miércoles, 27 de enero de 2016

La atrevida teoría de cuerdas









Los físicos teóricos es gente fantástica, imaginativa y con un sentido de la realidad, mejor dicho de las realidades, fuera de serie. Pero esta es la única manera de enfrentarse a la evidencia de que nuestro universo se basa en dos leyes que se contradicen, o mejor dicho, en dos constataciones totalmente opuestas (ver  LOS DISGUSTOS DE EINSTEIN): por un lado, a niveles subatómicos, vivimos en un mundo caótico del todo vale, pero al mismo tiempo nos encontramos en un universo ordenado, predecible y tan exacto como un reloj, que constituyen los planetas, estrellas y galaxias. Es necesario encontrar una teoría que abarque ambos mundos, la teoría del todo, y para encontrarla lo único que podemos hacer es confiar en los físicos teóricos y sus locuras.

Para empezar, tenemos que aceptar la existencia de universos paralelos y de más dimensiones de las que necesitamos. Exactamente 11. Naturalmente, la mayoría de estas dimensiones no las hemos percibido jamás pero eso no demuestra que no puedan existir. Como dicen los paleontólogos, la ausencia de evidencias, no es evidencia de la ausencia. Podemos imaginar un salchichón partido en muchas rodajas, en el que cada rodaja es un universo, de modo que aunque nos resulte duro admitirlo, nosotros vivimos en una rodaja de salchichón.
La siguiente pregunta es, ¿podemos pasar instantáneamente de un lugar a otro, o a  un momento diferente? Probablemente no, pero sabemos que la ciencia ha cambiado nuestro mundo de tal manera que ahora aceptamos como normal muchísimas cosas que no hace mucho nos parecían ciencia ficción. Así que, ¿quién sabe?
La teoría de cuerdas tiene mucho de ciencia y quizá también de ficción, pero es una teoría que cada vez cobra mayor número de adeptos entre los científicos. Se basa en que todo, planetas, protones, incluso la fuerza de la gravedad o la electromagnética, todo, está formado por unos hilos de energía llamados cuerdas. Si todos estos hilos están unidos de alguna forma, ya tenemos los cimientos para construir una teoría del todo. Por cierto, los hilos forman tejidos, membranas y lo menos que podemos decir de esto, es que es muy bonito, pero no quiero adelanterme.
Yo lo que tengo claro es que según la teoría de cuerdas el universo es mucho más extraño de lo que imaginábamos, pues asegura que estamos rodeados de dimensiones ocultas, lugares que van mucho más allá del espacio tridimensional que conocemos, y además que los tenemos aquí al lado. Lo que considerábamos hasta ahora nuestro universo puede ser una pequeña parte de algo mucho más grande. Quizá vivimos en una membrana que SÍ es tridimensional (nuestra rodaja de salchichón) que está flotando en una dimensión espacial mayor. Podría haber otros mundos a nuestro alrededor, pero completamente indetectables. Una vez más, universos paralelos.
¿Qué pintan en todo esto las cuerdas? Las cuerdas vibran de diferentes modos, y cada modo distinto constituye una partícula fundamental. Al unirlas todas tenemos el universo. Qué bien, lo malo es que existen 5 teorías distintas de cuerdas, cinco aspirantes a la gloria cada cual con sus defensores, y dado que lo que pretendemos es encontrar una explicación al universo, más nos vale tener solo una. Las  5 versiones se diferencian en sus razonamientos matemáticos, entonces, en medio de esta confusión llega Edward Witten, considerado el mejor científico vivo, y en su famosa conferencia de 1995 (famosa es un decir), consigue convencer a todos los asistentes de que en realidad solo hay una teoría de cuerdas, lo que pasa es que existen, por decirlo así, cinco espejos donde se reflejan 5 imágenes de lo mismo, 5 reflejos de la única teoría posible, que naturalmente es la que él plantea, que para eso se le ha ocurrido la idea. Tras unos momentos de expectación en que todos los científicos asistentes se miran con gesto de “no está mal pensado”, el auditorio estalla en una ovación de aprobación y por fin todo el mundo acepta una única teoría de cuerdas. Witten la llama la teoría M, sin que esté nada claro a qué corresponde la letra M. Cada  científico al que se le hace esta pregunta tiene a su vez su propia teoría. Se refiere a que es una teoría Magna, dicen unos. M de magia, dicen otros. Monstruosa, Magnífica, Misterio, es una W al revés.… cada cual da su opinión. Para mayor desconcierto, Witten de vez en cuando se refiera a su teoría M, como la teoría U.

UNA DIMENSIÓN MÁS, POR SI YA ERAN POCAS.

