{"id":1904,"date":"2009-04-14T14:05:26","date_gmt":"2009-04-14T13:05:26","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1904"},"modified":"2009-04-14T14:05:26","modified_gmt":"2009-04-14T13:05:26","slug":"esa-teoria-tan-esperada","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/04\/14\/esa-teoria-tan-esperada\/","title":{"rendered":"Esa Teor\u00eda tan esperada"},"content":{"rendered":"
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La f\u00edsica ser\u00e1 incompleta y conceptualmente insatisfactoria en tanto no se disponga de una teor\u00eda adecuada de la gravedad cu\u00e1ntica.<\/p>\n<\/blockquote>\n

\"Gravedad<\/p>\n

Durante el siglo XX, la f\u00edsica se fundament\u00f3, en general, sobre dos grandes pilares: la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y la teor\u00eda de relatividad<\/a>. Sin embargo, a pesar de los enormes \u00e9xitos logrados por cada una de ellas, las dos aparecen ser incompatibles. Esta embarazosa contradicci\u00f3n, en el coraz\u00f3n mismo de f\u00edsica te\u00f3rica, se ha transformado en uno de los grandes desaf\u00edos permanentes en la ciencia.<\/p>\n

La teor\u00eda de la relatividad<\/a> general da cuenta a la perfecci\u00f3n de la gravitaci\u00f3n. Por su parte, la aplicaci\u00f3n a la gravedad de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica requiere de un modelo espec\u00edfico de gravedad cu\u00e1ntica. A primera vista, parecer\u00eda que la construcci\u00f3n de una teor\u00eda de gravedad cu\u00e1ntica no ser\u00eda m\u00e1s problem\u00e1tico que lo que result\u00f3 la teor\u00eda de la electrodin\u00e1mica cu\u00e1ntica <\/a>(EDC), que ya lleva m\u00e1s de medio siglo con aplicaciones m\u00e1s que satisfactorias.<\/p>\n

En lo medular, la EDC describe la fuerza electromagn\u00e9tica<\/a> en t\u00e9rminos de los cambios que experimentan las llamadas part\u00edculas virtuales, que son emitidas y r\u00e1pidamente absorbidas de nuevo; el principio de incertidumbre<\/a><\/a> de Heisenberg nos dice que ellas no tienen que conservar la energ\u00eda y el movimiento. As\u00ed la repulsi\u00f3n electrost\u00e1tica entre dos electrones<\/a> puede ser considerada como la emisi\u00f3n, por parte de un electr\u00f3n<\/a>, de fotones<\/a> virtuales y que luego son absorbidos por el otro.<\/p>\n

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La misma mec\u00e1nica, pero a trav\u00e9s de los cambios de la part\u00edcula virtual de la gravedad el \u00abgravit\u00f3n<\/a>\u00bb (el quantum del campo gravitacional), podr\u00eda considerarse para estimar la atracci\u00f3n gravitacional entre dos cuerpos. Pero gravitones<\/a> nunca se han visto. La gravedad es tan d\u00e9bil que puede obviarse a escala molecular, donde los efectos cu\u00e1nticos son importantes. Ahora, si los cambios que podr\u00edan realizarse en los gravitones<\/a> s\u00f3lo se producen en la interacci\u00f3n entre dos puntos de masa, es posible, entonces, que en los cuerpos masivos se ignore los efectos cu\u00e1nticos. El principio de incertidumbre<\/a><\/a> de Heisenberg nos se\u00f1ala que no podemos medir simult\u00e1neamente la posici\u00f3n y la velocidad de una part\u00edcula subat\u00f3mica, pero esta indeterminaci\u00f3n es imperceptible para los planetas, las estrellas o las galaxias.<\/p>\n

