A la sombra del asombro. Francisco Claro
básicas consideradas por los físicos y químicos de la época fueron los átomos: el hidrógeno, el oxígeno, el oro, el cobre, etc., un centenar de ellos. Pronto parecieron demasiados, excesiva variedad. Entonces, en 1911, se descubrió que se trataba de meras combinaciones de apenas dos partículas: electrón y núcleo. Todo se simplificaba al bastar un par de elementos para armar lo que nos rodea: los sólidos, los líquidos, el aire y otros gases.
Sin embargo, el estudio más detallado del núcleo atómico a partir de ese año fue mostrando la existencia de otros objetos minúsculos, como el protón, el neutrón, el positrón, el neutrino, el pión, el kaón, la lambda, la sigma, la omega, la eta, la xi, etc. Llegaron a ser tantos, que agotaron todas las letras de los alfabetos y se hablaba hacia 1960 del “zoológico” de partículas elementales. Eran centenares. Algunas caían del cielo en la llamada “radiación cósmica” y otras surgían de los violentos choques frontales al interior de los grandes aceleradores. Enrico Fermi llegó a decir que si hubiera sabido que tenía que aprenderse el nombre de tantas partículas, habría estudiado biología. La cosa se había puesto fea de verdad.
De la inicial simplicidad que ofrecía el dúo electrón-núcleo se llegó a una verdadera selva de partículas supuestamente elementales. Apareció entonces la idea de los quarks, con los cuales se pudo “armar” la mayoría de los ejemplares del zoológico aquél. Pero los quarks también resultaron bastantes y los leptones mantuvieron su número e independencia existencial, con lo cual seguimos con sesenta; quizás ya no un zoológico completo pero sí una jaula de buen tamaño.
Entonces, nos volvemos a preguntar, ¿son éstos los objetos más básicos? Y en último término, si lo fuesen, ¿por qué son como son y por qué son tantos? Quisiéramos poder decir, “salen de esto”, o “salen de esto y de aquello”, mencionar uno o dos principios bien fundamentales, y ojalá tan simples que podamos explicárselos a un niño. La respuesta “porque Dios lo quiso así” posiblemente es la última de las últimas, pero ya pertenece al ámbito de la religión. ¿Cuál es la última que puede dar la ciencia?
Hace poco se encendió una luz de esperanza. Por ser indivisibles, las partículas elementales son como puntos en el espacio, puntos matemáticos, sin extensión. Son sesenta misteriosos puntos y la teoría que los describe es una teoría de puntos matemáticos. La nueva idea fue reemplazar esos puntos por objetos extensos, pero no como esferitas sino más bien como minúsculas cuerdas. Mientras los puntos no tienen forma ni estructura, las cuerdas tienen longitud y forma, extremos libres como una coma (,), o cerradas sobre sí mismas como la letra “o”. Si el punto es como una esferita inerte de chicle sin diámetro, la cuerda es el chicle estirado y con él se pueden hacer círculos y toda clase de figuras. Está lleno de posibilidades.
¿La longitud de la cuerda? Pequeñísima. Tan pequeña, que en proporción, su relación de tamaño con el núcleo atómico es equivalente a la de un átomo ¡con el sistema solar completo! Hemos llegado a tamaños verdaderamente pequeños. Recordemos. El núcleo era al átomo como una pulga es a un estadio; ahora una cuerda es al núcleo como un átomo es al sistema solar. En centímetros, un milésimo de millonésimo de millonésimo de millonésimo de millonésimo de millonésimo de centímetro. Uno se pregunta si a estos niveles importa la diferencia entre un punto y una coma. Según la teoría de cuerdas importa, y mucho. Por su extensión, a diferencia del punto, la cuerda puede vibrar. Y hacerlo de muchas maneras, cada modo de vibración representando una partícula diferente. Así, una misma cuerda puede dar origen al electrón, al fotón, al gravitón, al neutrino y a todas las demás partículas, según cómo vibre. Un gran avance en la búsqueda de lo más básico y fundamental.
Recordemos las propiedades de una cuerda tensa, como la de una guitarra o un violín. Supongamos que produce la nota Re. La cuerda se afina estirándola o soltándola, con lo cual el Re se desplaza un poquito hacia el Mi o hacia el Do vecinos. Cambiando la tensión, varía el sonido. Otra forma de cambiar este último es variando la longitud. Si se aprieta la cuerda en su centro contra la madera del instrumento y se hace vibrar una de las mitades, el sonido que se produce es una octava más alto, un Re más agudo. Si luego se divide una de las mitades nuevamente en dos, apretando en su centro, el sonido será todavía una octava más arriba. Y así sucesivamente. La mitad siempre sube una octava el tono. ¿Y si en vez de dividirla en dos, o cuatro partes iguales, se la divide en tres? Entonces, el tercio suena como la nota La en la octava superior.
