LA TEORIA M. 1

1. INTRODUCCION

M es el nombre de la teoría que
pretende explicar todo el universo,
desde las partículas elementales y
los átomos hasta las galaxias y el big
bang. ¿Por qué M, un título tan
breve para un objetivo tan
ambicioso? Hay varias acepciones
posibles, según las preferencias del
físico que lo justifica. La M de
madre refleja la intención de ser el
origen de todas las explicaciones o
de contener las leyes primordiales
de la física. La M de magia, misterio
o milagro refiere, en cambio, al
asombro que despiertan sus
propiedades y su aparente
capacidad de unificar todas las
interacciones o fuerzas
fundamentales de la naturaleza, una
meta perseguida durante mucho
tiempo y considerada quizás
inalcanzable. La más modesta M de
membrana ilustra ciertas
características técnicas de la teoría.
¿En qué sentido pretende M explicar
todo? La física busca verdades
universales sobre la naturaleza.
Cuando estas verdades se
encuentran, se trata de explicarlas
apelando a principios más
profundos, a verdades más
fundamentales a partir de las cuales
se puedan deducir las anteriores.
Estas certezas más esenciales, a su
vez, se tratan de entender
recurriendo a razones todavía más
básicas. Y así sucesivamente.
Siguiendo las cadenas de
explicación, desde la vida cotidiana
hasta el mundo microscópico, varias
de las preguntas más antiguas (¿Por
qué el cielo es azul? ¿Por qué el
agua es líquida y se evapora al
hervir?) se han respondido en
términos de las propiedades de los
átomos y de la luz. Estas
propiedades, por su parte, se
deducen de sus componentes, las
partículas elementales, cuyas
propias peculiaridades se pueden
deducir a partir de estructuras más
simples. El punto inicial de todas las
explicaciones es lo que se entiende
por la teoría madre. Este
reduccionismo o búsqueda de
principios cada vez más
elementales, más básicos, se ha
dado en la física históricamente a
través de unificaciones de teorías.
La tendencia a la descripción
unificada de fenómenos
considerados previamente
independientes, la búsqueda de
principios aglutinadores, permitió a
lo largo del desarrollo de la
disciplina explicar más hechos que
los contenidos originalmente en las
partes que se intentaba amalgamar y
se convirtió en la guía orientadora
de la evolución de esta ciencia.
La idea de encontrar un principio
fundamental a partir del cual
derivar las leyes del universo no es
reciente. La humanidad ha buscado
desde épocas muy remotas
comprender las diversas
manifestaciones de la naturaleza
como diferentes aspectos de un
mismo fenómeno (o conjunto de
fenómenos). En Occidente, el origen
de estas ideas se remonta a los
presocráticos, quienes buscaban las
explicaciones de todos los
fenómenos naturales en términos de
algún elemento fundamental: agua,
aire, tierra o fuego. La primera
teoría madre, elaborada por Leucipo
y Demócrito en el siglo V a.C.,
postulaba que los
constituyentes últimos e indivisibles
de la materia eran los átomos. Esos
átomos eran muy diferentes de los
que conocemos hoy, pero hay una
diferencia más importante entre
aquellas teorías antiguas y la ciencia
moderna: la actual exigencia de
verificación experimental. Una
explicación científica moderna debe
contener una comprensión
cuantitativa de los fenómenos.
¿Cuánto progresamos en el
conocimiento de la naturaleza si
aceptamos que el agua o los átomos
son los constituyentes
fundamentales de la materia, si no
podemos calcular propiedades como
la densidad, la resistencia o la
conductividad eléctrica? Y por lo
tanto, sin la capacidad de hacer
predicciones experimentales, nunca
podríamos comprobar si la
explicación presocrática o la de
Demócrito es la acertada.
En la actualidad, los cuatro siglos de
desarrollo de la física han permitido
acumular gran cantidad de
información y reducir drásticamente
el número de principios
fundamentales. Hoy sabemos que
todos los fenómenos naturales, por
más variados y diferentes que
parezcan, se pueden explicar en
términos de cuatro interacciones o
fuerzas fundamentales: la
gravitatoria, la electromagnética y
las subatómicas fuerte y débil. Pero
a pesar de haber logrado restringir
tan abruptamente la complejidad del
problema, todavía no se ha
encontrado la teoría original, la que
unifica estas cuatro interacciones
fundamentales. Sólo hay algunos
indicios que guían la búsqueda.
Estas son las pistas que trata de
organizar la teoría M y que nosotros
intentaremos describir en este
artículo. Como el tema es muy
técnico, introducimos algunos
conceptos e ideas que resultan
necesarios a través de una breve
historia de la física. Este recorrido
histórico, con especial atención a
las unificaciones logradas, nos
ayudará a explicar por qué la
búsqueda de la teoría madre se
realiza en el contexto de la física de
altas energías. En la segunda parte
describimos la teoría M, indicando
sus logros y debilidades y
resumiendo la manera en que
resuelve los problemas que
presentan teorías previas.
(continuará)

