Hiperespacio - Michio Kaku

El Hiperespacio y la Teoría del Todo
¿Qué se extiende más allá de nuestras 4 dimensiones?
Michio Kaku Cuando era niño solía visitar en Jardín de Té Japonés en San
Francisco. Pasaba horas fascinado por la carpa que vivía en un estanque poco
profundo solo unas pulgadas bajo las azucenas, justo bajo mis dedos, completamente
ajena al Universo que había sobre ella. Me hacía a mí mismo una pregunta que solo
un niño podría hacer: ¿ Cómo sería ser una carpa? ¡Qué mundo tan extraño sería! Me
imaginaba que el estanque sería como el Universo, un espacio de dos dimensiones.
La carpa sólo podría nadar hacia adelante y hacia atrás, y a izquierda y derecha. Pero
imaginaba que el concepto de “ arriba”, más allá de las azucenas, sería totalmente
extraño a ella. Cualquier científico carpa que se atreviese a hablar de “ hiperespacio”,
es decir, la tercera dimensión sobre el estanque, sería inmediatamente etiquetado
como un chiflado. Me pregunto qué pasaría si pudiésemos bajar y capturar un
científico carpa y subirlo al hiperespacio. ¡Pensaba en la maravillosa historia que
contaría a los demás! La carpa balbucearía sobre unas nuevas e increíbles leyes de la
Física: seres que podían moverse sin aletas. Seres que podían respirar sin agallas.
Seres que podían emitir sonidos sin burbujas. Entonces me pregunté: ¿ Cómo podría
un científico carpa conocer nuestra existencia? Un día que llovía, pude ver las gotas
de lluvia formar suaves ondas en la superficie del estanque. comprendí La carpa
podría ver las sombras de las ondas en la superficie del estanque. La tercera
dimensión podría ser invisible para ellos, pero las vibraciones de la tercera
dimensión podrían ser claramente visibles. Incluso la carpa podría sentir estas ondas
e inventar un simple concepto, para describirlas, llamado “ fuerza”. Podría incluso
darle a estas “ fuerzas” bonitos nombres como luz y gravedad. Nos reiríamos de ellos,
porque, por supuesto, sabemos que no hay “ fuerzas” después de todo, solo las ondas
en el agua. Hoy día, muchos científicos creen que nosotros somos la carpa que nada
en nuestro diminuto estanque, completamente feliz, inconsciente de los invisibles y
desconocidos Universos que planean justo sobre nosotros en el hiperespacio.
Pasamos nuestra vida en tres dimensiones espaciales, confiados en que lo que vemos
con nuestros telescopios es todo lo que existe, ignorantes de la posibilidad de un
hiperespacio de 10 dimensiones. Aunque estas dimensiones superiores son
invisibles, sus “ ondas” se pueden ver y sentir con toda claridad. Llamamos a estas
ondas luz y gravedad. La teoría del hiperespacio, sin embargo, languideció durante
décadas por la escasez de pruebas físicas o aplicaciones. Pero la teoría, una vez
considerada el área de los excéntricos y místicos, está siendo revitalizada por una
simple razón: puede ser la llave para la mayor teoría de todos los tiempos, la “ Teoría
del Todo”. Einstein pasó sus últimos 30 años en una inútil persecución de esta
teoría, el Santo Grial de la Física. Quería una teoría que pudiese explicar las cuatro
fuerzas fundamentales que gobiernan el Universo: gravedad, electromagnetismo, y las
dos fuerzas nucleares (débil y fuerte). Supuso que sería el mayor descubrimiento de la
ciencia en los últimos 2 000 años, desde que los griegos se preguntaron cómo se
hizo el mundo. Estaba buscando una ecuación, tal vez de no más de una pulgada de
largo que pudiese colocar en una camiseta, pero era demasiado grandioso poder
explicar todo, desde el Big Bang y las explosiones estelares a átomos y moléculas, o
las flores del campo. Quería leer la mente de Dios. Finalmente, Einstein falló en su
misión. De hecho, fue rechazado por muchos de sus compatriotas más jóvenes, que se
mofarían de él con la frase, “ Lo que Dios ha separado, ningún hombre puede unirlo”.
Pero tal vez Einstein se esté tomando ahora su venganza. Durante la última década,
ha habido una furiosa búsqueda para la unión de estas cuatro fuerzas fundamentales
en una única teoría, especialmente una que mezcle la Relatividad General (que
explica la gravedad) con la Teoría Cuántica (que explica las dos fuerzas nucleares y el
electromagnetismo). El problema es que la relatividad y la teoría cuántica son
totalmente opuestas. La Relatividad General es una teoría de lo muy grande:
galaxias, quasar, agujeros negros, e incluso el Big Bang. Se basa en curvar el
maravilloso tejido de cuatro dimensiones del espacio y del tiempo. La Teoría
Cuántica, por el contrario, es una teoría de lo muy pequeño, es decir, el mundo de las
partículas subatómicas. Se basa en diminutos paquetes de energía discretos llamados
cuantos. En los últimos 50 años, se han realizado muchos intentos de unir estos
polos opuestos, y han fallado. El camino hacia una Teoría de Campo Unificado, la
Teoría del Todo, está cubierto con los cadáveres de los intentos fallidos. La clave de
este puzzle puede ser el hiperespacio. En 1915, cuando Einstein dijo que el espaciotiempo tenía cuatro dimensiones y se curvaba y ondulaba, mostró que estas
curvaturas producían una “ fuerza” llamada gravedad. En 1921, Theodr Kaluza
escribió que las ondas de la quinta dimensión podrían ser vistas en forma de luz. Al
igual que el pez que mira las ondas del hiperespacio moviéndose en su mundo,
muchos físicos creen que la luz se crea por ondas en un espacio-tiempo de cinco
dimensiones. ¿ Qué pasa con las dimensiones superiores a la 5? En principio, si
añadimos más y más dimensiones, podemos ondularlas y doblarlas de distintas
formas, y de este modo crear más fuerzas. En 10 dimensiones, de hecho, ¡podemos
acomodar las cuatro fuerzas fundamentales!. En realidad, esto no es tan simple.
Debido a la falta de experiencia en 10 dimensiones, también introdujimos una legión
de inconsistencias matemáticas esotéricas (por ejemplo infinitos y anomalías) que
han acabado con todas las teorías previas. La única teoría que ha sobrevivido a cada
reto impuesto es la llamada Teoría de Supercuerdas, en la cual este Universo de 10
dimensiones está habitado por minúsculas cuerdas. De hecho, en una pasada, esta
teoría de cuerdas de 10 dimensiones nos da una simple y convincente unificación de
todas las fuerzas. Como la cuerda de un violín, estas diminutas cuerdas pueden vibrar
y crear resonancias o “ notas”. Esto explica por qué hay tal cantidad de partículas
subatómicas: son solo notas de una supercuerda. (Esto parece simple, pero en los
años 50, los físicos estaban abrumados por la avalancha de partículas subatómicas.
J.R. Oppenheimer, quien ayudó a construir la bomba atómica, incluso llegó a decir,
totalmente frustrado, que el Premio Nobel debería ir a un físico que ¡NO descubriese
una partícula cada año!). De la misma forma, cuando la cuerda se mueve en el espacio
y el tiempo, curva el espacio a su alrededor tal como predijo Einstein. De esta manera,
en un marco extraordinariamente simple, podemos unificar la gravedad (como
curvatura del espacio causado por el movimiento de cuerdas) con las otras fuerzas
cuánticas (ahora vistas como vibraciones de cuerdas). Por supuesto, cualquier teoría
con esta potencia y majestuosidad tendría un problema. Esta teoría, debido a que es
una Teoría del Todo, es en verdad una Teoría de la Creación. Por lo tanto, para probar
por completo la teoría, ¡debemos recrear la Creación!. En principio, esto parece ser
desesperadamente imposible. Apenas podemos abandonar la débil gravedad de la
Tierra, ni mucho menos crear Universos en un laboratorio. Pero hay una salida a este
aparentemente intratable problema. Una teoría del todo es también una teoría del día
a día. Por lo tanto, esta teoría, cuando sea enteramente completada, será capaz de
explicar la existencia de protones, átomos, moléculas e incluso el ADN. Así pues, la
clave está en resolver completamente la teoría y comprobarla con las propiedades
conocidas del Universo. En la actualidad, nadie en la Tierra es lo bastante
inteligente como para completar la teoría. La teoría está perfectamente bien definida,
pero por lo que se ve, la Teoría de Supercuerdas es física del siglo XXI que cayó
accidentalmente en el siglo XX. Se descubrió por accidente, cuando dos jóvenes
físicos ojeaban un libro de Matemáticas. La teoría era tan elegante y potente que no
estábamos destinados a verla en el siglo XX. El problema es que las Matemáticas del
siglo XXI aún no se han inventado. Pero debido a que los físicos están
genéticamente dispuestos al optimismo, confío en que resolveremos la teoría en un
día no muy lejano. Quizá algún joven que lea este artículo será inspirado por esta
historia de tal modo que el o ella concluyan la teoría. ¡No puedo esperar!
La Hermandad de la Cuerda
100 años después de que Einstein cambiara la física para siempre, Alok Jha,
cronista de The Guardian, visita un frondoso rincón de Princeton para conocer a
sus herederos intelectuales, los que todavía están a la caza de una “teoría del
tod o ”. Edward Witten habla con tal suavidad que a veces su voz amenaza con
desvanecerse completamente. Su escritorio es un revoltijo de papeles y su pizarrón
un embrollo de ecuaciones. Pero las palabras que musita van directamente al punto e
infunden entendimiento y pasión.
Las tranquilas maneras de Witten no demuestran su status. En su papel de
científico en jefe de facto de la teoría de las cuerdas, este P rofesor Charles Simonyi de
física matemática del Instituto de Estudios Avanzados (IAS = Institute of Advanced
Study) de Princeton, es indudablemente el heredero del título de Albert Einstein
como el más grande de los físicos vivos. Si Einstein viviera hoy, sería probablemente
un teórico de cuerdas, comprometido con una notable pero todavía muy
controvertida teoría que reclama ser capaz de explicar absolutamente todo lo que nos
rodea. “ Los críticos de la teoría de las cuerdas dicen que podría ser un paso
demasiado grande. La mayoría de los físicos de otros campos es simplemente
agnóstica, y hace bien”, dice Witten. “ No es una teoría establecida. Mi opinión
personal es que existen razones circunstanciales que permiten sospechar que estamos
en el camino correcto”. Por el valor que puedan tener las opiniones personales,
Witten hace que otros científicos se detengan y escuchen. Sus ideas en el desarrollo
de la teoría de las cuerdas son legendarias. “ No hay dudas sobre la extraordinaria
calidad de los logros intelectuales de Witten”, dice el renombrado físico Roger
Penrose en su último libro, “ El Camino Hacia la Realidad”. “ Hacia donde vaya
Witten, no pasa mucho tiempo para que el resto lo siga”. El propio Witten no
aprueba este culto a la celebridad, y mantiene un perfil público relativamente bajo.
