Gravedad de Nudos Cuánticos vs la Teoría de Cuerdas

Gracias a producciones de televisión populares como La Teoría del Big Bang, series en línea de comunicadores de la ciencia tan famosos como Brian Greene y Michio Kaku, y libros de ciencia popular -originalmente en inglés- traducidos al español, la teoría de cuerdas es ya famosa por ser una teoría que pretende explicar los orígenes del universo a partir de las vibraciones de pequeñísimas cuerdas. ¿Debería esta teoría ser tan popular como lo es hoy en día?

¿Por qué necesitamos una teoría como la teoría de cuerdas? Desde los años 500 a.C. en Mileto (actual Turquía) hubo personas buscando encontrar una explicación para los fenómenos del día a día, sin requerir de la intervención del panteón de dioses que superpoblaba la religión de la época. El resultado de esta osadía del pensamiento terminó produciéndole una fortuna en el negocio de las olivas a Tales de Mileto, considerado por muchos el primer científico del mundo occidental. Desde entonces, encontrar una explicación para un fenómeno natural no solo traía prestigio y placer intelectual, sino también ganancias económicas.

Adelantándonos quince siglos llegamos al año de 1930. La ciencia ha dado unos cuantos pasos desde los tiempos de Tales: ya no solo se usa para predecir las cosechas de olivas, ahora también nos provee de una explicación del porqué las moléculas que forman las olivas se mantienen juntas, a su vez explicando qué mantiene a los átomos – formando éstas moléculas- unidos en su interior.

Tales de Mileto, el primer científico del mundo occidental. Fuente: https://www.ancient.eu/Thales_of_Miletus/

El campo encargado de estudiar las relaciones entre las partículas que forman los átomos, y las fuerzas por las cuáles interactúan es la teoría cuántica de campos. En ella, las partículas son descritas como grandes redes de interacciones que son capaces de entablar contacto con otras partículas lejanas. Podemos pensarlo de esta manera: un electrón no es ahora una pequeña canica de carga negativa; ahora este electrón es una gran alfombra que se extiende y undula con diferentes alturas en diferentes partes. La probabilidad de un electrón interactando con un átomo depende de la fuerza de la sacudida en la alfombra -el campo- experimenta en ese momento, en ese lugar.

¿Cuál era el problema con esta teoría, si suena genial? El problema era (¡y sigue siendo!) que para justificar la teoría hay se deben aceptar dos conceptos, para los cuales no tenemos evidencia concreta: el tiempo y el espacio. Deshacerse de estas nociones requirió una serie de revoluciones en el pensamiento de la teoría física que solo pudieron obtenerse una vez alcanzado el número de científicos dispuestos a trabajar estas teorías. Hoy en día, esta teoría tiene muchas subdivisiones, y en virtud de su habilidad para proveer una aplicación a distintos, esotéricos campos de las matemáticas, su estatus como una teoría difícil (aún capaz de explicar ciertos fenómenos) se mantiene. 

En esencia, la teoría de cuerdas establece que todas las partículas que forman el mundo, mis tres lectores e incluso a mí mismo son el resultado de la organización de millones de objetos que vibran de forma similar a las cuerdas de un arpa o un violín. Tres cuerdas desafinadas, tocadas al mismo tiempo, producen una armonía horrenda, apenas pudiéndosele llamar así. Sin embargo, afinando estas cuerdas de forma que las frecuencias armonicen entre ellas, se produce un acorde que perdura en el aire, y en nuestra memoria. Así es como esta teoría propone explicar la existencia de todas las partículas existentes en nuestro universo, e incluso partículas que no han sido aún descubiertas.