Pero el principal obst\u00e1culo, sin embargo, es la cantidad de complicados procesos que implica examinar un gran n\u00famero de gravitones<\/a>. La gravedad se diferencia crucialmente del electromagnetismo al no ser lineal. Esta inlinealidad surge porque la gravedad posee la energ\u00eda, y \u00e9sta tiene la masa, que gravita. En el lenguaje cu\u00e1ntico, esto implica que gravitones<\/a> interact\u00faan rec\u00edprocamente con otro gravitones<\/a>, a diferencia de los fotones<\/a>, que interact\u00faan s\u00f3lo con cargas y corrientes el\u00e9ctricas y no con otros fotones<\/a>. Ahora, como los gravitones<\/a> interact\u00faan el uno con el otro, las part\u00edculas de materia son rodeadas por complejas redes de gravitones<\/a> virtuales que forman \u00ablazos cerrados\u00bb, muy semejante a \u00ab\u00e1rboles bifurcados\u00bb.<\/p>\n

En la teor\u00eda de campo cu\u00e1ntica, los lazos cerrados son un signo de problema; ellos normalmente producen respuestas infinitas en los c\u00e1lculos de procesos f\u00edsicos. En EDC, tales lazos ocurren cuando un electr\u00f3n<\/a> emite y absorbe de nuevo su propio fot\u00f3n<\/a>. En ese caso, los infinitos son soslayados a trav\u00e9s de un procedimiento matem\u00e1tico conocido como renormalizaci\u00f3n. Si \u00e9ste es hecho correctamente, se obtienen razonables respuestas. La QED es lo que se llama una teor\u00eda renormalizable porque todos los infinitos pueden ser soslayados sistem\u00e1ticamente; en efecto, solo un conjunto de operaciones matem\u00e1ticas es suficiente para eliminar los infinitos.<\/p>\n

Lamentablemente, tal procedimiento sistem\u00e1tico no es operativo cuando la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica es aplicada a la relatividad<\/a> general; la teor\u00eda es, por lo tanto, \u00abno-renormalizable\u00bb. Cada proceso que implique progresivamente m\u00e1s lazos cerrados de gravitones<\/a> introduce nuevas variantes de t\u00e9rminos infinitos. Lo anterior, coarta la investigaci\u00f3n para much\u00edsimos fen\u00f3menos de inter\u00e9s, y sugiere que puede que haya b\u00e1sicamente algo que est\u00e9 errado en la relatividad<\/a> general, en la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, o en ambas.<\/p>\n

Pero miremos m\u00e1s all\u00e1 del problema de renormalizaci\u00f3n, \u00bfqu\u00e9 pasar\u00eda si nos remont\u00e1ramos a un momento en que todo lo que podemos ver, y hasta lo que hay m\u00e1s all\u00e1 de nuestro \u00abhorizonte\u00bb de 13.000 millones de a\u00f1os luz, estaba comprimido hasta un volumen menor que el de un n\u00facleo at\u00f3mico? A estas densidades descomunales, que se dieron durante los primeros 10\u201343<\/sup> segundos del universo (lo que se conoce como \u00abtiempo de Planck<\/a>\u00bb), tanto los efectos cu\u00e1nticos como la gravedad habr\u00edan sido importantes. \u00bfQu\u00e9 pasa cuando los efectos cu\u00e1nticos convulsionan todo un universo?<\/p>\n