Fuera del arcano mundo de la física teórica, son pocos los que han oído de él. Pero ha
sido clave en el desarrollo de una teoría que algún día puede ser la forma en que los
libros de texto describan al universo. Lo que selló su reclamo a la corona de la física
teórica fue una exposición en la Universidad de California del Sur en 1995, donde
presentó al mundo la teoría-M. Llegó en un momento en que la teoría de las cuerdas
estaba muy alicaída Propuesta inicialmente como una forma de describir la
interacción nuclear fuerte en la década de 1960, pero luego abandonada, la teoría de
las cuerdas había sido desarrollada por varios físicos en cinco ideas competidoras,
cada una de las cuales declaraba ser la teoría fundamental de la naturaleza. Con los
consiguientes argumentos y críticas provenientes de fuera de que la teoría
sencillamente no era parte de la ciencia, la comunidad de la cuerda quedó quebrada y
desmoralizada por décadas. La exposición de Witten llegó como una muy necesitada
inyección en el brazo. Arguyó que las cinco teorías contendientes no eran nada más
que aspectos diferentes de una idea única, aún más fundamental. Su Teoría-M unió
inmediatamente a los físicos y llevó a un interés hacia la teoría de las cuerdas que
nunca antes había existido. Incidentalmente, Witten dejó sin definición a la "M", y
los teóricos de las cuerdas han pasado muchas horas libres especulando sobre qué
quiere decir: han concluido con una gran variedad de posibilidades que incluyen a
matriz, misterio, membrana, monstruosa, madre o magia... incluso algunos científicos
creen que es la W de Witten puesta cabeza abajo. Nathan Seiber, un colega de Witten
en el IAS, utiliza la analogía de los hombres ciegos que examinan a un elefante, para
explicar el curso de la teoría de las cuerdas hasta 1995. “ Uno lo describe tocando
una pata, otro lo hace tocando el tronco, y otro describe las orejas”, dice.
“ Concluyen con descripciones diferentes, pero son incapaces de ver la imagen total.
Hay un elefante único y ellos están describiendo diferentes partes del mismo”. Como
era predecible, Witten es modesto sobre su logro. “ Es una exageración decir que yo
creé la Teoría-M”, dice. “ Logramos pequeños trozos, pero hay una larga historia
detrás de ella”. Dondequiera que corresponda el crédito, no hay duda de que la
Teoría-M llevó el ya extraño mundo de la teoría de cuerdas hasta un territorio aún
más desconcertante. Antes de la Teoría-M, las cuerdas existían en un mundo de 10
dimensiones. Estas incluían una dimensión de tiempo, las tres dimensiones
espaciales familiares, y además otras seis dimensiones extra, enrolladas tan
compactamente que son invisibles. La Teoría-M demandaba una dimensión espacial
extra, llevando el total a 11. Estas dimensiones extra eran necesarias para satisfacer
las ecuaciones diseñadas por Witten en su formulación de la Teoría-M. Pero hubo
sorpresas: la teoría sugería, por ejemplo, que este mundo de 11 dimensiones no
contenía solamente cuerdas sino también objetos que se parecían más a superficies o
membranas. Estas “ branas” podían existir en tres o más dimensiones y, con la energía
suficiente, podían crecer hasta alcanzar tamaños enormes, quizás tan grandes como el
mismo universo. Lo que resultó más peculiar fue que Witten sugirió que nuestro
universo podía estar ubicado sobre una brana en algún espacio dimensional
superior. Brian Greene, un teórico de cuerdas de la Universidad de Columbia,
describe su idea como algo similar a sentarse en una rebanada de pan contenida en
una hogaza. “ Esa es nuestra candidata para la súper-unificación de las leyes de la
naturaleza”, dice Witten. “ No la comprendemos, no podemos jurar que sea correcta,
todavía estamos andando a tientas en la oscuridad. Es muy emocionante comprender
que aquí tenemos esta teoría fascinante que posee todas estas propiedades increíbles.
Cuando suceden cosas agradables como ésta, hace que uno se convenza de que está
en el camino correcto”. Witten puede darse el lujo de tener incluso sus ideas más
esotéricas, una libertad consagrada, en parte, por el IAS, un instituto de
investigación casi único basado en lo que parece ser un tranquilo hogar campestre
frente a un bosque de 800 acres en Princeton. Armado en 1930 como un lugar para
que los investigadores realizaran su trabajo sin la distracción de la enseñanza o de la
burocracia de la universidad, es probablemente muy famoso por haber sido el lugar
donde Einstein pasó sus últimos años.
Albert Einstein, cuando todavía era un empleado de la oficina de patentes en
Berna, Suiza.
Luego de pasar la primera parte del siglo XX presentando la relatividad general y
sembrando las semillas para la física cuántica, Einstein se convenció de que había
una teoría fundamental única que debía describir la naturaleza. Muchos de sus
colegas de todo el mundo sintieron que él estaba perdiendo su tiempo pero la
investigación inteligente, aún cuando no produzca ningún resultado útil, es parte de
los principios fundadores del instituto. Einstein murió en 1955 sin haber cumplido
su sueño, pero la pregunta que estuvo haciendo fue la inspiración de lo que ahora ha
llegado a ser la teoría de las cuerdas. “ Ahora comprendemos que en los tiempos de
Einstein era realmente prematuro embarcarse en un proyecto de tan largo plazo, en
parte por las cosas que sucedieron en las décadas siguientes”, dice Seiberg. “ Una
gran cantidad de desarrollos que él no pudo haber visto dio forma a nuestra
comprensión sobre la física de las partículas, principalmente las fuerzas que actúan
dentro del núcleo y lo que son las partículas elementales. Estas son ideas que se
desarrollaron luego del trabajo de Einstein”. El mismo Einstein no tenía idea de que
las fuerzas fundamentales de la naturaleza todavía esperaban ser descritas totalmente,
y que mucho menos podían ser unidas en una teoría única. Gastó su tiempo
intentando unir el electromagnetismo con la gravedad; las interacciones nucleares
fuerte y débil fueron formalizadas por los teóricos y descubiertas por los aceleradores
atómicos recién después de que hubiera fallecido. Por lo tanto, la mayor parte de su
trabajo fue en la dirección equivocada, pero el espíritu del físico indudablemente
continúa viviendo. “ Estar en el lugar en que estuvo Einstein fue realmente una idea
inspiradora”, dice Seiberg. Sin embargo, el IAS no es un museo. “ Si no hubiera
habido una buena pregunta con la que trabajar, entonces no habría habido aquí un
equipo trabajando en el asunto”, dice Seiberg. “ Creo que este sitio permanecerá
enfocado en lo más emocionante que esté sucediendo, en lugar de estar preservando
un legado”.
Roger P enrose
La teoría de las cuerdas se ha estado moviendo particularmente rápido a lo largo
de la década transcurrida desde que la Teoría-M apareció en escena. Hace justo un
año, Witten volvió con otra gran idea: utilizando otra idea de 40 años de antigüedad
llamada la teoría de los “ twistores” originalmente desarrollada por Penrose en la
Universidad de Oxford, mostró que podía ser que después de todo las cuerdas no
necesitaran todas esas dimensiones extra. Motivó un montón de artículos por parte
de sus compañeros teóricos y el interés continúa creciendo. La semana pasada, los
teóricos de las cuerdas de todo el mundo se encontraron en Oxford para discutir sus
progresos. Witten todavía no está convencido. “ Creo que la teoría de las cuerdastwistores es algo que solamente funciona de modo parcial”, dice. El futuro de los
teóricos de las cuerdas parece brillante, pero todavía quedan algunas preguntas
básicas que esperan ser respondidas por los físicos. La primera es simple: ¿ qué
describe la teoría? . “ Esto no es como la relatividad general, en la que Einstein
delineó los principios y luego derivó las consecuencias”, dice Seiberg. “ Estamos en
una situación muy extraña y sin precedentes en la que sabemos como derivar algunas
de las consecuencias, pero no conocemos cuáles son los principios fundamentales”.
La segunda falla (y para algunos críticos la mayor) es la carencia de datos
experimentales para probar la teoría de las cuerdas. Para ésto, Witten y sus colegas
están esperando el nuevo acelerador de partículas que está en construcción en Cern,
Suiza. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC = Large Hadron Collider) operará
con energías tan grandes que podrían aparecer algunas de las cosas predichas por la
teoría de las cuerdas. Una es la supersimetría, la idea de que las partículas
fundamentales (tales como los electrones y los quarks) tienen todos ellos
compañeros supersimétricos a altas energías (en estos casos, los llamados selectrones
y squarks). Si el LHC los encuentra, indudablemente por todo el mundo saltarán los
corchos de champagne en los grupos de investigación de la teoría de las cuerdas.
Pero en última instancia la naturaleza es una bestia engañosa. Aún si se demostrara
que la teoría de las cuerdas es correcta, ¿ podría quizás haber todavía algo más
fundamental? . “ La mayoría de los teóricos de cuerdas somos muy arrogantes”, dice
Seiberg con una sonrisa. “ Si hay algo más allá de la teoría de las cuerdas, lo
llamaremos teoría de las cuerdas”. Sin embargo, la teoría de las cuerdas podría ser lo
más fundamental. Tradicionalmente, los físicos encontraron fuerzas más fundamentales
en acción, cuando más cortas eran las distancias que estudiaban. Con la teoría de las
cuerdas, el concepto de distancias se rompe. El espaciotiempo es un concepto
asumido, la arena de la mecánica cuántica y de la relatividad general, pero la teoría de
las cuerdas no asume nada. Nuestra noción de espacio y tiempo deberá ser un
resultado de ecuaciones posibles de la teoría de las cuerdas. A ese nivel, no hay
ningún parámetro que pueda ser más pequeño, de modo que no existe la posibilidad
de una teoría más fundamental. Es posible que el futuro de la teoría de las cuerdas ni
siquiera tenga cuerdas tales como fueron definidas al principio. Pero las branas,
superficies y universos paralelos de la Teoría-M aseguran que el mundo de la física
fundamental es realmente un lugar muy extraño, con las cuerdas o sin ellas. La teoría
de las cuerdas idea para el mundo moderno Teoría de las cuerdas es el nombre dado al
arcano y endemoniadamente complicado mundo matemático que fue soñado por
primera vez a fines de la década de 1960, como una forma de describir la interacción
nuclear fuerte, la fuera que evita que los protones salgan disparados de los núcleos
de los átomos. Los protones están hechos de partículas aún más fundamentales
llamadas quarks, y éstas se mantienen juntas gracias a otras partículas, llamadas
gluones, que transmiten la interacción nuclear fuerte. El misterio era la razón por la
cual los quarks y los gluones nunca eran vistos en sí mismos, aún cuando los átomos
fueran destrozados en los aceleradores de partículas. La teoría de las cuerdas fue
acuñada como un modo de responder ésto (en términos simples, quizás los gluones y
los quarks estuvieran en los extremos de una cuerda de energía, y no se pueden tener
una cuerda con solamente un extremo), pero finalmente dio lugar a lo que llegó a ser
conocido como cromodinámica cuántica, una descripción mecánico-cuántica de la
interacción entre los quarks y los gluones. Posteriormente, la teoría de las cuerdas
fue utilizada no como simplemente una forma de explicar la interacción fuerte, sino
para explicar todas las fuerzas fundamentales. La idea es que todo en el universo,
desde la Tierra hasta el papel que está en sus manos en este momento, y todas las
fuerzas que actúan sobre ellos, está hecho de diminutas hebras de energía llamadas
cuerdas. La teoría es un intento de solucionar algo que ha preocupado a los
científicos por todo un siglo: el hecho de que las dos grandes teorías de la naturaleza
no concuerdan una con otra. A comienzos del siglo XX, nuestro conocimiento del
universo comenzó a ponerse de cabeza. Las nuevas ideas detrás de la mecánica
cuántica decían que el mundo era imprevisible, que el comportamiento de todo se
asentaba firmemente en las manos del azar. La relatividad general de Einstein
describía cómo el espacio a nuestro alrededor era combado por la gravedad,
convirtiendo a nuestras ideas sobre la fuerza en un ejercicio de geometría. Pero estos
dos conceptos comparten un problema: no están de acuerdo uno con el otro. Para
responder algunas de las preguntas más importantes de la física, como por ejemplo
qué sucedió en el Big Bang, este desacuerdo es un gran problema: ¿ se utilizan las
ecuaciones de la relatividad general porque hay una enorme cantidad de masa, o se
utiliza la mecánica cuántica porque todo está en un espacio tan pequeño? . La
búsqueda de una forma de cruzar el abismo (la así llamada “ teoría del todo”) ha
consumido a los físicos teóricos, incluyendo a Einstein, durante décadas. Y no sin
algunas controversias, la teoría de las cuerdas es el principal candidato para llevar a
cabo el sueño de Einstein. Si bien la teoría de las cuerdas es lo único que puede
explicar a la vez la mecánica cuántica y la gravedad, todavía no ha sido comprobada
experimentalmente. Y es tan lejana a nuestra experiencia física del mundo que
algunos críticos dicen que debería ser considerada más bien un trabajo de filosofía
que una definitiva descripción científica de la naturaleza.
