Uno de los grandes impulsores de esta teoría ha sido Edward Witten físico del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, New Yersey, quien tratando de unir conceptos de las matemáticas con la física, cree que puede lograr nuevas percepciones de la materia. Es así como hace algunos años empezó a prestar una especial atención a una teoría aparentemente excéntrica que transformaba totalmente nuestra representación actual del universo físico. Según él, de ser cierta (lo que muchos físicos teóricos dudan), podría ser "la idea más revolucionaria de la física de los últimos cincuenta años".

La "teoría de cuerdas", como se le conoce comúnmente (algunos científicos la llaman "teoría de supercuerdas") se aparta de la imagen familiar del universo compuesto de partículas semejantes a bolas de billar, impulsadas y tiradas por fuerzas conocidas como la gravedad y la electricidad. Por la teoría cuántica, sabemos desde los años veinte, que estas bolas de billar tienen curiosas propiedades ondulatorias: se parecen más a vibraciones que a puntos bien definidos en el espacio. La teoría de cuerdas propone ahora que esos puntos son en realidad pequeñísimos lazos, o "cuerdas" cerradas. Las cuerdas vibran en forma invisible, en sutiles resonancias. Tales vibraciones, según la teoría, constituyen todo el universo, desde la luz hasta las luciérnagas, tanto la gravedad como el oro.

Según los entusiastas de la teoría, estas cuerdas no son visibles, ni son como ligas elásticas, ni pedazos de cordel. Ellas serían imposibles de detectar mediante algún medio conocido por la ciencia de hoy, ya que son curvas matemáticas. Hablar de cuerdas, así como hablar de bolas de billar o de ondas, es una manera tosca de tratar de comprender lo desconocido en términos familiares. Por eso los físicos, como los poetas, recurren a la metáfora. Como dijo alguna vez el físico danés Nils Bohr, el padre de la Teoría Cuántica, "cuando se trata de átomos, el lenguaje sólo puede emplearse como en la poesía. El poeta, lejos de preocuparse de describir hechos, se dedica a crear imágenes".

Lo cierto es que las actuales teorías científicas aún no han sido capaces de concebir una imagen que adapte todas las piezas del universo dentro de un solo marco de referencia conceptual. Los físicos han ido destapando el átomo, como una serie de muñecas rusas, para descubrir primero en su interior a los electrones, protones y neutrones; y luego entidades más exóticas como los neutrinos y los quarks. Han aprendido cómo la fuerza nuclear, gravitacional y electromagnética mezclan estas partículas en moléculas y galaxias. Pero nadie sabe por qué, entre otras cosas debe haber electrones, o por qué las partículas son afectadas por la gravedad. La teoría de cuerdas, según sus seguidores, sería capaz de ofrecer una sola y consistente explicación para todo, desde el funcionamiento interior del átomo hasta la estructura del cosmos.

Para algunos científicos, la teoría de cuerdas tiene conceptos difíciles de tragar. La consistencia matemática que la hace tan precisa aparece sólo si estamos dispuestos a dejar de creer en un mundo conformado por las cuatro dimensiones conocidas: altura, extensión, ancho y tiempo, y en su lugar aceptar la existencia de seis dimensiones ocultas y adicionales, es decir un total de 10 dimensiones.

Witten trata de explicar esto señalando que debemos imaginarnos una cuerda cerrada como un lazo. Ellas estarían constituidas de alguna clase de sustancia fundamental. Ahora pensemos que el lazo gira, se enrosca y vibra no sólo en las tres dimensiones espaciales conocidas (más el tiempo), sino también en las otras seis que no podemos percibir. Mientras el lazo se agita, resuena de muchas distintas maneras, como una cuerda de violín decadimensional que emite versiones cósmicas de La o Mi bemol. Tales vibraciones, si la teoría de cuerdas está en lo correcto, determinan todas las posibles partículas y fuerzas del universo. Indudablemente que la explicación es difícil de entender. "Nadie comprende esto mucho mejor de lo que acabo de explicar", termina diciendo Witten. La verdad es que para aceptar las diez dimensiones se carecen de datos experimentales que puedan evidenciarlas.


