¡Ya conocemos el 5% de todo lo que hay en el cosmos! Datos de Teoría de Cuerdas

Una charla con el Dr. Alberto Güijosa Hidalgo, Investigador del Departamento de Física de Altas Energías, del Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM.

Todos hemos escuchado alguna vez sobre la teoría de cuerdas, el gran acelerador de hadrones y la mecánica cuántica. Son temas tan populares, pero que no obstante son difíciles de comprender.

Es por ello que el Dr. Alberto Güijosa especialista en Teoría de Cuerdas, explicó para Desconstrucción los nuevos adelantos de la física, las bases generales de la Teoría de Cuerdas, especialmente la llamada “correspondencia holográfica”.

Actualmente, la Teoría de Cuerdas es una de las posibles interpretaciones del mundo, que nos explicaría de dónde proviene todo y cómo está constituido. Sin embargo, es una teoría controversial ya que cambia radicalmente la forma en la que vemos el mundo.

La teoría de cuerdas surgió en los años sesenta, pero no fue popular, hasta la publicación de varios artículos de Jöel Scherk y John Henry Schwarz, en 1974, del Instituto Tecnológico de California (California Institute of Technology, CALTECH por sus siglas en inglés). En dichos artículos proponían sustituir la idea de partículas puntuales “de puntos” por un tipo de objetos unidimensionales o “cuerdas” para describir la fuerza gravitatoria.

Aunque la teoría de cuerdas ha planteado las respuestas a nuestra interpretación de la gravedad, aun no tenemos los medios tecnológicos para descartar o aprobar sus hipótesis. Esto hace que muchos científicos la rechacen, por considerarla una teoría filosófica más que física. Piénselo de la siguiente manera: Usted en una solicitud de crédito, afirma tener ingresos por dos millones de pesos; pero no existen los medios para comprobarlo.

No obstante ¿qué propone la teoría de cuerdas?

De físicos experimentales a teóricos

Antes de adentrarnos a términos como correspondencia holográfica y cuerdas, Dr. Alberto Güijosa considera que es necesario que conozcamos a los físicos y cómo es que trabajan.

Si bien la física y los físicos son el estereotipo de científico, personificados en personajes como Albert Einstein, Stephen Hawking o Sheldon Cupper (de la serie televisiva The Big Bang Theory), poco sabemos de su trabajo.

Sabemos que trabajan con matemáticas y con instrumentos raros, algo así como un ingeniero en superlativo. Pues bien, el trabajo de la ciencia física es tan extenso que la Teoría de Cuerdas y de ahí la correspondencia holográfica, es sólo una de tantas aproximaciones para interpretar la realidad.

Antes que nada, nos explica el Dr. Alberto Güijosa, la teoría de cuerdas pertenece al área de física de partículas y gravitación, acompañada de temas como: cosmología, electro-débil, fuerte, neutrinos, Higgs, Modelo Estandar, más allá del Modelo Estandar, hoyos negros, teoría de campos, ondas gravitacionales y rayos cósmicos.

Aquí debemos subrayar que nos referimos a una aproximación más, que describe un hecho de la naturaleza más, dentro del contexto general de las ciencias. Esto se debe a que “los humanos somos víctimas de nuestro propio éxito: hemos aprendido tanto sobre el Universo, que hoy se requiere mucho esfuerzo para llegar a la frontera del conocimiento”, mencionó el Dr. Güijosa.

Dentro de esas divisiones, el trabajo en campo entre los físicos de partículas se dividió en físicos experimentales y teóricos. Los físicos experimentales responden a la pregunta ¿qué ocurre?, a su vez se separan en instrumentalistas, que diseñan y construyen nuevos detectores y experimentos; y analistas, que procesan y analizan los datos de los experimentos. Por su parte los físicos teóricos son o fenomenólogos, que sintetizan los datos obtenidos en los experimentos por los analistas, en fórmulas matemáticas; o teóricos formales, que exploran las propias fórmulas para entenderlas mejor y vislumbrar sus alcances.

Dejando claro esta división del trabajo, y describiendo a las personas dedicadas a la física en su labor cotidiana, fue que Güijosa asumió su rol y concluyó “los teóricos formales usamos el lenguaje matemático para explorar universos imaginarios”.

Es en el trabajo conjunto entre experimentación y formalización que sabemos “que todo lo que vemos a nuestro alrededor está formado por un pequeño número de partículas: a) 12 partículas de materia (‘ladrillos’) electrón, quarks, etc.; b) 4 partículas de fuerzas (‘cementos’), fotón, gluón, W, Z; c) Un ‘mar’ (campo) de Higgs que explica el origen de las masas (asociado a la recién descubierta partícula de Higgs)”.

