico es describir el modo como se mueven las esferas y rebotan unas contra otras mediante un grupo de leyes físicas, escritas en términos de ecuaciones matemáticas. En este caso, éstas son esencialmente las leyes del movimiento descubiertas por Newton hace más de trescientos años. Utilizando estas leyes matemáticas es posible predecir, por ejemplo, que le pasará a la presión ejercida por un gas si se aplasta hasta la mitad de su volumen inicial. Si hacemos el experimento, y, el resultado que se obtiene encaja con la predicción del modelo, este será un buen modelo.

De hecho, todos los modelos científicos tienen aplicabilidad limitada. Ninguno de ellos es “la verdad “. Cuando un científico afirma, por ejemplo, que el núcleo de un átomo está compuesto por partículas denominadas protones y neutrones, lo que en realidad debería decir es que el núcleo de un átomo se comporta, bajo determinadas circunstancias, como si estuviera formado de protones y neutrones. Los mejores científicos toman el “como sí “, pero entienden que sus modelos son, efectivamente, sólo modelos; científicos menores a menudo olvidan esta diferencia crucial.

Los científicos menores, y muchos no-científicos, tienen otra idea equivocada. A menudo piensan que el papel de los científicos hoy en día es llevar a cabo experimentos que probarán la exactitud de sus modelos con una precisión cada vez mayor (hacia posiciones con más y más decimales). ¡En absoluto! La razón para llevar a cabo experimentos que demuestren predicciones previas no comprobadas es descubrir dónde fallan los modelos. Encontrar defectos en sus modelos es la esperanza abrigada por los mejores científicos, porque esos defectos destacarán los lugares donde necesitamos una nueva comprensión, con modelos mejores, para progresar.