En todas las ecuaciones matemáticas que describen la teoría M aparecen 11 dimensiones, explicando que las cuerdas vibran en las cuatro dimensiones que conocemos pero también pueden hacerlo en otras siete más que no conocemos. Antes de la teoría M, las otras cinco teorías postulantes, hablaban de 10 dimensiones, una menos. La dimensión número 11, la que añadió Witter es de vital importancia y representó una auténtica revolución pues es la que permite (matemáticamente) a las cuerdas estirarse a lo ancho para formar membranas. Estas membranas pueden tener tres o más dimensiones y si tienen energía suficiente, pueden alcanzar un tamaño gigantesco. Tan grande como  nuestro universo. Esta es la gran aportación de Witter, poder hablar de membranas aunque se siga diciendo teoría de cuerdas, pues la existencia de membranas gigantes no excluye la de cuerdas insignificantemente pequeñas que constituyen las partículas elementales. Podemos imaginar montones de membranas gigantes y paralelas donde nuestro universo es solo una de esas membranas. Me temo que hemos vuelto a demostrar que vivimos en una rodaja de salchichón, con el añadido de que hay muchos salchichones,  no solo el que contiene nuestra rodaja.

A partir de este punto se puede utilizar la teoría M para muchísimas cosas: comunicarnos con otros universos paralelos, lo cual como aplicación parece muy interesante; para intentar explicar el big bang que sucedió en nuestra “rodaja de salchichón”, para entender por qué la fuerza de gravedad es tan insignificante comparada con, por ejemplo, la electromagnética, … incluso para reducir una ecuación con incontables términos en cada miembro a la breve expresión de fuerza igual a masa por aceleración.
Muchos científicos se preguntan si todo esto se trata solo de un entretenimiento matemático o realmente describe el universo. ¿Se puede probar que el mundo está hecho verdaderamente de cuerdas y membranas, de universos paralelos y dimensiones adicionales? ¿Se puede ver en un laboratorio? ¿Es esto ciencia o conjeturas de ciencia ficción? Si no podemos evaluar la teoría, no es ciencia sino filosofía. ¿Podemos encontrar pruebas de la existencia de las cuerdas, teniendo en cuanta que son de menor tamaño que cualquier partícula conocida?

La respuesta puede resultar emocionante o decepcionante, depende del espíritu de cada cual, pero en cualquier caso, vendrá dada en la siguiente entrega de mis artiblogs científicos, pues lo científico no quita lo literario, y en literatura siempre hay que mantener la expectación en el lector. Para que no se aburra.








sábado, 16 de enero de 2016

La caza





La ilustración es de mi amigo Jaime Gamboa, y ha salido así de rara porque se trata de un cuadro que he fotografiado pues no me cabía en el escáner. Cosas que pasan.






He descubierto que mi gato cuando tiene hambre me acecha para cazarme con la evidente intención de alimentarse. Primero me mira fijamente, sin moverse, sentado en mi sillón, trazando su plan infalible. De momento, todo lo que hace es seguir mis movimientos solo con la mirada, ya habrá tiempo para la acción. Entonces yo me pongo en marcha y observo por el rabillo del ojo que él ha bajado sin hacer ningún ruido del sillón y que empieza a deslizarse sigilosamente, como una sombra, detrás de mí. Si entro en el dormitorio, él entra a continuación siguiéndome a cierta distancia tratando de no ser descubierto. Cuando salgo, a los pocos segundos sale él con la cabeza gacha, casi a ras del suelo, moviendo los omóplatos exageradamente, de forma acompasada, como dos metrónomos que fueran marcando el ritmo pausado del ataque inminente. Entro en el salón, y observo que él también lo hace andando muy pegado a la pared; sortea la mesita de ajedrez y la lámpara que me regaló mi madre, salta silenciosamente al aparador y se esconde detrás de la televisión a la espera de mi próximo movimiento.
Yo sé qué va a pasar, conozco perfectamente cómo va a acabar todo y desde que decidí tener un gato en casa, asumí que esto iba a suceder.
Con decisión entro en la cocina y mi gato sale en mi persecución saltando de su escondite con increíble rapidez. Entonces llega hasta donde estoy yo y se coloca detrás de mí, sentado sobre sus cuartos traseros, maullando como un descosido para reclamar su comida. No va a parar hasta que vea que cojo una lata de la nevera, y que con rapidez la vacío en su plato con forma de ratón.