¿ Era Einstein Alienígena?
Hace cien años, Albert Einstein revolucionó la Física.
Joven Albert Einstein en la oficina de patentes. [ ]
Marzo 23, 2005: Albert Einstein estaba exhausto. Por tercera noche consecutiva,
su bebé Hans, llorando, mantuvo a la familia despierta hasta el amanecer. Cuando
Albert finalmente se durmió… era hora de levantarse e ir a trabajar. No podía faltar
ningún día. Necesitaba el trabajo para mantener a su joven familia. Caminando
enérgicamente hacia la Oficina de Patentes donde era “ Técnico Experto, Tercera
Clase”, Albert se preocupaba por sus padres. Se estaban haciendo viejos y frágiles, y
sus relaciones con ellos eran tensas: sus padres no aprobaban su matrimonio con
Mileva… Albert echó un vistazo a una ventana de la tienda por la que pasaba. Su
pelo era un desorden; se había olvidado peinárselo otra vez. Trabajo. Familia. Llegar
a fin de mes. Albert sentía la presión de cualquier marido y padre joven. Para
relajarse, revolucionó la física. En 1905, a la edad de 26 y cuatro años antes de poder
conseguir un trabajo como profesor de física, Einstein publicó cinco de los más
importantes artículos en la historia de la ciencia – todos escritos en su “ tiempo
libre”. Él, probó que los átomos y las moléculas existían. Antes de 1905, los
científicos no estaban seguros acerca de ello. Argumentaba que la luz viajaba en
pequeños pedazos (más tarde llamados “ fotones”) y de esa forma estableció la
fundación de la mecánica cuántica. Einstein describió su teoría de la relatividad
especial: espacio y tiempo eran hilos en una fábrica común, proponía, que podían ser
unidos, estirados y retorcidos. Oh, y a propósito, E=mc2 Antes de Einstein, el
último científico que había tenido un arranque creativo semejante fue Sir Isaac
Newton. Eso sucedió en 1666 cuando Newton se recluyó a sí mismo en la granja de
su madre para evitar el estallido de una plaga en Cambridge. Sin nada mejor que
hacer, desarrolló su Teoría de la Gravitación Universal. Durante siglos los
historiadores llamaron a 1666 el annus mirabilis de Newton, o “ año milagroso”.
Ahora esas palabras tienen un significado diferente: Einstein y 1905. Las Naciones
Unidas han declarado 2005 “ El Año Mundial de la Física” para celebrar el
centenario del annus mirabilis de Einstein. (Los ganadores del premio Nóbel y
otros eminentes científicos se reunirán con el público el mes próximo para discutir el
trabajo de Einstein. ¿ Te gustaría unirte a ellos ? La cultura popular moderna pinta a
Einstein como un súperpensador de pelo espeso. Sus ideas, nos dicen, no estaban
probablemente muy por delante de las de otros científicos. Debe haber venido de
algún otro planeta – quizás del mismo en el que creció Newton. “ Einstein no era
alienígena”, se ríe Peter Galison, físico e historiador de la ciencia de la universidad
de Harvard. “ Era un hombre de su tiempo”. Todos sus artículos de 1905
desentrañaban problemas que estaban siendo estudiados, con diverso éxito, por
otros científicos”. Si Einstein no hubiera nacido, [esos artículos] habrían sido
escritos de alguna otra forma, con el tiempo, por otros”, cree Galison.
Súperpensador de pelo revuelto… hombre corriente… ¿ o ambos?
Lo destacable de 1905 es que un único individuo fuera el autor de las cinco
publicaciones, además de la original e irreverente forma en que Einstein llegó a sus
conclusiones. Por ejemplo: el efecto fotoeléctrico. Esto era un misterio a principios
de 1900. Cuando la luz golpea un metal, como el zinc, los electrones salen volando.
Esto puede suceder sólo si la luz viaja en pequeños paquetes suficientemente
concentrados para golpear un electrón y dejarlo en libertad. Una onda por separado
no haría el truco fotoeléctrico. La solución parece simple – la luz está compuesta de
partículas. Por supuesto, esta es la solución que Einstein propuso en 1905 y por la
que ganó el premio Nóbel en 1921. Otros físicos como Max Planck (trabajando en un
problema relacionado: radiación de cuerpo negro), de más titulación y experiencia
que Einstein, se estaban acercando a la respuesta, pero Einstein la obtuvo primero.
¿ Por qué? Es una cuestión de autoridad. “ En los días de Einstein, si estabas
intentando decir que la luz estaba hecha de partículas, te encontrabas a ti mismo en
desacuerdo con el físico James Clerk Maxwell. Nadie quería hacer eso”, dice Galison.
Las ecuaciones de Maxwell eran enormemente satisfactorias, unificando la física de la
electricidad, el magnetismo y la óptica. Maxwell había probado más allá de ninguna
duda que la luz era una onda electromagnética. Maxwell era una figura de autoridad.
El Diploma del Instituto de Einstein. Contrariamente a la leyenda urbana, Albert
lo hizo bien en la escuela. [ ]
A Einstein no le importaba un higo la autoridad. Él no se resistía a que le dijeran
lo que tenía hacer, no mucho, pero odiaba que le dijeran cual era la verdad. Incluso de
niño estaba constantemente dudando y haciéndose preguntas. “ Su mera presencia
aquí mina el respeto de la clase hacia mi”, le riñó su profesor de séptimo grado, el Dr.
Joseph Degenhart. (Degenhart también predijo que Einstein “ no llegaría a nada en la
vida”). Este defecto del carácter tenía que ser un ingrediente clave en los
descubrimientos de Einstein. “ En 1905”, comenta Galison, “ Einstein acababa de
recibir su Doctorado en Física. No estaba en deuda con ningún director de tesis o
alguna otra figura de autoridad”. Consecuentemente, su mente era libre para discurrir.
En retrospectiva, Maxwell estaba en lo cierto. La luz es una onda. Pero Einstein
también lo estaba. La luz es una partícula. Esta extraña dualidad confunde a los
estudiantes de Física I de hoy igual que a Einstein en 1905. ¿ Cómo es posible que la
luz sea ambas cosas? Einstein no tenia ni idea. Eso no le detuvo. Sin ningún
miramiento, Einstein adoptó la intuición como herramienta básica. “ Creo en la
intuición y la inspiración”, escribió en 1931. “ Algunas veces siento que estoy en lo
cierto aunque no sepa la razón”. A pesar de que los cinco artículos de Einstein
fueron publicados en un solo año, él estuvo pensando sobre física, profundamente,
desde su infancia. “ La ciencia era el tema de conversación a la hora de la cena en la
casa de Einstein”, explica Galison. El padre de Einstein, Hermann, y su tío Jacob
dirigían una compañía alemana que hacia cosas como dínamos, lámparas de arco,
bombillas y teléfonos. Esta era la tecnología puntera al principio del siglo, “ como lo
sería hoy una compañía de Silicon Valley”, comenta Galison. “ Los intereses de
Albert por la ciencia y la tecnología vinieron de forma natural”.
Los
padresdedeEinstein:
EinsteinAlbert
a veces
se hermana
lo llevaban
fiestas.
No
hacia falta
La familia
y su
Majaa(abajo
a la
izquierda),
suniñera:
padre
Albert se sentaba
el sofá,
totalmente
absorbido,
de
Hermann en
(arriba),
y su madre,
P auline
(abajo a lahaciendo
derecha). [problemas
]
matemáticas en silencio mientras otros bailaban a su alrededor. ¡Lápiz y papel eran la
GameBoy de Albert!. Einstein tenía una capacidad de concentración impresionante.
Su hermana, Maja, recordaba “ …incluso cuando había mucho ruido, era capaz de
tumbarse en el sofá, coger un bolígrafo y un papel, equilibrando precariamente un
tintero en el respaldo y absorberse en un problema tanto que el ruido de fondo lo
estimulaba mas que molestarle”. Einstein era francamente inteligente, pero no
estrambóticamente más que sus compañeros. “ No tengo talentos especiales”, afirmó,
“ Soy apasionadamente curioso, nada más”. Y otra vez: “ El contraste entre la
valoración popular de mis capacidades… y la realidad es simplemente grotesco”.
Einstein atribuía sus descubrimientos a la imaginación y a preguntar
insistentemente, más que a la inteligencia convencional. Mas tarde en su vida,
debería ser recordado, luchó con fuerza para producir una teoría unificada del campo,
combinando la gravedad con otras fuerzas de la naturaleza. Fracasó. La capacidad
mental de Einstein no era ilimitada. Tampoco era el cerebro de Einstein. Fue extraído
sin permiso por el Dr. Thomas Harvey en 1955, cuando Einstein murió.
Probablemente esperaba hallar algo extraordinario. La madre de Einstein, Pauline se
había preocupado mucho porque la cabeza del bebe Einstein estaba caída de un lado.
(La abuela de Einstein tenia otra opinión: “ ¡Muy grande!”). Pero el cerebro de
Einstein era como cualquier otro, gris, arrugado, y, si acaso, un poco mas pequeño
que la media. Son recientes y pocos los estudios detallados del cerebro de Einstein.
En 1985, por ejemplo, el profesor Marian Diamond de UC Berkeley informó de un
número de células gliales (que nutren a las neuronas) de superior calidad en áreas del
hemisferio izquierdo, encargado del control de las habilidades matemáticas. En 1999,
la neurocientífica Sandra Witelson informaba de que el lóbulo parietal inferior de
Einstein, un área relacionada con el razonamiento matemático, era un 15% mas ancho
de lo normal. Además, encontró la grieta de Slyvian, un surco que normalmente se
extiende desde la parte delantera del cerebro hasta la parte posterior, que no recorría
todo el camino en el caso de Einstein. ¿ Habría podido permitir esto una mayor
conectividad entre las diferentes partes del cerebro de Einstein? Nadie lo sabe. No
saber, hace a algunos investigadores sentirse incómodos. Esto alegraba a Einstein:
“ La cosa más bella que podemos experimentar es el misterio”, decía. “ Es la emoción
fundamental que pervive en la cuna del arte verdadero y la ciencia verdadera”. Es la
emoción fundamental que Einstein sentía, caminando hacia el trabajo, despierto con
el bebe, sentado a la mesa durante la cena. La maravilla venció el agotamiento, cada
día.
