viernes, 31 de enero de 2014

Las teorías de cuerdas y la Conjetura de Maldacena –por José Ignacio (Iñaki) Ascacibar

Juan Martin Maldacena es un físico teórico argentino, profesor del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. Ha sido galardonado recientemente con el premio Yuri Milner de Física Teórica, aunque ya había saltado a los medios en 1998 cuando los asistentes a un congreso de Física en California alabaron su presentación cantando con música de Los del Río: “Dale alegría a tu teoría Maldacena”. Mi amigo Roberto me propuso el reto de comentar su trabajo y lo que representa, lo que intentaré en las próximas líneas, aunque para ello tenga que remontarme un poco en la historia.

Uno de los problemas que ha obsesionado a la física teórica durante los últimos 40 años ha sido encontrar la “Teoría del Todo”, como se llama a una hipotética teoría que pueda unificar las conclusiones de la mecánica cuántica y la relatividad general. La relatividad general fue formulada por Albert Einstein hace ya un siglo, y es la teoría científica que mejor describe las interacciones entre objetos grandes situados a grandes distancias, donde la fuerza de gravedad es predominante, como las órbitas de los planetas, las trayectorias de las sondas espaciales o la evolución del universo. La mecánica cuántica por su parte es la ciencia de lo muy pequeño a cortas distancias. Se ha desarrollado gracias a las contribuciones de muchos científicos a lo largo de la primera mitad del siglo XX, y sirve para describir el comportamiento de los componentes de los átomos, predecir el comportamiento de los quarks o buscar el bosón de Higgs en los escombros de los colisionadores de partículas. Las dos teorías han sido probadas experimentalmente en muchas ocasiones, pero son tan diferentes que hasta el momento han fallado todos los intentos para conciliarlas. Al parecer, las leyes que gobiernan el universo en las grandes escalas, son totalmente diferentes a las que funcionan en las más pequeñas, y eso es algo que resulta extraño y repugna nuestras mentes siempre en busca de la simetría y la belleza de la simplicidad.

Los trabajos más prometedores para conciliar ambas visiones de la realidad, han sido las teorías de cuerdas, que en esencia suponen que las partículas que vemos como un punto, son en realidad una estructura superior (una cuerda o una membrana plana) en otras dimensiones. Lo que ocurre en estas dimensiones, inobservables para nosotros, condiciona y explica lo que vemos en nuestro universo. Las teorías de cuerdas requieren la existencia de 6 dimensiones adicionales, por lo que junto a las tres espaciales y una temporal que experimentamos cotidianamente, trabajan con un total de 10 dimensiones [existe también una revisión con 11 dimensiones (Teoría-M), que unifica las 5 teorías de cuerdas con las que se trabaja actualmente].

Aparte del rechazo que provoca su complejidad matemática, confieso que siempre me ha parecido un enfoque tramposo llevar la explicación de un fenómeno a un terreno que no podemos ver ni experimentar, y en su proceso de crear dimensiones adicionales para explicar la realidad me recordaban a los ptolemaicos introduciendo nuevos epiciclos para intentar salvar el modelo geocéntrico. Imagino que por razones parecidas, en algunos foros se han tachado las teorías de cuerdas de pseudociencia, acusándolas de no ser falsables en el sentido requerido por Karl Popper para poder considerarlas científicas. Por todo ello, los trabajos que se han desarrollado durante estos 40 años han sido fundamentalmente académicos, apreciados en el plano teórico pero con escasa aplicación práctica, e incluso vistos con suspicacia por parte de la comunidad científica.

Una solución para salvar el rechazo que provoca trabajar en este escenario intangible, sería encontrar una transformación que relacione lo que ocurre en el espacio de 10 dimensiones de las teorías de cuerdas, con lo que puede experimentarse en el espacio real; algo semejante a lo que hace un holograma, que condensa la información tridimensional de un objeto dentro de un dibujo plano. La primera mención a este Principio Holográfico apareció en 1978, y es donde hoy tenemos que enmarcar los trabajos de Juan Maldacena.