Tratando de explicar algo más

Sin duda que para aceptar la teoría de cuerdas, falta mucho que explicar. Por ejemplo tendrán que demostrar como es que seis dimensiones permanecen invisibles para nosotros. Los teóricos de las cuerdas piensan que tales dimensiones están "enrolladas" apretadamente en escala de miles de millones de veces más pequeñas que el núcleo de un átomo. Pero ellos no saben aún cómo, por qué o cuándo se enrollaron estas dimensiones ocultas. Tal vez, dicen los teóricos, simplemente dejaron de expandirse hace miles de millones de años, cuando el resto del universo comenzó a hacerlo.

Estas grandes dudas no amilanan a Witten, quien afirma que "es muy posible que una adecuada comprensión de la teoría de cuerdas, tenga que hacer olvidar el concepto de espacio-tiempo" "la teoría de cuerdas es todo un milagro".

Para los físicos siempre ha sido patente el anhelo por alcanzar una explicación última. Lo cierto es que ellos han progresado cuando han ido descubriendo que fenómenos distintos terminan siendo aspectos diferentes de la misma cosa. Por ejemplo el gran descubrimiento de Newton fue que la fuerza que tiraba la manzana hacia el suelo era la misma que mantenía la Luna en su órbita alrededor de la Tierra, y a ésta en su órbita alrededor del Sol. Durante mucho tiempo se pensó que el magnetismo, la electricidad y la luz no tenían conexión alguna, hasta que en el Siglo XIX James Clark Maxwell y Michael Faraday comprobaron que todas eran manifestaciones del electromagnetismo. La teoría de la relatividad de Einstein nació en su empeño por reconciliar el electromagnetismo con la mecánica clásica.


Unificar todas las fuerzas

Los físicos se han obstinado por tratar de unificar o encontrar vínculos entre las fuerzas fundamentales conocidas de la naturaleza: gravedad, electromagnetismo, la fuerza "fuerte", que mantienen unidas las partículas dentro del núcleo de un átomo y la fuerza "débil", que explica la radioactividad, la desintegración espontánea del núcleo que da por resultado la emisión de energía.

El electromagnetismo, las fuerzas fuertes y las fuerzas débiles y todas las partículas conocidas del universo se pueden describir en función de la teoría cuántica. Ha sido esta teoría la que ha dado lugar a todo un campo de especulación científica. Según ella, todo es consecuencia de las interacciones de los campos de energía. Los campos vibran, pero únicamente en ciertos modelos o resonancias que corresponden a cantidades específicas (de ahí el término "cuánto") de energía. Estas resonancias son las partículas conocidas y las fuerzas del mundo cotidiano. De hecho, los físicos que emplean gigantescos aceleradores para romper átomos en busca de extrañas partículas llaman a su trabajo "cacería de resonancia".

No cabe duda que la teoría cuántica ha aclarado un sinnúmero de cuestiones y nos ha permitido comprender diversos problemas subatómicos que desde entonces han producido de todo, desde láser hasta semiconductores. Pero la teoría cuántica ha sido incapaz de relacionar la gravedad junto a las demás fuerzas. Los cálculos matemáticos que tratan de encajar la gravedad en ese marco de referencia arrojan resultados inservibles.

Con todo, la gravedad interactúa con toda clase de energía en el universo, incluso un haz de luz cae bajo su influencia. En consecuencia, la gravedad tiene que obedecer las mismas leyes de la naturaleza. La pregunta clave es ¿Qué son esas leyes?.