 

Pese a estos grandes descubrimientos, existen aún muchas interrogantes que nos hacen dudar o creer que el Modelo Estándar es sólo el inicio de otra gran aventura en el desarrollo del conocimiento sobre la realidad.

Especialmente la materia ordinaria que describe este modelo, sólo es el 5% del contenido de todo el universo. Todo nuestro esfuerzo de investigación apenas conoce una pequeña parte, y deja sin explicar el 95% restante, conformado por materia oscura (25%) y energía oscura (70%).

Además del desconocimiento de la materia y energía oscuras, tenemos otra gran interrogante que ha dividido los caminos de la física en dos temas. Grandes cuerpos (planetas y estrellas) y el microuniverso de las partículas: la gravedad.

La gravedad, ese grave problema

Aunque sabemos que la gravedad a nivel microscópico es el resultado de la distorsión del espacio y el tiempo, aún quedan algunas interrogantes acerca de este fenómeno que no podemos comprender completamente. Es de nuestro conocimiento que ciertos cuerpos de grandes masas tienden a deformar el espacio y el tiempo, creando una curvatura.

Ahora bien, cuando cambiamos la dimensión de los cuerpos y nos acercamos al nivel microscópico pareciera que la gravedad no existiera. Esto lo podemos observar en dos hechos específicos: ¿Cómo son los hoyos negros?, y ¿cómo surgió la gravedad y porqué el universo se está agrandando?

Las respuestas a estas preguntas se plantean suponiendo que, en lugar de pequeñas partículas puntuales, todas las partículas se reducen a una cuerda que debido a cierto tipo de vibraciones producen una partícula.

Piénselo de la siguiente forma: En la escuela nos enseñaron (o están por enseñarles), que la materia en el universo está compuesta por átomos de la misma clase, conocidos como elementos. Dichos elementos forman una tabla con alrededor de 118 elementos un poco complicada de memorizar.

¿Cómo podemos memorizarlo más fácilmente? Los físicos descubrieron que en realidad la materia se compone por las relaciones entre las interacciones fundamenta

les y las partículas elementales, las cuales componen toda la materia: leptones, quarks y bosones, que en total se reducen a 17 partículas puntuales. Pero qué tal si pudiéramos ir más allá y conocer que esas 17 partículas se pueden reducir a una sola, y qué mejor que esta difiriera de un punto, y fuese una cuerda.

La teoría de cuerdas entonces explica que esas cuerdas al vibrar crean los electrones, los quarks, los leptones, los bosones y la gravedad. En este sentido sabemos que la gravedad es una partícula más, que podemos observar y ponerle un nombre: ¡gravitón!

Esto reduce todo el conocimiento del universo, a decir del Dr. Güijosa, “a un solo ingrediente básico”. En este sentido la teoría de cuerdas explica además del modelo estándar “a la gravedad, más la materia y la energía oscura… explica correctamente las propiedades de muchos hoyos negros (esto es ‘evidencia teórica’ a su favor). Pero, hasta la fecha, no hay todavía evidencia experimental de que la teoría de cuerdas describa correctamente a nuestro Universo”.

No obstante, la falta de comprobación, la teoría de cuerdas ha dado resultados al nivel teórico y de cálculos matemáticos, gracias a la correspondencia holográfica. Esta teoría, descubierta por el físico argentino Juan Maldacena en 1997, plantea una equivalencia entre sistemas con y sin gravedad. En otras palabras, encuentra un punto en común entre puntos y cuerdas.

“A pesar de las marcadas diferencias, [entre el universo puntual y el de cuerdas] estos 2 universos son equivalentes: existe un diccionario que traduce entre ellos… Ojo: ¡Ninguno de estos 2 universos es nuestro universo! Se trata de 2 universos imaginarios, que resultan ser uno mismo.”

Estos dos universos imaginarios resultan ser una especie de holograma de nuestro universo, de ahí el nombre de correspondencia holográfica. En este sentido Alberto Güijosa opina “Así que, además de absurda, ¡la equivalencia es muy útil!”

En este sentido, el Doctor nos concluye que:

“Gracias a la correspondencia holográfica, ahora sabemos además que las teorías de cuerdas son equivalentes a las teorías de partículas, reescritas de manera drásticamente distinta. Ella nos da lo que hasta ahora es la mejor manera que tenemos de entender de qué están hechos el espacio y el tiempo (y vislumbrar qué hay en el interior de los hoyos negros), al menos en aquellos universos imaginarios”.

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