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.