Física de vanguardia para todos los públicos
Galardonados con el Nobel y otros científicos de prestigio hablarán sobre la
Física moderna
9 de marzo de 2005: Einstein no lo sabía todo. Einstein entendió que la luz debe
ser tanto una partícula como una onda, que ni el espacio ni el tiempo son inmutables,
que la materia puede estallar en energía. Sus ideas sirvieron para explicar muchas
cosas, pero a la vez dejaron tras de sí un rosario de enervantes rompecabezas. Los
científicos se afanaron en desentrañar las consecuencias, con frecuencia
extravagantes, deEinstein
las teorías
dealgunas
Einstein.
Todavía
están en[ ello.
En 1905, Einstein
tuvo
ideas
disparatadas.
]
publicó tres artículos tan importantes para la Ciencia que los físicos llaman a ese año
annus mirabilis, o el “ año milagroso”. Cien años después, las Naciones Unidas han
declarado 2005 como “ El año mundial de la Física”, para conmemorar la eclosión
creativa de Einstein. En todo el mundo se están celebrando conferencias, reuniones y
talleres educativos para analizar su pensamiento y para examinar las cuestiones que
dejó planteadas. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, albergará
uno de estos actos: la conferencia “ La Física del Tercer Milenio: II” , que tendrá
lugar en el centro Von Bran en Huntsville, Alabama, del 5 al 7 de abril de 2005. Los
patrocinadores incluyen la NASA, el Ejército de los EE.UU. la Sociedad Americana
de Física, y la Universidad de Alabama en Huntsville. Aunque se celebrará en “ La
ciudad de los cohetes”, la conferencia no versará sólo sobre el espacio. “ Hablaremos
sobre las cuestiones abiertas más importantes de todas las ramas de la Física”, explica
el que será presidente de la conferencia, Ron Koczor, de la Dirección General de
Ciencia y Tecnología del Centro Marshal para Vuelos Espaciales. Las conferencias
versarán sobre cuestiones de actualidad como la naturaleza de la energía oscura, las
interacciones entre antimateria y materia, mecánica cuántica y la formación de los
agujeros negros. Entre los ponentes habrá dos premios Nobel: Leon Lederman, que
recibió el premio por su trabajo sobre los neutrinos, y Riccardo Giacconi, cuyas
contribuciones a la Astrofísica condujeron al descubrimiento de fuentes cósmicas de
rayos X. El físico Lawrence Krauss, que escribió “ La física de Star Trek” intervendrá
en la comida y hablará sobre “ La mayor metedura de pata de Einstein, una historia de
misterio cósmico”. Física de vanguardia. Premios Nobel. Esta conferencia será para
profesionales muy cualificados, ¿ verdad? “ Pues no”, niega Koczor. “ A la
conferencia podrá asistir cualquiera que esté interesado en la Ciencia y en la Física.
Los discursos serán aptos para profanos”. Serán especialmente bienvenidos los
profesores y los estudiantes. El último día de la conferencia se dedicará
específicamente a ellos, con demostraciones prácticas y un comité de discusión sobre
las diversas carreras en física. Lawrence Krauss volverá a estar disponible para
discutir sobre “ La física de Star Trek” y cuestiones relacionadas con ella. (¿ Es Ud.
profesor? Contacte con el coordinador de la conferencia, Mitzi Adams , para obtener
información sobre la asistencia.)
P ulse para visitar el sitio web de Física para el tercer milenio.
Por Michio Kaku ¿ Existen las dimensiones superiores? . ¿ Existen mundos
invisibles más allá de nuestro alcance, más allá de las Leyes normales de la Física? .
Aunque las dimensiones superiores han sido exclusivamente reino de charlatanes,
místicos y escritores de ciencia-ficción, muchos físicos teóricos serios creen ahora
que no solo existen estas dimensiones superiores sino que pueden explicar algunos
de los secretos más profundos de la naturaleza. Aunque hacemos hincapié en que no
hay en la actualidad ninguna evidencia científica para estas dimensiones superiores,
en principio podrían resolver el último problema de la física: la unificación final de
todos los conocimientos físicos a nivel fundamental. Mi propia fascinación por las
dimensiones superiores comenzó en mi más tierna infancia. Uno de los recuerdos más
felices de mi niñez era agacharme cerca del estanque del famoso Jardín de Té japonés
en San Francisco, hipnotizado por las carpas brillantemente coloreadas que nadaban
lentamente bajo los lirios de agua. En esos tranquilos momentos, me preguntaba a mí
mismo una simple cuestión que solo un niño podría hacer: ¿ Cómo vería la carpa de
ese estanque el mundo que la rodea? . Pasando toda su vida en el fondo del estanque,
la carpa creería que su “ Universo” constaba de agua y lirios; sería solo vagamente
consciente de que podía existir un mundo extraño justo sobre la superficie. Mi
mundo estaba más allá de su comprensión. Estaba fascinado ya que podía sentarme
sólo a una pocas pulgadas de la carpa, y aún estaríamos separados por un inmenso
abismo. Concluí que si había algún “ científico” entre las carpas, se burlarían de
cualquier pez que propusiese que podía existir un mundo paralelo justo sobre los
lirios. Un mundo invisible más allá del estanque no tenía sentido científico. Una vez
imaginé qué pasaría si bajamos y de pronto sacásemos a uno de los “ científicos”
carpa fuera del estanque. Me preguntaba, ¿ Cómo actuaría la carpa ante esto? . El
asustado “ científico” carpa contaría una historia verdaderamente sorprendente, sobre
cómo fue sacado de alguna forma del Universo (el estanque) y arrojado a un
misterioso inframundo, a otra dimensión de luces cegadoras y objetos de extrañas
formas que ninguna carpa había visto antes. Lo más extraño de todo era que las
enormes criaturas responsables de esta atrocidad, no se parecían a un pez en lo más
mínimo. Sorprendentemente, no tenían aletas, pero aún así podían moverse sin ellas.
Obviamente, las Leyes normales de la Física ¡no se aplicaban en este inframundo!. La
Teoría del Todo A veces creo que somos como la carpa que vive contenta en el fondo
del estanque; pasamos nuestra vida satisfechos de nuestra ignorancia sobre otros
mundos que podrían coexistir con nosotros, sonriendo ante cada sugerencia de
Universos paralelos. Todo esto ha cambiado de forma drástica en los últimos años. La
teoría de espacios dimensionales superiores podría convertirse en la pieza central
que nos abra las puertas del origen del Universo. En el centro de esta revolución
conceptual está la idea de que nuestro Universo, con sus tres dimensiones normales,
es “ demasiado pequeño” para describir la miríada de fuerzas que gobiernan nuestro
Universo. P ara describir nuestro mundo físico, con su prácticamente infinita variedad
de formas, se requerirían bibliotecas completas desbordadas con montañas de revistas
técnicas y pilas de oscuros libros de texto. El objetivo final de la física, según creen
algunos, es tener una ecuación o expresión a partir de cuyos principios básicos
podamos derivar este colosal volumen de información. Hoy día, muchos científicos
creen que hemos encontrado la “ Teoría de Campo Unificado” que esquivó a Einstein
durante los últimos 30 años de su vida. Aunque la teoría de espacios dimensionales
superiores no ha sido verificada (y, como veremos, sería prohibitivamente costoso
probarla experimentalmente), casi 5 000 artículos, según el último recuento, se han
publicado dentro de la literatura física sobre estas teorías de dimensiones superiores,
comenzando con los artículos pioneros de Theodore Kaluza y Oskar Klein en los
años 20 y 30, pasando por la Teoría de la Supergravedad de los 70, y por fin a la
Teoría de Supercuerdas de los 80 y 90. De hecho, la Teoría de Supercuerdas, que
postula que la materia consiste en diminutas cuerdas vibrando en el hiperespacio,
predice el número exacto de dimensiones de espacio y tiempo: 10. ¿ Por qué no
podemos ver la Cuarta Dimensión? Para comprender estas dimensiones superiores,
recordamos que son necesarios tres números para localizar cada objeto del Universo,
desde la punta de tu nariz hasta el confín del mundo. Por ejemplo, si quieres quedar
con unos amigos en Manhattan, les dices que os encontrareis en el edificio que hace
esquina en la 42 con la Quinta Avenida, en la planta 37. Se necesitan dos números
para localizar tu posición en un mapa, y un número para especificar la distancia sobre
el mapa. De esta manera son necesarios tres números para especificar la localización
de tu almuerzo. (Si nos encontramos con nuestros amigos por la tarde, entonces se
necesitan cuatro números para especificar el lugar y la hora del encuentro). Sin
embargo, aunque lo intentemos, es imposible para nuestros cerebros visualizar la
cuarta dimensión espacial. Los ordenadores, por supuesto, no tienen problemas en
trabajar con N dimensiones espaciales, pero las dimensiones espaciales más allá de la
tercera simplemente no pueden ser conceptualizadas por nuestros débiles cerebros.