SOLUCIONES A LA PARADOJA DE FERMI: DIOS EXISTE

Algunos autores han sugerido que
SETI (el proyecto de búsqueda de
inteligencia extraterrestre) y sus
científicos se hallan involucrados en
una búsqueda que en poco se
diferencia de la puramente teológica,
ya que si las CETs (civilizaciones
extraterrestres) son probablemente
mucho más avanzadas que nosotros,
vemos a los alienígenas como seres
omniscientes y omnipotentes, como
dioses, en consonancia con la tercera
ley de Clarke, que afirma que
"cualquier tecnología suficientemente
avanzada es indistinguible de la
magia"). Otros autores, en cambio,
piensan todo lo contrario, y así afirman
que sabemos lo suficiente para no ver
a los extraterrestres como dioses o
magos. Incluso se ha argumentado
que Dios, el creador del universo, de
nuestro universo, existe. Y aún más, ya
que como Dios está en todas partes,
nuestra búsqueda de inteligencias
extraterrestres quedaría plenamente
satisfecha si encontrásemos a Dios.
Existe una especulación en el mundo
de la física teórica que podría, en caso
de que fuese confirmada, demostrar la
existencia de muchos otros universos
que probablemente conducirían al
desarrollo de CETs; es más, quizá una
de esas CETs hubiese creado nuestro
propio universo. En este sentido,
serían Dios. La teoría o modelo físico
capaz de responder la pregunta sería
"una teoría de todo" (theory of
everything), la tan tenazmente
perseguida durante tantos años por el
mismísimo Albert Einstein sin
resultados, un modelo que unificaría
todas las fuerzas conocidas de la
naturaleza: gravitatoria, nuclear fuerte,
nuclear débil y electromagnética.
La mejor candidata hasta el momento
para conformar esta teoría de todo es
la conocida como teoría M. Aunque no
está totalmente desarrollada, ni mucho
menos (algunas de sus herramientas
matemáticas aún están por inventar),
parece que la teoría M es la gran
esperanza de muchos investigadores
para dar respuesta a las grandes
preguntas sobre el universo. Existen,
sin embargo, indicaciones de que la
teoría tendrá una serie de parámetros
(como, por ejemplo, las masas de las
partículas fundamentales y las
intensidades relativas de las fuerzas
fundamentales) cuyos valores deben
ser introducidos "a mano". Las
ecuaciones de la teoría final podrían
afirmar, por ejemplo, que las masas de
los electrones o el valor de la
constante cosmológica no son nulas
pero, en cambio, no explicar sus
valores exactos, por qué éstos no son
más grandes o más pequeños. Cuando
un modelo físico fracasa en esto, en
explicar por qué los parámetros
fundamentales presentan los valores
que observamos, lo que tenemos en
realidad es una teoría que describe
una multitud de posibles universos: un
multiverso. Cada uno de estos
universos presenta distintos valores de
los parámetros fundamentales.
La vida requiere química, la química
necesita estrellas, las estrellas necesitan
galaxias y todas ellas requieren que los
anteriores parámetros presenten
valores comprendidos en un
determinado rango. Si la interacción
nuclear fuerte fuese más pequeña de
la que conocemos, no existirían
núcleos atómicos estables; si la
constante cosmológica fuese diferente,
el universo sería muy distinto del que
conocemos.
Lee Smolin ha estimado que la
probabilidad de que eligiendo un
conjunto de parámetros
fundamentales al azar nos saliese un
universo capaz de albergar vida es de 1
entre 10 elevado a 229 (la de acertar 6
resultados en la Lotería Primitiva es de
1 entre casi 14 millones). Así, una
primera aproximación para explicar los
valores de los parámetros del modelo
es que éstos han sido producto del
azar.
Una segunda aproximación consiste en
invocar el denominado "principio
antrópico". Quizá fue Dios quien ajustó
los parámetros a unos valores
adecuados para el desarrollo de la
vida. O quizá existen muchos