Gran acelerador de hadrones (LHC, por sus siglas en inglés). Este instrumento científico es el sistema más avanzado para realizar experimentos de altas energías actualmente. Fuente: https://home.cern/news/news/cern/what-happened-while-lhc-slept-over-winter

El problema: no hay ningún experimento que pueda verificar esta teoría. Las pequeñas entidades que propone como el origen de todo, son tan pequeñas que la energía requerida para observarlas es mucho más grande que nada que pueda ser producido en nuestro planeta (al momento de redacción es el único lugar habitado por seres interesados en esta teoría). Aquí hay un embrollo, y este atañe al corazón de la ciencia: ¿queremos a nuestra teoría madre, la que explica todo en el universo, siendo simplemente una colección de ecuaciones en un libro, sin experimentos para verificarla?

Atando nudos en las cuerdas: La teoría de nudos cuánticos

Un aspecto importante de la práctica científica es su habilidad de expresar fenómenos naturales en distintas maneras que se prestan a interpretación. Esto no sólo aplica a distintas ciencias sociales, sino incluso a las más fundamentales teorías físicas (un dato que muchos científicos practicantes no quieren aceptar). A principios del siglo XX, un matemático francés reinterpretó la teoría de la relatividad general de Albert Einstein en una nueva manera: usando nudos y conexiones. Esta nueva reinterpretación permitió no sólo que el fluido que contiene el espacio y el tiempo, que Einstein mismo propuso, tuviera curvatura, sino incluso pudiera ser torcido como un trapo lleno de agua.

Esta nueva manera de conectar puntos en el universo permite la formulación de nuevas entidades que transportan información sobre sucesos en distintos lugares del espacio-tiempo. Aún más, ya no sólo importan los lugares donde estos fenómenos ocurren, sino que las conecciones entre estos puntos son ahora igual de importantes. Antes de que esta nueva manera de representar fenómenos fuera usada para explicar el origen más fundamental del universo, fue usada en parte para desarrollar una muy exitosa teoría que explica por qué los componentes internos de un protón -la partícula en el centro de los átomos- llamados quarks y gluones no pueden separarse los unos de los otros. Esta teoría se conoce como cromodinámica cuántica, y es el conjunto de reglas que explica una de las cuatro fuerzas fundamentales del cosmos.

Carlo Rovelli, físico y comunicador italiano de la ciencia como el máximo exponente de la teoría de gravedad por nudos cuánticos. Fuente: https://www.irishtimes.com/news/science/carlo-rovelli-on-schr%C3%B6dinger-god-and-physics-being-better-than-lsd-1.3455527

Para los años 1980, la teoría de nudos cuánticos ya estaba desarrollando las bases de su lenguaje, en el cual explicaría la forma en la que el espacio y el tiempo se originan a partir de las interacciones de distintos sucesos. Recordemos que esta habilidad es uno de los mayores fallos de la teoría de cuerdas, que al mismo tiempo estaba apenas logrando reunir adeptos. 

Esta teoría en sí nos propone que cada que un evento en el universo ocurre, en su nivel más fundamental -digamos, en la creación de una partícula a partir de energía- el desarrollo del evento, desde su inicio hasta el final de la existencia de la partícula, constituye una línea de existencia, que a su vez conecta con otros eventos. Esta red de lineas de existencia forman una espuma, similar a la del jabón que se forma al lavar nuestras manos por vigésimo novena ocasión. De esta forma, no hay necesidad de postular la existencia de cuerdas que no tienen forma de ser verificadas, simplemente debemos entender los aspectos físicos ya existentes de una nueva forma. ¿La mejor parte de esta teoría? Su principal exponente, el Dr. Carlo Rovelli (considerado por varios medios el nuevo Stephen Hawking) ha propuesto ya experimentos que pueden dar legitimidad a la teoría.

En resumen, a pesar de la popularidad de la teoría de cuerdas, su estructura aún deja mucho que desear como teoría científica. Nuestra sed de entender los aspectos más fundamentales del universo pueden ser satisfechos a través de nuevas interpretaciones de los hechos científicos que ya hemos descubierto. Sólo necesitamos una mente abierta y genuina curiosidad.

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