(La razón para este desafortunado accidente tiene que ver con la biología más que
con la física. La evolución humana puso como meta ser capaz de visualizar objetos
moviéndose en tres dimensiones. Había una presión selectiva sobre los humanos que
podían esquivar las embestidas de los tigres dientes de sable o arrojar lanzas contra
un mamut a la carga. Dado que los tigres no nos atacan en la cuarta dimensión
espacial, simplemente no era una ventaja desarrollar un cerebro con la capacidad de
visualizar objetos que se movieran en cuatro dimensiones). Encontrar un Ser de
Dimensiones Superiores Para comprender algunas de las alucinantes características
de las dimensiones superiores, imagina un mundo bidimensional, llamado
Planilandia (como en la célebre novela de Edwin A. Abbott) similar a un mundo
existente en un tablero liso. Si uno de los Planilandios se perdiese, podríamos
buscar rápidamente por toda Planilandia, tratando de ver directamente dentro de las
casas, edificios, e incluso lugares ocultos. Si uno de los Planilandios se pone
enfermo, podríamos alcanzar directamente su interior y realizar una operación sin
cortar su piel. Si uno de los Planilandios es encerrado en la cárcel (la cual es un
círculo que rodea al Planilandio) podemos simplemente “ recortar” a la persona fuera
de Planilandia hacia la tercera dimensión y colocar de nuevo al Planilandio en
cualquier otro lugar. Si nos volvemos un poco más ambiciosos y hundimos nuestros
dedos y brazos a través de Planilandia, los Planilandios solo verían círculos de
carne planeando a su alrededor, cambiando constantemente de forma y uniéndose a
otros círculos. Y finalmente, si arrojamos a un Planilandio a nuestro mundo
tridimensional, el Planilandio solo vería dos secciones dimensionales cruzadas de
nuestro mundo, es decir una alucinación de círculos, cuadrados, etc. que cambian
constantemente de forma y se unen. Ahora imagina que somos seres “ Planilandios
tridimensionales” visitados por un ser de dimensiones superiores. Si nos perdemos,
un ser de dimensiones superiores podría buscar en todo nuestro Universo de una
sola vez, tratando de mirar directamente en los lugares ocultos más recónditos. Si nos
ponemos enfermos, un ser de dimensiones superiores podría llegar a nuestro interior
y realizar una operación sin cortar nuestra piel. Si estamos en una cárcel de máxima
seguridad a prueba de fugas, un ser de dimensiones superiores podría simplemente
“ arrancarnos” a una dimensión superior y redepositarnos en cualquier otro lugar. Si
los seres de dimensiones superiores hundiesen sus “ dedos” en nuestro Universo,
parecerían ser burbujas de carne que flotan sobre nosotros y se unen y separan
constantemente. Y por último, si fuésemos arrojados al hiperespacio, veríamos un
conjunto de esferas, burbujas, y poliedros que aparecen de pronto, cambiando
constantemente de color y forma, y que desaparecen misteriosamente. La gente de
superiores dimensiones, por esto, tendría poderes similares a los de un dios: podría
caminar a través de los muros, desaparecer y aparecer a voluntad, entrar en las cámaras
acorazadas, y ver a través de los edificios. Serían omniscientes y omnipotentes. No es
sorprendente que la especulación sobre seres de dimensiones superiores haya
suscitado un enorme interés literario y artístico en los últimos 100 años. Místicos y
Matemáticos Fyodor Dostoyevsky, en Los Hermanos Karamazov, coloca a su
protagonista Iván Karamazov especulando sobre la existencia de dimensiones
superiores y geometrías no Eucledianas durante una discusión sobre la existencia de
Dios. En “ El Hombre Invisible” de H. G. Wells, la fuente de la invisibilidad era su
capacidad de manipular la cuarta dimensión. Incluso Oscar Wilde hace referencia a la
cuarta dimensión en su obra El Fantasma de Canterville como el hogar de los
fantasmas. La cuarta dimensión también aparece en trabajos literarios de Marcel
Proust y Joseph Conrad; inspiró algunas obras musicales de Alexander Scriabin,
Edgar Varege, y George Antheil. Fascinó a diversas personalidades como el
psicólogo William James, la figura literaria Gertrude Stein, y el revolucionario
socialista Vladimir Lenin. Lenin incluso mantuvo una polémica sobre la N-ésima
dimensión con el filósofo Ernst Mach en su Materialismo y Empiriocriticismo. Lenin
elogiaba a Mach, quien “ había planteado la importante y útil de un espacio de ndimensiones como un espacio concebible”, pero lo condenó a trabajos forzados ya
que el Zar solo podía ser derrocado en la tercera dimensión. Los artistas han estado
particularmente interesados en la cuarta dimensión debido a las posibilidades de
descubrir nuevas leyes de perspectiva. En la Edad Media, el arte religioso era
distinto por su deliberada carencia de perspectiva. Siervos, campesinos, y reyes eran
dibujados como si fuesen planos, de la misma forma en que los niños dibujan gente.
Dado que Dios era omnipotente y por esto podía ver todas las partes del mundo a la
vez, el arte tenía que reflejar su punto de vista, por esto el mundo se pintaba
bidimensionalmente. El arte Renacentista fue una revolución contra esta perspectiva
plana centrada en Dios. Majestuosos y realistas paisajes y gente tridimensional
fueron dibujados desde el punto de vista del ojo humano, con las líneas de
perspectiva desapareciendo en el horizonte. El arte del Renacimiento reflejaba el
modo en que el ojo humano veía el mundo, desde el singular punto de vista del
observador. En otras palabras, el arte del Renacimiento descubrió la tercera
dimensión. Con el comienzo de la Edad Contemporánea y el capitalismo, el mundo
artístico se volvió en contra del frío materialismo que parecía dominar la sociedad
industrial. Para los Cubistas, el positivismo era una camisa de fuerza que nos
confinaba a lo que podía ser medido en un laboratorio, suprimiendo los frutos de
nuestra imaginación. Preguntaron: ¿ Por qué el arte debe ser clínicamente
“ realista”? . Esta “ revolución” contra la perspectiva Cubista aprovechó la cuarta
dimensión debido a que tocaba la tercera dimensión desde todas las perspectivas
posibles. En una palabra, el arte Cubista adoptó la cuarta dimensión. Las pinturas de
Picasso son un espléndido ejemplo, mostrando un claro rechazo por la perspectiva
tridimensional, con rostros de mujeres vistos desde distintos ángulos
simultáneamente. En lugar de un punto de vista único, las pinturas de Picasso
muestran múltiples perspectivas, como si estuviese pintando desde la cuarta
dimensión, capaz de ver todas las perspectivas a la vez. Como ha escrito la
historiadora del arte Linda Henderson, “ la cuarta dimensión y la geometría no
Euclediana emergen como una los temas más importantes unificando gran parte de la
teoría y el arte moderno”. Unificando las Cuatro Fuerzas Históricamente, los físicos
han desechado la teoría de las dimensiones superiores debido a que no podían ser
medidas, ni tenía ningún uso particular. Pero para comprender cómo añadiendo
dimensiones superiores podemos, de hecho, simplificar problemas físicos, piensa en
el siguiente ejemplo. Para los antiguos egipcios, el tiempo era un completo misterio.
¿ Qué causaba las estaciones? . ¿ Por qué hacía más calor a medida que viajabas hacia
el Sur? . El tiempo era algo imposible de explicar para el limitado punto de vista de
los antiguos egipcios, para quienes la Tierra parecía lisa, como un plano
bidimensional. Pero ahora imagina que enviamos a los egipcios en un cohete al
espacio exterior, donde pueden ver la Tierra de forma pura y completa en su órbita
alrededor del Sol. De pronto, las respuestas a sus preguntas se vuelven obvias.
Desde el espacio exterior, está clara la inclinación de 23 grados de la Tierra sobre su
eje en su órbita alrededor del Sol. Debido a esta inclinación, el hemisferio norte
recibe mucha menos luz solar durante una parte de su órbita que durante otra. De aquí
que tengamos invierno y verano. Y dado que el ecuador recibe más luz solar en media
que las regiones polares norte y sur, notamos más calor cuanto más nos acercamos al
ecuador. En resumen, las confusas leyes del tiempo son fáciles de comprender una vez
vista la Tierra desde el espacio. Por esto, la solución al problema es ir al espacio, a la
tercera dimensión. Hechos que nos son imposibles de comprender en un mundo
plano de pronto se convierten en obvios cuando vemos un dibujo unificado de una
Tierra tridimensional. Las Cuatro Fuerzas Fundamentales De forma análoga, el actual
nerviosismo sobre las dimensiones superiores es debido a que pueden tener la clave
para la unificación de todas las fuerzas. La culminación de 2 000 años de meticulosas
observaciones es darnos cuenta que nuestro Universo está gobernado por cuatro
fuerzas fundamentales. Estas cuatro fuerzas, además, pueden ser unificadas en un
espacio de dimensiones superiores. La luz, por ejemplo, puede verse como una simple
vibración en la quinta dimensión. Las otras fuerzas de la naturaleza pueden verse
como vibraciones en dimensiones sucesivamente superiores. A primera vista, sin
embargo, las cuatro fuerzas fundamentales parecen no guardar ningún parecido entre
sí. Son éstas: La gravedad es la fuerza que mantiene nuestros pies anclados a la Tierra
rotante y mantiene unido el Sistema Solar y la Galaxia. Sin gravedad, seríamos
inmediatamente arrojados al espacio exterior a 1 600 kilómetros por hora. Además,
sin una gravedad que mantuviese al Sol cohesionado, explotaría en un catastrófico
estallido de energía. El Electromagnetismo es la fuerza que ilumina nuestras ciudades
y da energía a nuestros electrodomésticos. La revolución electrónica, que nos ha
dado las bombillas, la TV, el teléfono, los ordenadores, la radio, el radar, los
microondas, y lavavajillas es un subproducto de la fuerza electromagnética. La fuerza
nuclear fuerte es la fuerza que da energía al Sol. Sin la fuerza nuclear, las estrellas
dejarían de brillar y los cielos se volverían oscuros. La fuerza nuclear no solo hace
posible la vida en la Tierra, es también la devastadora fuerza liberada por la bomba de
hidrógeno, que puede ser comparada con un trozo de Sol traído a la Tierra. La fuerza
nuclear débil es la responsable de la descomposición radiactiva que involucra a los
electrones. La fuerza débil es aprovechada en los hospitales modernos en forma de
escáneres radiactivos usados en medicina nuclear. La fuerza débil también causó
estragos en Chernobyl. Históricamente, siempre que los científicos aclararon los
secretos de una de las cuatro fuerzas fundamentales, esto alteró irrevocablemente el
curso de la civilización moderna, desde el dominio de la mecánica y la física
Newtoniana en el siglo XVIII, al aprovechamiento del electromagnetismo del siglo
XIX, y por fin el descubrimiento de la fuerza nuclear en el siglo XX. En cierto sentido,
se puede encontrar el origen de algunos de los mayores avances de la historia de la
ciencia por el gradual conocimiento de estas cuatro fuerzas fundamentales. Algunos
incluso han proclamado que el progreso de los últimos 2 000 años de la ciencia se
puede comprender como el sucesivo dominio de estas cuatro fuerzas fundamentales.
Dada la importancia de estas cuatro fuerzas fundamentales, la siguiente pregunta es:
¿ Pueden unirse en una Superfuerza? . ¿ Son manifestaciones de una realidad más
profunda? . Dada la infructuosa búsqueda que ha confundido a los ganadores del
Premio Nobel del mundo durante medio siglo, la mayoría de los físicos están de
acuerdo en que la Teoría del Todo debe ser un punto de partida radical para todo lo
que se ha intentado previamente. Por ejemplo, Niels Bohr, fundador de la teoría
atómica moderna, en una ocasión escuchó una explicación de la versión de la Teoría
de Campo Unificada de Wolfgang Pauli. Frustrado, Bohr por fin se levantó y dijo,
“ Estamos todos de acuerdo en que su teoría es absolutamente descabellada. Pero
estamos divididos sobre si su teoría es lo bastante descabellada”. Hoy día, sin
embargo, tras décadas de salidas falsas y frustrantes callejones sin salida, muchos de
los principales físicos del mundo creen que por fin tenemos la teoría “ lo bastante
descabellada” para ser la Teoría de Campo Unificado. Hay una creencia bastante
extendida (aunque de ninguna manera unánime) en los principales laboratorios de
investigación del mundo de que hemos encontrado finalmente la Teoría del Todo.
Teoría de Campo en Dimensiones Superiores Para ver cómo nos ayudan las
dimensiones superiores a unificar las leyes de la naturaleza, los físicos usan la
herramienta matemática llamada “ Teoría de Campo”. Por ejemplo, el campo magnético
de un imán se parece a una tela de araña que llena todo el espacio. Para describir el
campo magnético, introducimos el campo, series de números definidos en cada punto
del espacio que describen la intensidad y dirección de la fuerza en ese punto. James
Clerk Maxwell, en el último siglo, demostró que la fuerza electromagnética se puede
describir mediante 4 números en cada punto en un espacio-tiempo de cuatro
dimensiones (marcados como A_1, A_2, A_3, A_4 ). Estos cuatro números, además,
obedecen a un conjunto de ecuaciones (llamadas Ecuaciones de Campo de Maxwell).