universos y en cada uno de ellos se da
un conjunto de valores diferentes de
los parámetros e incluso de las leyes
de la física. Nosotros vivimos,
sencillamente, en uno que permite
nuestra existencia.
La tercera aproximación, debida a
Smolin, consiste en aplicar las ideas
darwinistas a la cosmología. Quizá las
ecuaciones no puedan explicar los
ajustes tan finos de algunas constantes
fundamentales, pero los procesos
evolutivos puede que sí. Smolin
sugiere que los parámetros, las
constantes del mundo físico (puede
que hasta las mismas leyes físicas) han
evolucionado hasta alcanzar su actual
forma a través de un proceso similar a
la mutación y a la selección natural. El
punto de partida de Smolin es que la
formación de un agujero negro en un
universo da lugar al nacimiento de
otro universo diferente y en
expansión. Los parámetros
fundamentales del universo bebé son
ligeramente distintos de los del
universo papá. Así, nuestro universo se
generó a partir de la formación de un
agujero negro en universo padre con
unas constantes físicas similares a las
del nuestro. Un universo con
parámetros que permitan la formación
de agujeros negros tiene prole,
descendencia que, a su vez, produce
otros agujeros negros. En cambio, un
universo con un conjunto de
parámetros que no permitan la
creación de agujeros negros no
producirá descendencia. De esta
manera, los universos más probables
serán aquellos en los que se formen
más agujeros negros.
Ahora bien, según lo que sabemos
sobre evolución estelar, la forma más
eficiente de producir agujeros negros
consiste en hacer colapsar estrellas
masivas. Es, pues, esperable que la
evolución cósmica haya dado lugar a
una preponderancia de universos en
los que abunden las estrellas. Y un
universo con parámetros físicos que
dan lugar a estrellas es un universo
que, inevitablemente, posee núcleos
pesados, química y escalas de tiempo
suficientemente largas como para que
emerjan fenómenos o estructuras
complejos, como la vida. El ajuste fino
de las constantes favorece la
producción de agujeros negros más
que la producción de vida.
Todo lo anterior, evidentemente, es
pura especulación. No hay forma
actualmente de saber si un agujero
negro es capaz de dar a luz a un
universo en expansión. Asimismo,
surgen infinidad de cuestiones que
tampoco sabemos responder: ¿un
agujero negro alumbra siempre un
universo? ¿qué sucede cuando se
funden dos o más agujeros negros?
¿juegan algún papel la masa, la carga
del agujero negro?
Aunque preguntas como las
precedentes no tengan respuesta
hasta que dispongamos de una teoría
cuántica de la gravedad y la idea de
Smolin aglutine ideas científicas como
la evolución, la relatividad y la
mecánica cuántica, la verdad es que
permite una predicción específica con
la que se puede someter a prueba la
teoría. Esta predicción es que, como
vivimos en un universo que crea
muchos agujeros negros y podemos
suponer que los parámetros
fundamentales están próximos a los
valores óptimos para la formación de
agujeros negros, un cambio en
cualquiera de ellos conduciría a un
universo con menos agujeros negros.
Modificar todos los parámetros del
modelo simultáneamente y predecir lo
que ocurriría aún no sabemos hacerlo.
Por su parte, Edward Harrison aún va
más alla que Smolin y se plantea lo
siguiente: ¿y si fuésemos capaces de
hacer nosotros mismo agujeros
negros? Si la teoría de Smolin fuese
correcta, estaríamos incrementando la
probabilidad de que otros universos
albergasen vida inteligente. En un
futuro lejano podríamos crear
universos bebés y quizá nuestro
propio universo fuese creado por una
civilización inteligente suficientemente
avanzada. Puede que nosotros nos
pudiésemos convertir en dioses, en
creadores de universos.

Sergio L. Palacios
http://fisicacf.blogspot.com.es/