Al dividir la cuerda en dos, tres, cuatro, cinco, o más partes iguales, se generan las notas de la escala musical que conocemos, o técnicamente, los armónicos de la cuerda. En general, el sonido de una cuerda de guitarra o de piano es una mezcla de armónicos. Según la mezcla, la calidad (timbre) del sonido. Si distinguimos el tono de estos instrumentos es por la “receta” de la mezcla en cada caso, por las diferentes proporciones con que cada armónico entra en el sonido producido. Pero, también es posible hacer que una buena cuerda vibre en uno de esos armónicos en particular, para lo cual hay que tocarla con mucho cuidado. Los violinistas lo saben, y en algunas obras como los conciertos para violín y orquesta de Nicolo Paganini, usan este recurso de “armónicos”. Así, la naturaleza, con su gran sabiduría y cuidado para hacer las cosas, produciría electrones, fotones, gravitones, haciendo vibrar su materia más elemental, esa única y versátil cuerda, en las diversas (infinitas) formas que la cuerda permite.
De sesenta a una. De . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a quizás sólo (,) u (o). Gran progreso. Entonces, ¿por qué seguir hablando de electrones, fotones, quarks, y las demás? Buena pregunta. Para que una teoría sea adoptada como la mejor, debe pasar varias pruebas. No basta con que simplifique los esquemas y sea bella. La teoría de las cuerdas está en su infancia y ha mostrado ser enfermiza. Surgen problemas, y se la deja de lado; se solucionan los problemas y una avalancha de trabajos resucitan la esperanza. Desde que fuera sugerida por Yoishiro Nambu, Holger Nielsen y Leonard Susskind en 1970 este vaivén ha ocurrido más de una vez.
Un problema serio que aqueja a la cuerda está ligado a su pequeñez. Mientras más pequeño algo, más difícil de ver. Y estas supercuerdas, como se las llama en sus versiones más recientes, son tan super pequeñas que no hay esperanzas de hacer experimentos que nos acerquen a su tamaño. Sin experimentos no podemos comprobar sus predicciones ni saber si son correctas o no. Exagerando, es como una teoría que afirmara que Dios tiene barba. ¿Quién la consideraría seriamente?
También hay problemas con los conceptos mismos. Por ejemplo, para formular la teoría de cuerdas se necesitan 26 o, en el mejor de los casos, 10 dimensiones: espacio (son 3), tiempo (1) y otras seis (o 22) más, que parecen estar enroscadas e invisibles para nosotros. Por qué aparecieron estas dimensiones adicionales a las cuatro que nos son familiares, espacio y tiempo, y por qué se atrofiaron en algún momento, no lo sabemos.
Además, la teoría ofrece decenas de miles de alternativas aparentemente posibles que no sabemos si son reales, si corresponden a miles de posibles universos distintos, o si sólo hay una realmente posible. Algunas de estas versiones predicen la existencia de 496 fuerzones, partículas como el fotón, que transmiten la fuerza entre 16 diferentes tipos de carga como la carga eléctrica. Afirmaciones como éstas, no comprobables por la imposibilidad de hacer experimentos, plagan la teoría de cuerdas. Para consolarse, hay quienes afirman que estos problemas surgen porque esta teoría se adelantó a su tiempo, fue hallada por accidente, y no existe aún el aparataje matemático para formularla adecuadamente.
Otro intento de simplificar las cosas, más matemático y abstracto, es el de los principios de simetría. Hay una simetría cuando se le hace algo a un objeto sin que éste cambie. Por ejemplo si usted lleva este libro de una habitación a otra de su casa, su texto sigue siendo igual de bueno o malo. Hay una simetría de contenido ante el desplazamiento del libro. Si lo invierte para mirarlo al revés ya no se podrá leer fácilmente, pero la forma externa no ha cambiado: es una simetría de forma ante un medio giro. Si lo deja de leer ahora y lo retoma mañana, tampoco hace diferencia en el contenido, de donde se desprende una simetría con respecto a cambios en el tiempo.
Simetrías como