Para la fuerza gravitatoria, Einstein demostró que el campo requería un total de 10
números en cada punto para cuatro dimensiones. Estos 10 números se pueden reunir
en un vector. (Debido a que g_12 = g_21, solo 10 de los 16 números contenidos en
el vector son independientes). El campo gravitatorio, además, obedece a las
Ecuaciones de Campo de Einstein. La idea clave de Theodore Kaluza en los años 20
fue escribir una Teoría de la Gravedad de 5 dimensiones. En 5 dimensiones, el campo
gravitacitorio tiene 15 números independientes, los cuales se pueden ordenar en un
vector de 5 dimensiones. Kaluza entonces redefinió la quinta fila y columna del
campo gravitatorio para que fuese el campo electromagnético de Maxwell. La
característica verdaderamente maravillosa de esta construcción es que la Teoría de la
Gravedad en 5 dimensiones se redujo precisamente a la Teoría de la Gravedad
original de Einstein más la Teoría de la Luz de Maxwell. En otras palabras,
añadiendo la quinta dimensión, habíamos unificado de forma trivial la luz y la
gravedad. Eso significaba que la luz ahora era vista como vibraciones en la quinta
dimensión. En cinco dimensiones, tenemos “ suficiente espacio” para unificar la luz y
la gravedad. Este truco se extendió con facilidad. Por ejemplo, si generalizamos la
teoría a N dimensiones, entonces el campo gravitacional de la dimensión N puede
separarse en diferentes partes. Ahora está surgiendo una generalización del campo
electromagnético, llamada “ Campo de Yang-Mills”, que se sabe que describe las
fuerzas nucleares. Las fuerzas nucleares, además, pueden verse como vibraciones de
un espacio de dimensión superior. En una palabra, añadiendo más dimensiones,
somos capaces de describir más fuerzas. De forma análoga, añadiendo dimensiones
superiores y adornando aún más esta aproximación (con algo llamado supersimetría),
podemos explicar todo el zoológico de partículas que se han descubierto en los
últimos 30 años, con estrambóticos nombres como quarks, neutrinos, muones,
gluones, etc. Aunque las matemáticas requeridas para extender la idea de Kaluza han
alcanzado cotas realmente elevadas, incluso para los matemáticos profesionales, la
idea básica que subyace en la unificación sigue siendo sorprendentemente simple:
las fuerzas de la naturaleza pueden verse como vibraciones en un espacio de
dimensión superior. ¿ Qué pasó antes del Big Bang? Una ventaja de tener una teoría
de todas las fuerzas es que podríamos ser capaces de resolver algunos de las
espinosas preguntas que llevan años en la física, tales como el origen del Universo, y
la existencia de “ Agujeros de Gusano” e incluso máquinas del tiempo. La Teoría de
Supercuerdas de 10 dimensiones, por ejemplo, nos da una explicación convincente
del origen del Big Bang, la explosión cósmica que tuvo lugar hace 15 o 20 mil
millones de años, y que arrojó las estrellas y galaxias en todas direcciones. En esta
teoría, el Universo comenzó originalmente como un Universo perfecto de 10
dimensiones sin nada en él. Al principio, el Universo estaba completamente vacío.
Sin embargo, este Universo de 10 dimensiones no era estable. El espacio-tiempo
original de 10 dimensiones finalmente se “ rompió” en dos partes, un Universo de 4 y
6 dimensiones. El Universo hizo el “ salto cuántico” a otro Universo en el cual 6 de
las 10 dimensiones colapsaron y se enroscaron en una diminuta pelota, permitiendo a
las restantes 4 dimensiones explotar hacia el exterior a una enorme tasa. El Universo
de cuatro dimensiones (nuestro mundo) se expandió a gran velocidad, creando el Big
Bang, mientras el Universo de se envolvía en sí mismo en una minúscula pelota y se
encogía hasta un tamaño infinitesimal. Esto explica el origen del Big Bang. La actual
expansión del Universo, que podemos medir con nuestros instrumentos, es un efecto
colateral de un colapso cataclísmico superior: la ruptura de un Universo de 10
dimensiones en un Universo de 4 y 6 dimensiones. En principio, esto también
explicaría por qué no podemos medir el Universo de 6 dimensiones, debido a que se
ha encogido a un tamaño mucho menor que el de un átomo. De esta manera, ningún
experimento de la Tierra podría medir el Universo de 6 dimensiones debido a que se
ha enroscado en una pelota demasiado pequeña como para ser analizada incluso por
los instrumentos más potentes. (Esto será una decepción para quienes desearían
visitas estas dimensiones superiores durante su vida. Estas dimensiones son
demasiado pequeñas para entrar en ellas). ¿ Máquinas del Tiempo? Otro antiguo
misterio es el que concierne a los Universos paralelos y el viaje en el tiempo. De
acuerdo con la Teoría de la Gravedad de Einstein, el espacio-tiempo puede
visualizarse como un tejido que se estira y distorsiona por la presencia de materia y
energía. El campo gravitatorio de un agujero negro, por ejemplo, puede visualizarse
como un embudo, con una estrella muerta colapsada en el centro. Cualquiera lo
bastante desafortunado como para acercarse demasiado al embudo cae de forma
inexorable en él y es aplastado hasta la muerte. Un misterio, sin embargo, es que de
acuerdo con las Ecuaciones de Einstein, el embudo de un agujero negro
necesariamente conecta nuestro Universo con un Universo Paralelo. Además, si el
túnel conecta nuestro Universo con nuestro mismo Universo, entonces tenemos un
“ Agujero de Gusano”. Estas anomalías no molestaron a Einstein debido a que se
pensaba que el viaje a través del cuello del embudo, llamado “ puente de EinsteinRosen”, sería imposible (debido a que cualquiera que cayese en el agujero negro
moriría). Sin embargo, con el paso del tiempo físicos como Roy Kerr y Kip Thorne del
Instituto de Tecnología de California han encontrado nuevas soluciones a las
ecuaciones de Einstein en las cuales el campo gravitacional no se hace infinito en el
centro, es decir, que en principio una nave podría viajar a través del puente EinsteinRosen a un Universo alternativo (o a una zona distante de nuestro propio Universo)
sin ser destrozado por el intenso campo gravitatorio. (Este agujero de gusano es, de
hecho, la representación matemática del Espejo de Alicia). Incluso más fascinante es
que estos agujeros de gusano pueden verse como máquinas del tiempo. Dado que los
dos extremos de un agujero de gusano pueden conectar dos eras temporales, Thorne y
sus colegas han calculado las condiciones necesarias para entrar en el agujero negro
en una época y salir al otro extremo en otra época distinta. (Thorne no se intimida
ante el hecho de que la cantidad de energía necesaria para abrir un puente de
Einstein-Rosen supera la de una estrella, y por esto está más allá de los límites de la
tecnología actual. Pero para Thorne, esto es solo un pequeño detalle para los
ingenieros de una civilización lo bastante avanzada ¡del espacio exterior!). Thorne
incluso da la idea general de lo que parecería una máquina del tiempo cuando se
construyese. (Imagina, sin embargo, el caos que se podría producir si las máquinas
del tiempo fuesen tan comunes como los coches. Los libros de historia no podrían
escribirse. Miles de entrometidos estarían constantemente volviendo atrás en el
tiempo para eliminar a los ancestros de sus enemigos, para cambiar el resultado de la
Primera y Segunda Guerra Mundial, salvar la vida de John Kennedy y Abraham
Lincoln, etc. La “ historia” tal y como la conocemos sería imposible, dejando sin
trabajo a los historiadores profesionales. Con cada giro del mando de la máquina del
tiempo, la historia cambiaría como arena arrastrada por el viento). Otros físicos, sin
embargo, como Steven Hawking, dudan del viaje en el tiempo. Argumentan que los
efectos cuánticos (como los intentos campos de radiación del embudo) pueden cerrar
el puente de Einstein-Rosen. Hawking incluso adelantó una “ prueba” experimental
de la imposibilidad de las máquinas del tiempo (es decir, sí existieran, estaríamos
siendo visitados por turistas del futuro). Esta controversia ha generado
recientemente una oleada de artículos en la literatura física. El problema esencial es
que aunque las ecuaciones de Einstein para la gravedad permiten el viaje en el
tiempo, también colapsan cuando nos aproximamos a un agujero negro, y los efectos
cuánticos, como la radiación, toman el mando. P ero para calcular si estas correcciones
cuánticas son lo bastante intentas para cerrar el puente Einstein-Rosen, se necesita
por fuerza una Teoría de Campo Unificado que incluya ambas, la Teoría de la
Gravedad de Einstein y también la Teoría Cuántica de la Radiación. Por lo que
tenemos la esperanza de que pronto estas preguntas puedan resolverse de una vez por
todas mediante una Teoría de Campo Unificado. Ambos lados del debate sobre el
viaje en el tiempo reconocen que finalmente esta cuestión se verá resuelta por la
Teoría del Todo. Recrear la Creación Aunque la Teoría de Supercuerdas de 10
dimensiones ha sido reconocida como el descubrimiento más fascinante en la física
teórica de las últimas décadas, sus críticos se han centrado en su punto más débil, es
casi imposible de comprobar. La energía a la que las cuatro fuerzas fundamentales se
unen en una sola fuerza unificada tiene lugar a la fabulosa “ energía de Planck”, la
cual es un trillón de veces mayor que la energía que encontramos en un protón.
Incluso si todas las naciones de la Tierra estuviesen unidas y construyesen el mayor
acelerador de partículas de la historia, seguiría sin ser suficiente para comprobar la
teoría. Debido a esto, algunos físicos han ridiculizado la idea de que la Teoría de
Supercuerdas pueda ser considerada una “ teoría” legítima. El Premio Nobel Sheldon
Glashow, por ejemplo, ha comparado la Teoría de Supercuerdas con el programa de la
Guerra de las Galaxias del anterior Presidente Reagan (debido a que es inestable y
absorbe el talento de los mejores científicos). La razón por la que la teoría no puede
ser comprobada es bastante simple. La Teoría del Todo es necesariamente una Teoría
de la Creación, es decir, debe explicar todo desde el origen del Big Bang hasta los
lirios del campo. Toda su potencia se pone de manifiesto en el instante del Big Bang,
donde todas las simetrías estaban intactas. Comprobar esta teoría, además, significa
recrear la Creación en la Tierra, lo cual es imposible con la actual tecnología. (Los
críticos aplican esto, de hecho, a cualquier Teoría de la Creación. El filósofo David
Hume, por ejemplo, creía que una Teoría científica de la Creación era filosóficamente
imposible. Esto era debido a que la Fundación de Ciencia contaba con la
reproducibilidad, y la creación es un evento que nunca puede ser reproducido en el
laboratorio). Aunque es desalentador, una pieza del puzzle puede ser suministrada
por el Supercolisionador de Superconducción (Superconducting Supercollider o
(SSC)), el cual, si se construye, será el acelerador de partículas más grande del mundo.
El SSC (que parece que será cancelado por el Congreso) está diseñado para acelerar
protones a la asombrosa energía de decenas de miles de billones de electrón-voltios.