La Conjetura Maldacena, o más técnicamente la Correspondencia AdS/CFT (Anti de Sitter / Conformal Field Theory), es una transformación holográfica que relaciona dos problemas de mundos diferentes, pero que de ser cierta la hipótesis, tendrían una solución equivalente: el primer problema estaría formulado en base a la teoría de cuerdas con la que se trabaja para explicar la gravedad (AdS), y el segundo procedente de las teorías que describen el comportamiento de las partículas a nivel cuántico (CFT). Ambos problemas tienen distinto número de dimensiones, pero lo que propone Maldacena es que los resultados previstos en uno y otro modelo son equivalentes y conocido uno podremos calcular el otro. De esta forma, problemas que en un entorno resultan complejos y difíciles de tratar, se pueden estudiar y a veces resolver en su formato holográfico.

La Conjetura de Maldacena cumple ya 17 años y tras la euforia inicial y las necesarias etapas de revisión y ampliación por parte de otros científicos, empezamos a ver resultados de estos trabajos. El primer resultado experimental que apoyaba la propuesta de Maldacena apareció en 2005, cuando la medida de la viscosidad del plasma de quark-gluones generado en el Colisionador Relativista del Laboratorio Nacional Brookhave tuvo un valor similar al previsto por la teoría de cuerdas en el problema equivalente. El último ejemplo, publicado a finales de 2013, corresponde a la comparación de los cálculos de las propiedades de los agujeros negros realizado por Yoshifumi Hyakutake de la Universidad Ibaraki de Japón obtenidos con la formulación tradicional y en su problema equivalente,  que parecen confirmar también la validez de las equivalencias holográficas de Maldacena. Y finalmente, Stephen Hawking anunciaba la semana pasada una explicación alternativa para resolver la paradoja de la destrucción de la información que se produce cuando la materia es absorbida en un agujero negro, mismo problema que en el pasado se ha tratado aplicando las ideas de Maldacena.



Muchas son las líneas de trabajo que se han abierto gracias a la posibilidad de aplicar la equivalencia para resolver un problema de física de partículas a través de la teoría de cuerdas o viceversa, pero con independencia de que los nuevos experimentos confirmen la validez de la Conjetura de Maldacena, su logro indiscutible ha sido abrir una vía para la conexión de dos teorías hasta ahora independientes, y ayudar a que problemas hasta ahora irresolubles puedan analizarse con un nuevo enfoque. En los 40 años de historia de las teorías de cuerdas, ha sido el paso más importante para acercar la física teórica, hasta ahora perdida en un universo de 10 dimensiones, al mundo real, y hacer que muchos escépticos consideremos por primera vez a las teorías de cuerdas como una opción práctica para seguir avanzando en la comprensión de lo grande y lo muy pequeño.


Termino con mi respuesta a una pregunta que me hizo el administrador de este blog cuando le envié el borrador de mi post: "vale, pero para qué sirve lo que propone este físico genial, cómo piensas que podría influir en nuestra vida cotidiana".

A medio plazo, veremos las teorías de Maldacena sólo en las noticias de divulgación científica que irán apareciendo en la prensa. Ya he comentado el último artículo de Hawking sobre los agujeros negros. También aparecerán nuevos trabajos sobre la evolución del universo y la física de partículas, aunque no notaremos que afecten a nuestra vida cotidiana.

La primera aplicación técnica tardará varios años (un lustro tal vez) y vendrá de la física de la materia condensada, como los superconductores de alta temperatura o avances en los reactores de fusión atómica. También ayudará al desarrollo de la computación cuántica, pero no creo que eso aporte mucho al usuario normal, porque con los dispositivos actuales estamos alcanzando ya la saturación de nuestras necesidades.

Y, por último, si las teorías se demuestran correctas y seguimos avanzando en la investigación, podríamos llegar a manejar la fuerza de gravedad y hacer realidad tantos proyectos que hoy sólo funcionan en las novelas y películas de ciencia ficción.  Me encantaría verlo, pero falta todavía mucho trabajo para llegar a eso.


3 comentarios:

  1. Gracias por la explicación! No siendo de la rama de la física, pero siempre curiosa, es la primera que puedo imaginar de qué se trata. Cordiales saludos!!

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  2. Gracias, Sonia. El autor posee una extraordinaria capacidad docente. Saludos, R

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  3. Por mucho tiempo pude ver en el aire cercano a mi vista, lo que después de ver la documental El Universo Elegante, me hizo preguntar si las CUERDAS son visibles a simple vista. Alguien sabe??? Perla

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