Así es como se alimenta mi gato, el eterno juego de la vida y la muerte.




domingo, 10 de enero de 2016

Los disgustos de Einstein







En una ocasión comenté que tenía ganas de escribir artiblogs sobre ciencia, exactamente cuando publiqué CARBONO 14. Tantas ganas tenía que fui a matricularme en un curso de periodismo científico, por aquello de hacer las cosas de forma colegiada, pero he de reconocer que el precio del master me desanimó bastante, no así a la universidad que lo impartía que me sigue acosando con emailes, incluso con llamadas telefónicas. Pues bien, las ganas no se me han pasado, de modo que voy a cumplir con mi amenaza. Recuerdo que consistía en divulgar todo lo que yo sé sobre la teoría de cuerdas.


EINSTEIN, MECÁNICA CUÁNTICA Y POR SI FUERA POCO, TEORÍA DE CUERDAS.

Encontrar una teoría capaz de explicar el universo en su totalidad es un anhelo compartido por muchísimos científicos que han visto como se escapaba su vida tratando de conseguirlo. En el caso de Stephen Hawking,  La Teoría del Todo, es incluso el título de la película biográfica que rodó James Marsh basándose en las memorias de Jane Hawking, exesposa del astrofísico (por cierto, muy recomendable; la película, claro). 

Por simplificar (de momento), digamos, que la teoría de cuerdas establece precisamente eso, que existe una conexión íntima entre todas las cosas que componen el universo. Es una forma de unir el mundo de los cuerpos grandes, tipo planetas y estrellas, con el de las partículas atómicas, que como veremos es una tarea que se las trae, muchísimo más complicada de lo que la intuición nos puede decir, en el extraño caso de que tengamos una intuición capaz de guiarnos en asuntos tan arcanos.
Expresado de una forma poética, podemos imaginar hilos que vibran de diferentes maneras, infinitas notas musicales, para formar todos los componentes de la naturaleza, y que esos hilos están unidos en un tejido único. El universo es una sinfonía cósmica que suena al compás que marcan esos minúsculos hilos de energía, que de manera tosca llamamos cuerdas.
Pero antes de entrar de lleno en la teoría de cuerdas, conviene que repasemos unos conceptos que aunque puedan parecer básicos, es preferible recordarlos, tal como me hubieran dicho en el master que no he llegado a hacer.
De momento, lo que puedo adelantar es que el universo es mucho más extraño con esta teoría, al menos, eso me parece a mí.

EINSTEIN Y  SU TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL

Einstein también buscaba una teoría que explicara el funcionamiento de todo el universo, las ecuaciones de La Teoría de Todo. Una gran teoría unificadora capaz de aglutinar todas las leyes conocidas en una única ecuación, una ley que describiera todo lo que conocemos del universo, desde un neutrón a una estrella gigante. Murió antes de encontrarlo y como vamos a ver, bastante confuso.

La conocida y aceptada conclusión de que la velocidad de la luz es un límite cósmico que nadie puede superar, contradice la ley de la gravedad. Afortunadamente, solo en apariencia, pero veamos cómo es esa apariencia, porque no resulta nada evidente. Si desapareciera repentinamente el sol, ¿qué pasaría con todos los planetas que debido a la gravedad giran disciplinadamente alrededor de él? Pues es fácil suponer que saldrían todos desperdigados, pero, y aquí está lo bueno, no lo harían instantáneamente, sino que les llevaría un tiempo. Un tiempo, sí, de la misma forma que también la luz tarda un tiempo en llegar a cada planeta. ¿Cuánto?... eso es lo de menos, lo que realmente importa es saber que las ondas gravitatorias también viajan por el espacio tomándose su tiempo, y que no llega a los sitios, así, inmediatamente.  Es decir, las ondas gravitatorias se desplazan a cierta velocidad, y esa velocidad es precisamente la velocidad de la luz, que es una onda electromagnética como todo el mundo sabe desde que lo dijo Maxwell. Precisamente Maxwell fue el individuo que unificó el campo de fuerzas eléctrico con el magnético, de modo que eso ya supuso un avance en el camino hacia la unificación total. El siguiente paso, era unificar el campo de fueras electromagnético con el gravitacional. Al primero le vamos a llamar EM, y al segundo G, por aquello de simplificar. Einstein pensaba que si unificaba G con EM, daría con la ecuación única que explicaría el universo al completo. Pobre, anda que no le quedaba todavía. De momento, su primera meta era demostrar que la velocidad gravitacional era la misma que la de la luz, c (se le llama así, “c”, porque en latín, celeritas significa rapidez, y parece que es algo que se ajusta bastante a lo que se quiere representar). Su libro Gravitation trata sobre este espinoso asunto, entre otros, y a no ser que uno disponga de extensísimos conocimientos y mucho tiempo, no es una lectura recomendable.
Einstein descubrió al intentar unificar G con EM, que las diferencias entre ambas fuerzas superaban en mucho a sus similitudes. Vamos, que no veía por donde cogerlo. Para empezar, las fuerza EM es millones de veces superior a la de la gravedad, pero aún tenía barreras mucho más altas que superar en su camino hacía la unificación total.