Cuando estas partículas subatómicas chocan unas con otras a estas fantásticas
energías dentro del SSC, se generarán unas temperaturas que no se han visto desde el
instante de la Creación. Por esto a veces es llamada “ ventana a la Creación”. Con un
coste de 8 a 10 mil millones de dólares, el SSC consta de un anillo de potentes
imanes extendidos a lo largo de un tubo de 75 kilómetros de longitud. De hecho, uno
podría colocar fácilmente la circunvalación de Washington, que rodea Washington
D.C., dentro del SSC. Cuando sea construido, si lo es, los físicos esperan que
encuentre exóticas partículas subatómicas para completar nuestra comprensión actual
de las cuatro fuerzas. Sin embargo, también tenemos la pequeña posibilidad de que
los físicos descubran partículas “ supersimétricas”, que podrían ser vestigios de la
Teoría de Cuerdas Original. En otras palabras, aunque la Teoría de Supercuerdas no
puede ser comprobada directamente por el SSC, se espera encontrar resonancias de la
Teoría de Supercuerdas entre los restos creados por los protones despedazados a
energías desconocidas desde el Big Bang.
La Física del Viaje en el Tiempo
¿Es real o solo un cuento? Por Michio Kaku En la novela de H.G. Wells, La
Máquina del Tiempo, nuestro protagonista saltó a una silla especial con luces
parpadeantes, giró unos pocos mandos, y se vio catapultado algunos cientos de
miles de años al futuro, donde Inglaterra había desaparecido mucho tiempo atrás y
estaba ahora habitada por extrañas criaturas llamadas Morlocks y Eloi. Esto puede
haber creado una gran obra, pero los físicos siempre se han burlado de la idea de los
viajes en el tiempo, considerándolo reino de excéntricos, místicos, y charlatanes, y
con buenas razones. Sin embargo, unos avances bastante importantes en la gravedad
cuántica están revitalizando esta teoría; se está convirtiendo en el juguete de los
físicos teóricos que escriben en las páginas de la revista Physical Review. Un
persistente problema en el viaje en el tiempo es que está plagado de distintos tipos
de paradojas. P or ejemplo, está la paradoja del hombre sin padres, es decir, ¿ Qué pasa
cuando vuelves atrás en el tiempo y matas a tus padres antes de que hayas nacido? .
Pregunta: Si tus padres murieron antes de que nacieras, entonces ¿ cómo podrías
haber nacido para matarlos en primer lugar? . Está también la paradoja del hombre sin
pasado. Por ejemplo, digamos que un joven inventor intenta sin éxito construir una
máquina del tiempo en su garaje. De pronto, un hombre mayor aparece de ninguna
parte y le da al joven el secreto para construir la máquina del tiempo. El joven
entonces se convierte en alguien extremadamente rico jugando en el mercado de
valores, carreras, y eventos deportivos debido a que conoce el futuro. Entonces,
cuando es viejo, decide hacer un viaje final hacia el pasado y darle el secreto del
viaje en el tiempo a su yo más joven. P regunta: ¿ De dónde vino la idea de la máquina
del tiempo? . También tenemos la paradoja del hombre que es su propia madre (mis
disculpas a Heinlein.) “ Jane” es abandonada en un orfanato. Cuando “ Jane” es una
adolescente, se enamora de un vagabundo, que la abandona pero la deja embarazada.
Entonces se dispara el desastre. Está a punto de morir dando a luz un bebé, que es
misteriosamente secuestrado. El doctor advierte que Jane se está desangrando
peligrosamente, pero, extrañamente, tiene ambos órganos sexuales. Por lo que, para
salvar su vida, convierte a “ Jane” en “ Jim.” “ Jim” a partir de este momento se
convierte en un loco borracho, hasta que encuentra un amistoso camarero (en realidad
un viajero en el tiempo disfrazado) que lanza a “ Jim” de vuelta al pasado. “ Jim”
conoce a una preciosa adolescente, y la deja embarazada por descuido. Consciente de
su culpa, rapta al bebé y lo deja en un orfanato. Más tarde, “ Jim” se une al cuerpo de
viajeros en el tiempo, llevando una vida distinguida, y solo tiene un sueño:
disfrazarse de camarero para encontrar a cierto borracho llamado “ Jim” en el pasado.
Pregunta: ¿ Quién es la madre, padre, hermano, hermana, abuelo, abuela, y nietos de
“ Jane”? . No es sorprendente que el viaje en el tiempo siempre haya estado
considerado como un imposible. Después de todo, Newton creía que el tiempo era
como una flecha; una vez disparada, permanecía en una línea recta inamovible. Un
segundo en la Tierra era un segundo en Marte. Relojes dispersos por todo el
Universo latirían al mismo ritmo. Einstein nos dio una imagen mucho más radical. De
acuerdo con Einstein, el tiempo es más como un río, que serpentea alrededor de
estrellas y galaxias, acelerando y decelerando cuando pasa alrededor de cuerpos
masivos. Un segundo en la Tierra NO es un segundo en Marte. Relojes dispersos a
través del Universo latirían a su propio ritmo distante. Sin embargo, antes de que
Einstein muriera, se vio frente a un embarazoso problema. El vecino de Einstein en
Princeton, Kurt Goedel, quizá el Lógico Matemático más grande de los últimos 500
años, encontró una nueva solución a las propias ecuaciones de Einstein ¡que
permitían el viaje en el tiempo!. El “ río del tiempo” ahora tenía remolinos en los
cuales podría curvarse sobre sí mismo en un círculo. La solución de Goedel era
bastante ingeniosa: postuló un Universo repleto de un fluido rotante. Cualquiera
que anduviese a lo largo de la dirección de rotación se encontraría de vuelta en el
punto inicial, ¡pero antes en el tiempo!. En sus memorias, Einstein escribió que
estaba preocupado porque esta ecuación contenía soluciones que permitían el viaje
en el tiempo. Pero por fin concluyó: el Universo no rota, se expande (es decir como
en la Teoría del Big Bang) y por esto la solución de Goedel podría ser desestimada
por “ razones físicas”. (Aparentemente, si el Big Bang fuese rotacional, ¡sería posible
viajar en el tiempo por el Universo!). Entonces en 1963, Roy Kerr, un matemático
neozelandés, encontró una solución de las ecuaciones de Einstein para un agujero
negro rotacional, el cual tendría propiedades inverosímiles. El agujero negro no
colapsaría en un punto (como se pensaba previamente) sino en un anillo giratorio (de
neutrones). El anillo circularía tan rápidamente que la fuerza centrífuga mantendría al
anillo fuera del colapso gravitacional. El anillo, entonces, actuaría como el Espejo de
Alicia. Cualquiera que camine a través del anillo no moriría, sino que podría pasar a
través del anillo a un Universo alternativo. Desde entonces, se han encontrado
cientos de otras soluciones de “ agujeros de gusano” en las ecuaciones de Einstein.
Estos agujeros de gusano conectan no solo dos regiones del espacio (de aquí su
nombre) sino también dos regiones del tiempo. En principio, pueden ser usados
como máquinas del tiempo. Recientemente, los intentos de sumar la Teoría Cuántica y
la gravedad (y de aquí crear la “ Teoría del Todo”) nos ha dado algún entendimiento
sobre los problemas de las paradojas. En la Teoría Cuántica, podemos tener múltiples
estados de cualquier objeto. Por ejemplo, un electrón puede existir simultáneamente
en diferentes órbitas (un hecho que es responsable de darnos las Leyes de la
Química). De forma similar, el famoso gato de Schrodinger podría existir a la vez en
dos posibles estados: muerto y vivo. Por esto al volver atrás en el tiempo y alterar el
pasado, estamos simplemente creando un Universo paralelo. De modo que
cambiaremos el pasado de alguien, digamos salvando a Abraham Lincoln de ser
asesinado en el Teatro Ford, pero nuestro Lincoln permanecerá muerto. De esta forma,
el río del tiempo se divide en dos ríos separados. ¿ Pero esto significa que seremos
capaces de saltar en la máquina de H.G. Wells, girar un mando, y lanzarnos varios
cientos de miles de años a la Inglaterra del futuro? . No. Hay un número de difíciles
obstáculos que superar. Primero, el problema principal de la energía. Del mismo
modo que un coche necesita gasolina, una máquina del tiempo necesita una fabulosa
cantidad de energía. O se tiene la energía de una estrella, o se busca algo llamado
“ materia exótica” (la cual cae hacia arriba más que hacia abajo) o buscar una fuente de
energía negativa. (Los Físicos pensaban que la energía negativa era imposible. Pero
se han verificado experimentalmente pequeñas cantidades de energía negativa
mediante algo llamado el Efecto Casimir, es decir, la energía creada por los discos
paralelos). Todas estas son extremadamente difíciles de conseguir en grandes
cantidades, ¡al menos por unos cuantos siglos!. Entonces tenemos el problema de la
estabilidad. El agujero negro de Kerr, por ejemplo, puede ser inestable si se cae a
través de él. De forma análoga, los efectos cuánticos pueden crear y destruir el
agujero negro antes de entrar en él. Por desgracia, nuestras matemáticas no son lo
bastante potentes para dar respuesta a estas cuestiones de estabilidad debido a que
se necesita una “ Teoría del Todo” que combine ambas, las fuerzas cuántica y de la
gravedad. En la actualidad, la Teoría de supercuerdas en el principal candidato para
tal teoría (de hecho, es el ÚNICO candidato; no tiene rivales después de todo). Pero
la Teoría de supercuerdas, que casualmente es mi especialidad, es aún difícil de
resolver por completo. La teoría está bien definida, pero nadie en la Tierra es lo
bastante inteligente como para resolverla. Lo bastante interesado, Stephen Hawking
en una ocasión se opuso a la idea del viaje en el tiempo. Incluso reivindicó que tenía
una evidencia “ empírica” contra esto. Si el viaje en el viaje en el tiempo existía, dijo,
entonces tendríamos que estar siendo visitados por turistas del futuro. Dado que no
vemos turistas del futuro, podemos concluir: el viaje en el tiempo es imposible.
Debido a la enorme cantidad de trabajo hecho por los físicos teóricos en los últimos
5 años más o menos, Hawking ha cambiado desde entonces su pensamiento, y ahora
cree que el viaje en el tiempo es posible (aunque no necesariamente práctico).
(Además, quizás simplemente no somos muy interesantes para estos turistas del
futuro. Cualquiera que pueda tener la energía de una estrella nos consideraría muy
primitivos. Imagina a tus amigos cruzando una colina de hormigas. ¿ Se agacharían
hacia las hormigas y les darían regalos, medicinas, libros y energía? . ¿ O alguno de
tus amigos tendría el extraño impulso de pisar algunas de ellas? ). En conclusión, no
rechaces a una persona que llame a tu puerta un día y diga ser tu futuro tataranieto.
P uede que sea cierto.
Agujeros Negros, Agujeros de Gusano y la Décima Dimensión
¿Se podrán probar estos conceptos mediante la Teoría del Todo? Por Michio
Ka ku El pasado Junio, los astrónomos brindaban con copas de champán en los
laboratorios de todo el mundo, saboreando su último descubrimiento. El reparado
Telescopio Espacial Hubble de 2 mil millones de dólares, una de las perlas de la
comunidad científica, había capturado una de las piezas más esquivas: un agujero
negro. Pero el descubrimiento del Santo Grial de la astrofísica podía también avivar
un viejo debate dentro de la comunidad física. ¿ Qué se extiende al otro lado de un
agujero negro? . Si alguien, imprudentemente, cae en un agujero negro, ¿ será
destrozado por su inmensa gravedad, como creen la mayoría de científicos, o será
lanzado a un Universo paralelo, o emergerá en otra era temporal? . Para resolver esta
compleja cuestión, los físicos están desarrollando uno de las más estrambóticos y
tentadores capítulos de la física moderna. Tienen que navegar por un campo de minas
de teorías potencialmente explosivas, como la posibilidad de los “ agujeros de
gusano”, “ agujeros blancos”, máquinas del tiempo, ¡e incluso la décima dimensión!.