Por ello, la f\u00edsica ser\u00e1 incompleta y conceptualmente insatisfactoria en tanto no se disponga de una teor\u00eda adecuada de la gravedad cu\u00e1ntica. Algunos te\u00f3ricos creen que ya es tiempo de explorar las leyes f\u00edsicas que prevalec\u00edan en el tiempo de Planck<\/a>, y han propuesto algunas hip\u00f3tesis interesantes. Sin embargo, no hay consenso sobre qu\u00e9 ideas hay que descartar. Lo que es seguro es que debemos rechazar nuestras queridas concepciones del espacio y el tiempo basadas en el sentido com\u00fan: el espaciotiempo a muy peque\u00f1a escala podr\u00eda tener una estructura ca\u00f3tica, espumosa, sin ninguna flecha temporal bien definida; puede que haya una generaci\u00f3n y fusi\u00f3n continua de agujeros negros<\/a> primores y min\u00fasculos. La actividad podr\u00eda ser lo bastante violenta para generar nuevos dominios espaciotemporales que evolucionar\u00edan como universos independientes. Eventos m\u00e1s tard\u00edos (en particular la fase inflacionaria que se describe en el cap\u00edtulo XVI<\/a>) podr\u00edan haber borrado cualquier rastro de la era cu\u00e1ntica inicial. El \u00fanico lugar donde podr\u00edan observarse efectos cu\u00e1ntico-gravitatorios ser\u00eda cerca de las singularidad<\/a>es centrales de los agujeros negros<\/a> (de donde ninguna se\u00f1al puede escapar). Una teor\u00eda sin consecuencias evidentes fuera de estos dominios tan ex\u00f3ticos e inaccesibles no es verificable. Para que se la tome en serio debe estar \u00edntimamente insertada o, en su efecto, articulada en alguna teor\u00eda con fundamento emp\u00edrico, o bien debe percibirse como una conclusi\u00f3n inevitable y convincente.<\/p>\n

Durante las \u00faltimas d\u00e9cadas, varias tentativas han sido hechas para buscarle una soluci\u00f3n al problema de la no-renormalizaci\u00f3n de la gravedad cu\u00e1ntica y caminar hacia la unificaci\u00f3n de todas las fuerzas. La aproximaci\u00f3n m\u00e1s esperanzadora para alcanzar ese viejo anhelo de los f\u00edsicos es la teor\u00eda de las \u00absupercuerdas<\/a>\u00bb, que ya anteriormente vimos.<\/p>\n

Sin embargo, recordemos aqu\u00ed que en la teor\u00eda de las supercuerdas se presume una escala natural energ\u00e9tica determinada por la energ\u00eda de Planck, alrededor de unos 1019<\/sup> GeV. Esto es 1017<\/sup> veces m\u00e1s alto que los tipos de energ\u00edas que pueden ser producidos en los aceleradores de part\u00edculas m\u00e1s grandes, lo que imposibilita contrastar con la teor\u00eda la existencia misma de las supercuerdas. No obstante, los te\u00f3ricos esperan que a escala de energ\u00eda accesible tanto la f\u00edsica, la relatividad<\/a> general, el electromagnetismo, las fuerzas nucleares d\u00e9biles y fuertes, las part\u00edculas subat\u00f3micas surjan de la teor\u00eda de las supercuerdas como una aproximaci\u00f3n. As\u00ed, se espera conseguir con ese modelo de cuerdas no s\u00f3lo una ajustada descripci\u00f3n de la gravedad cu\u00e1ntica, sino que tambi\u00e9n intentar con ella la anhelada unificaci\u00f3n de las fuerzas.<\/p>\n

Lamentablemente, no hay un \u00fanico l\u00edmite de baja energ\u00eda para la teor\u00eda de las supercuerdas como tampoco un s\u00f3lo modelo de la teor\u00eda. Por un tiempo, lo anterior pareci\u00f3 como una barrera infranqueable, pero en a\u00f1os recientes, y a trav\u00e9s de una mayor abstractaci\u00f3n matem\u00e1tica, se ha construido un nuevo modelo de supercuerdas conocido como \u00abla teor\u00eda M<\/a><\/a>\u00bb que amalgama dentro de ella otras teor\u00edas de supercuerdas.<\/p>\n