De donde salio la teoría de cuerdas

Durante gran parte de su vida, Einstein luchó por unir la gravedad con el electromagnetismo a fin de explicar la naturaleza en función de un "campo unificado". Nunca lo logró. Pero en 1919 recibió una carta de un físico alemán llamado Theodor Kalusa, quien le sugería que el electromagnetismo podía explicarse como una manifestación pentadimensional de la gravedad. Con todo, Kalusa no podía explicar por qué esta quinta dimensión pasaba inadvertida. Pero en 1926, un matemático sueco, Oskar Klein, sugería que la quinta dimensión estaba enrollada tan apretadamente (en una escala tan pequeña) que no afectaba a nada tan grande como incluso una partícula subatómica.
En verdad la teoría de cuerdas es una forma resucitada de la teoría de Kalusa-Klein, si bien mucho más complicada. Al igual que la quinta dimensión de Klein, se consumió hasta volverse invisible, así, las seis dimensiones adicionales de la teoría de cuerdas, de alguna manera se "apretaron" en la misma forma. Si aceptamos la idea de estas dimensiones ocultas que propone la teoría de cuerdas, la inconsistencia matemática que han impedido los intentos de reconciliar la teoría cuántica y la gravedad desaparecen prodigiosamente, dicen sus sostenedores.

Pero no está claro que la teoría de cuerdas sea una realidad. No hay ninguna prueba, aparte de un modelo matemático consistente que apoye la existencia de seis dimensiones adicionales. Esta evidencia no hay que despreciarla, dice Witten, ya que las matemáticas han sido una de las guías más confiables con que han contado los físicos de este siglo. La verdad es que los físicos no iniciaron la búsqueda de la teoría de cuerdas, ni tampoco continuaron seriamente el trabajo de Kaluza-Klein. Más bien se toparon con ella por las matemáticas.

En 1968, un físico italiano, Gabriele Veneziano, investigaba la fuerza fuerte (la que mantiene unidas las partículas dentro del núcleo) cuando se encontró, por casualidad, con una fórmula matemática que tenía ciertas propiedades peculiares. Algunos años más tarde Yoichiro Nambu, de la Universidad de Chicago, comprendió que esta ridícula formula explicaba la vibración de las cuerdas.

Durante algunos años la teoría de cuerdas despertó un gran interés. Sin embargo, hacia mediados de los setenta, fue completamente abandonada, en parte porque otras líneas de investigación parecían más prometedoras y también en gran parte porque exigía la inaceptable existencia de seis dimensiones adicionales. Cuando los investigadores comprobaron que esta teoría sólo tenía sentido en 10 dimensiones, la mayoría abandonó el campo.

Sin embargo, en los últimos años se ha seguido insistiendo en ella, aun cuando lo único consistente que la sostiene es una fórmula matemática. Según Witten, ella no puede por ahora, ni en un futuro próximo, comprobarse en el laboratorio. De hecho, ella está tan alejada de la realidad observable que se requiere de una generación o más, antes de que se conozca su valor, o cualquiera aplicación posible. Incluso la teoría de cuerdas va a requerir de muchas nuevas matemáticas. Por ahora ella permanece como un trozo de la física del Siglo XXI que por casualidad cayó en el Siglo XX, dice Witten.

Pero así es el trabajo de los físicos teóricos, quienes elaboran teorías, que en ocasiones posteriores se llegan a comprobar. Tal por ejemplo ha sido el caso de las estrellas de neutrones y lentes gravitacionales (enormes concentraciones de materia en el espacio exterior que producen a los ojos de los humanos en la Tierra, imágenes duplicadas de estrellas), que fueron en un comienzo consideradas como ficción científica, pura especulación, hasta que de pronto se las encontró en el cielo. "La historia de la ciencia está salpicada de predicciones en las que tal y cual idea, por no ser práctica, nunca fueron comprobadas". Pero también la historia de la física muestra que las buenas ideas consiguen ser aprobadas". Según Witten, "la teoría de cuerda es demasiado buena para no ser real. Si hoy aparece difícil y compleja, sólo significa que no ha sido bien comprendida".

John Ellis, físico teórico del centro Europeo para la investigación nuclear en Ginebra: "La fenomelogía de las cuerdas o supercuerdas es aún un tema muy joven. Hay muchas cuestiones abiertas y problemas técnicos, y es fácil ridiculizar a sus defensores por su fervor totalitario. Sin embargo, son sólo los optimistas quienes logran algo en este mundo".



Artículo preparado en base a la publicación de K.C. Cole, aparecido en New York Times.