A finales de 1920 se desarrolló un campo nuevo en la investigación científica que se ocupaba, no de los planetas, ni de las estrellas y galaxias, sino todo lo contrario, precisamente de los objetos más pequeñajos, los que están ahí fastidiando a nivel microscópico. Fue el nacimiento de la mecánica cuántica, que lo primero que hizo nada más llegar fue destruir el concepto de universo. Hasta entonces, el universo era un mundo estupendo, ordenado, predecible, donde las ecuaciones de Newton daban resultados exactos y precisos, y donde se podía observar como los planetas, cometas y demás objetos celestes seguían unos movimientos preciosos, casi de ballet, armónicos y conocidos. De no ser así, hubiera sido una tontería enorme mandar un cohete a la Luna o una sonda espacial a Marte. Sin embargo la teoría de la mecánica cuántica dibujaba todo lo contrario, el desorden, casi el disparate, donde una partícula puede pasar simultáneamente por dos agujeros diferentes y donde nada es predecible; es el triunfo del azar. Por hacer una comparación, el universo de Einstein era ordenado y predecible, y el de Neil Bhor, un caos donde reina la incertidumbre y donde lo único que podemos hacer es predecir las posibilidades que existen ante un desenlace u otro.

La verdad es que cuando uno trata de unificar campos de fuerzas, es muy mala noticia encontrarse con un mundo donde cualquier posibilidad puede darse, y para complicar más las cosas, si no se da en este universo, nada nos dice que no se pueda dar en otro universo paralelo, de modo, que todo puede ser. Por tanto, podemos suponer el cambió de humor que sufrió Einstein con todas estas noticias.
Para desesperación de los amantes del orden, la mecánica cuántica (mc, por seguir con las siglas) dice que es imposible predecir el resultado de un experimento, y para mayor inri, no se trata de algo que podamos pasar por alto, pues la mc describe el funcionamiento del mundo a escala subatómica. El problema está en que a ese nivel subatómico también existen fuerzas, fuerzas que será necesario unificar con EM y G que ya teníamos. Para complicar aún más las cosas, por si no fuera suficiente con una, existen dos tipos de fuerzas nucleares, que llamaremos S y W. Una es la fuerza nuclear fuerte, que se establece entre protones y neutrones, y permite a los quarks que se unan para formar hadrones, y la otra es la fuerza nuclear débil, que permite que los neutrones se conviertan en protones emitiendo una radiación en el proceso, pero esto es entrar en detalles que se escapan de esta visión rápida del asunto; lo importante es darse cuenta de lo mucho que se ha complicado todo y que ahora se trata de unificar G, EM, S y W. Por cierto, como dato añadido, en 1945 se consiguió liberar la fuerza nuclear fuerte en el desierto de Nuevo México. Al experimento podemos llamarlo, primera bomba atómica.

En nuestro camino hacia la teoría del todo, tenemos que decir que a escala subatómica, G no tiene ninguna influencia, de modo que no parece sencillo unificar la teoría general de la relatividad con la mecánica cuántica. Pero si las teorías de Einstein describiendo el mudo de los planetas se cumplen siempre, y las de la mc también se cumplen siempre, tenemos dos “siempres” distintos. Tenemos dos campos de la física: LA RELATIVIDAD GENERAL, que es el estudio de los objetos grandes, planetas, estrellas, galaxias,  donde la masa es protagonista, y la MECÁNICA CUÁNTICA, que solo se fija, de átomo para abajo, y por lo que vemos, lo que sucede en un campo no sigue las mismas leyes que lo que sucede en el otro. Es como tener dos familias que no se hablan ni se llevan bien viviendo bajo el mismo techo, con la certeza de que a la mínima se van a tirar los trastos a la cabeza. Entonces llega el abuelo y pretende que reine la armonía entre los dos bandos y que vivan felices juntos sin discutir, o al menos sin discutir demasiado.
Pues bien, el abuelo es la teoría de cuerdas. Ya solo queda ver cómo se las va a apañar el pobre para hacer que llegue la paz a ese hogar, que no es otra cosa que nuestro universo.

Eso es lo que veremos, pero de momento, ya sabemos entre quienes nos estamos jugando los cuartos.