Por ahora, es demasiado pronto para pronunciarse si la teor\u00eda M<\/a> es finalmente el medio que reconciliar\u00e1 la gravitaci\u00f3n y la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, pero s\u00ed deber\u00eda poder cumplir con algunas expectativas, como ser las de explicar algunos hechos b\u00e1sicos sobre el mundo f\u00edsico. Por ejemplo, el espaciotiempo de cuatro dimensional tendr\u00eda que surgir de la teor\u00eda, m\u00e1s bien que ser insertado en ella. Las fuerzas y las part\u00edculas de naturaleza tambi\u00e9n deber\u00edan ser descritas, preferentemente incluyendo sus propiedades claves, como fuerzas de interacci\u00f3n y masas. Sin embargo, a no ser que la teor\u00eda M<\/a>, o una variante futura, pueda ser proyectada a la baja energ\u00eda de los laboratorio de f\u00edsica para poder ser contrastada, corre el riesgo de empezar a ser olvidada y finalmente archivada como uno m\u00e1s de los muchos y elegantes ejercicios matem\u00e1ticos que se han elaborado para la f\u00edsica en los \u00faltimos tiempos.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Si la teor\u00eda de supercuerda es una p\u00e9rdida de tiempo o no, ello est\u00e1 por verse. Por ahora, el desaf\u00edo m\u00e1s duro a superar por la teor\u00eda es entender por qu\u00e9 el espacio de 9 dimensiones m\u00e1s el tiempo se \u00abcomprime\u00bb bajo el aspecto de nuestro espacio habitual tetradimensional (el tiempo m\u00e1s las tres dimensiones espaciales), en vez de hacerlo en tres o cinco dimensiones, y ver c\u00f3mo sucede esto. A\u00fan hay un espacio infranqueable entre la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> y los fen\u00f3menos observables. La teor\u00eda de supercuerdas<\/a> plantea problemas demasiado dif\u00edciles ahora mismo para los matem\u00e1ticos. En este aspecto, es muy diferente de la mayor parte de teor\u00edas f\u00edsicas: normalmente, el aparato matem\u00e1tico de las teor\u00edas se desarrolla antes que \u00e9stas. Por ejemplo, Einstein<\/a> utiliz\u00f3 conceptos geom\u00e9tricos desarrollados en el siglo XIX, no tuvo que partir de cero para construir las matem\u00e1ticas que necesitaba.<\/p>\n

Por su parte, los f\u00edsicos cuerdistas se acorralan en lo que es f\u00e1cil de comprobar, es dif\u00edcil de calcular y lo que es f\u00e1cil de calcular, es dif\u00edcil comprobar. En consecuencia, pareciera que el camino que se est\u00e1 siguiendo es pretender desarrollar la teor\u00eda m\u00e1s y m\u00e1s, y hacer c\u00e1lculos cada vez m\u00e1s dif\u00edciles de manera de poder predecir cosas que sean f\u00e1ciles de observar. \u00bfEl camino tendr\u00e1 tiempo y final? Nadie tiene por ahora la respuesta.<\/p>\n

El f\u00edsico Eugene Wigner escribi\u00f3 un c\u00e9lebre art\u00edculo sobre este particular que llevaba por t\u00edtulo \u00abLa irrazonable efectividad de la matem\u00e1tica en las ciencias f\u00edsicas\u00bb. Tambi\u00e9n es un hecho notable que el mundo exterior muestre tantas estructuras susceptibles de descripci\u00f3n en \u00ablenguaje\u00bb matem\u00e1tico (sobre todo cuando tales estructuras se alejan mucho de las experiencias cotidianas que moldearon la evoluci\u00f3n de nuestros cerebros). Edward Witten, el principal experto en supercuerdas, describe dicha teor\u00eda como \u00abuna f\u00edsica del siglo XXI que cay\u00f3 en el siglo XX\u00bb. Sin embargo, ser\u00eda m\u00e1s extraordinario que seres humanos de cualquier siglo llegaran a desarrollar una teor\u00eda tan \u00abfinal\u00bb y general como pretenden ser las supercuerdas.<\/p>\n

Texto extra\u00eddo de Astrocosmo<\/a><\/em><\/p>\n

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