Esta controversia puede confirmarse por la irónica observación de J.B.S. Haldane
sobre que el Universo “ no solo es tan extraño como suponemos, sino que es mucho
más extraño de lo que suponemos.” Esta deliciosa polémica, que encanta a los físicos
teóricos pero que alucina a los simples mortales, es el tema de mi último libro,
Hiperespacio. Agujeros Negros: Estrellas Colapsadas Un agujero negro, en pocas
palabras, es una estrella muerta masiva cuya gravedad es tan intensa que incluso la
luz es incapaz de escapar, de aquí su nombre. Por definición, no se pueden observar,
de modo que los científicos de la NASA se centraron en el pequeño núcleo de la
galaxia M87, un “ motor cósmico” supermasivo a 50 millones de años luz de la Tierra.
Los astrónomos entonces mostraron que el núcleo de consistía en un feroz remolino
de gas de hidrógeno supercaliente girando a 1,9 millones de kilómetros por hora.
Para mantener este disco de gas girando tan violentamente en todas direcciones,
tendría que tener una colosal masa concentrada en el centro, ¡con un peso de 2 a 3 mil
millones de soles!. Un objeto con tal asombrosa cantidad de masa sería lo bastante
masivo como para impedir que la luz escapase. Luego, un agujero negro. El Puente
Einstein-Rosen P ero esto también reaviva una actual controversia sobre los agujeros
negros. La mejor descripción de un agujero negro giratorio se dio en 1963 por el
matemático neozelandés Roy Kerr, usando las ecuaciones de la gravedad de Einstein.
Pero existe una extraña propiedad en esta solución. Predice que si uno cae en el
agujero negro, podría ser absorbido a través de un túnel (llamado “ puente de
Einstein-Rosen") y disparado a través de un “ agujero blanco” ¡en un Universo
paralelo!. Kerr mostró que un agujero negro giratorio colapsaría no en un punto,
sino en un “ anillo de fuego”. Debido a que el anillo giraría muy rápidamente, las
fuerzas centrífugas lo mantendría a salvo del colapso. Extraordinariamente, una sonda
espacial enviada directamente a través del anillo no sería aplastada, sino que
emergería intacta en el otro lado del puente Einstein-Rosen, en un Universo paralelo.
Este “ agujero de gusano” conectaría dos Universos paralelos, o incluso zonas
distantes del mismo Universo. A través del Espejo La forma más simple de visualizar
un agujero de gusano de Kerr es pensar en el Espejo de Alicia. Cualquiera que
camine a través del Espejo sería transportado instantáneamente al País de las
Maravillas, un mundo donde los animales hablan con adivinanzas y el sentido
común no es nada común. El marco del Espejo corresponde al anillo de Kerr.
Cualquiera que camine a través del anillo de Kerr se transportaría al otro extremo del
Universo o incluso al pasado. Como dos hermanos siameses unidos por la cadera,
ahora tenemos dos universos unidos a través del Espejo. Algunos físicos se han
preguntado si los agujeros negros o los agujeros de gusano podrían ser usados
algún día como atajos a otro sector del Universo, o incluso como una máquina del
tiempo al pasado lejano (haciendo posibles las hazañas de capa y espada de Star
Wars). Sin embargo, advertimos que somos escépticos. La crítica reconoce que se han
encontrado cientos de soluciones de agujeros de gusano a las ecuaciones de
Einstein, y por esto no pueden ser descartadas en el saco de las estupideces. Pero
apuntan que los agujeros de gusano pueden ser inestables, o que su intensa
radiación y fuerzas subatómicas que rodean la entrada del agujero de gusano matarían
a cualquiera que se atreviese a entrar. Se han provocado enérgicos debates entre los
físicos sobre el tema de los agujeros negros. Por desgracia, esta controversia no
puede ser resuelta, debido a que las ecuaciones de Einstein se colapsan en el centro
de los agujeros negros o agujeros de gusano, donde la radiación y las fuerzas
subatómicas pueden ser lo bastante feroces como para colapsar la entrada. El
problema es que la teoría de Einstein solo funciona para la gravedad, no para las
fuerzas cuánticas que gobiernan la radiación y las partículas subatómicas. Lo que se
necesita es una teoría que abarque tanto la Teoría Cuántica de la Radiación como la
gravedad de forma simultánea. En una palabra, para resolver el problema de los
agujeros negros cuánticos, ¡necesitamos una “ Teoría del Todo”!. ¿ Una Teoría del
Todo? Uno de los mayores descubrimientos de la ciencia en el siglo XX son que las
Leyes de la Física, a nivel fundamental, pueden resumirse en dos formalismos: (1) La
Teoría de la Gravedad de Einstein, que nos da una descripción cósmica de lo muy
grande, es decir, galaxias, agujeros negros y el Big Bang, y (2) la Teoría Cuántica,
que nos da una descripción microscópica de lo muy pequeño, es decir el microcosmos
de las partículas subatómicas y la radiación. Pero la suprema ironía, y seguramente
una de las bromas cósmicas de la Naturaleza, es que parecen ser desconcertantemente
distintas; incluso los mejores físicos del mundo, incluyendo a Einstein y
Heisenberg, fallaron al unificar estas dos teorías en una. Las dos teorías usan
distintas matemáticas y diferentes principios físicos para describir el Universo en sus
respectivos dominios, el cósmico y el microscópico. Por suerte, ahora tenemos un
candidato para esta teoría. (De hecho, es el único candidato. Los resultados de las
propuestas rivales han mostrado ser inconsistentes). Es la llamada “ Teoría de
Supercuerdas”, y casi sin esfuerzo une la gravedad con la teoría de la radiación, lo
que se requiere para resolver el problema de los agujeros de gusano cuánticos. La
Teoría de Supercuerdas puede explicar las misteriosas leyes cuánticas de la física
subatómica postulando que las partículas subatómicas son en verdad sólo
resonancias de la vibración de una minúscula cuerda. Las vibraciones de la cuerda de
un violín corresponden a notas musicales; de la misma forma las vibraciones de una
supercuerda corresponden a las partículas que encontramos en la naturaleza. El
Universo entonces es una sinfonía de cuerdas vibrantes. Y una bonificación
adicional es que, como una cuerda se mueve en el tiempo, curvan el tejido del espacio
alrededor de ellas, produciendo agujeros negros, agujeros de gusano, y otras
soluciones exóticas a las ecuaciones de Einstein. De esta forma, de un solo golpe, la
Teoría de Supercuerdas une ambas, la Teoría de Einstein y la Física Cuántica en un
dibujo coherente y convincente. Un Universo de 10 Dimensiones La curiosa
característica de las supercuerdas, sin embargo, es que solo pueden vibrar en 10
dimensiones. Esto es, de hecho, una de las razones por las que puede unificar las
fuerzas conocidas del Universo: en 10 dimensiones tenemos “ más espacio” para
acomodar la Teoría de la Gravedad de Einstein y la Física subatómica. En cierto
sentido, los intentos previos de unificar las fuerzas de la naturaleza fallaron debido a
que una teoría estándar en 4 dimensiones es “ demasiado pequeña” para meter todas
las fuerzas en el mismo marco de trabajo matemático. Para visualizar las dimensiones
superiores, piensa en un Jardín de Té japonés, donde una carpa pasa su vida entera
nadando bajo un pequeño estanque. Las carpas son sólo vagamente conscientes de
lo que sucede en el mundo más allá de la superficie. Para un “ científico” carpa, el
Universo consta solo de dos dimensiones, longitud y anchura. No hay algo similar a
la altura. De hecho, son incapaces de imaginar una tercera dimensión más allá del
estanque. La palabra “ arriba” no tiene significado para ellos. (Imagina su angustia su
de pronto fuesen sacados de su Universo bidimensional al “ hiperespacio”, es decir
¡nuestro mundo!). Sin embargo, si llueve, la superficie del estanque se llena de ondas.
Aunque la tercera dimensión está más allá de su comprensión, pueden ver con
claridad las ondas viajando sobre la superficie del estanque. Así mismo, aunque los
humanos no podemos “ ver” las dimensiones superiores, podemos ver sus ondas
cuando vibran. De acuerdo a esta teoría, la “ luz” no es más que una vibración
ondulando a lo largo de la quinta dimensión. Añadiendo dimensiones superiores,
podemos acomodar fácilmente más y más fuerzas, incluyendo las fuerzas nucleares. En
dos palabras: cuantas más dimensiones tengamos, más fuerzas podremos acomodar.
Una crítica persistente a esta teoría, sin embargo, es que no vemos estas dimensiones
superiores en el laboratorio. A día de hoy, cada evento del Universo, desde la más
diminuta descomposición subatómica a las explosivas galaxias, puede ser descrito
mediante 4 números (altura, anchura, profundidad, y tiempo), no 10 números. Para
responder a estas críticas, muchos científicos creen (pero no pueden probar aún) que
el Universo en el instante del Big Bang era de hecho completamente de dimensión
10. Solo tras el instante de la creación 6 de las 10 dimensiones se “ enroscaron” en
una pelota demasiado minúscula para observarla. En un sentido real, esta teoría es en
verdad una Teoría de la Creación, cuando toda la potencia de un espacio-tiempo de
10 dimensiones se manifestó. Física del Siglo 21 No es sorprendente que las
matemáticas de las cuerdas de 10 dimensiones sean sobrecogedoramente maravillosas
a la par que brutalmente complejas, y haya enviado ondas de choque a través de toda
la comunidad matemática. Todas las nuevas áreas de las matemáticas han sido abiertas
por esta teoría. Por desgracia, actualmente nadie es lo bastante inteligente como para
resolver el problema de un agujero negro cuántico. Como dijo Edward Witten del
Instituto de Estudios Avanzados en Princeton has, “ La Teoría de Cuerdas es física
del siglo 21 que accidentalmente cayó en el siglo 20”. Sin embargo, las matemáticas
del siglo 21 necesarias para resolver los agujeros negros cuánticos ¡no se han
descubierto aún!. Aún así, las apuestas son tan altas que los equipos de iniciativas
físicas no han parado de intentar resolver la Teoría de Supercuerdas. Casi 5 000
artículos se han escrito sobre este tema. Como dijo el premio Nobel Steve Weinberg,
“ ¿ Cómo podría esperar nadie que muchos de los más brillantes jóvenes teóricos no
trabajarían en ello? ”. Los progresos son lentos pero seguros. El año pasado, se
anunció un gran avance. Varios grupos de físicos anunciaron de forma independiente
que la Teoría de Cuerdas puede resolver completamente en problema de un agujero
negro cuántico. (Sin embargo, los cálculos eran tan diabólicamente complejos que
sólo podían desarrollarse en 2, no en 10 dimensiones). De modo que aquí es dónde
estamos ahora. Muchos físicos sienten que es solo una cuestión de tiempo el que
alguna iniciativa física rompa por completo este delicado problema. Las ecuaciones,
aunque difíciles, están bien definidas. Por lo que hasta entonces, ¡es aún algo
prematuro comprar billetes para el agujero negro más cercano para visitar la galaxia
vecina o cazar dinosaurios!