Cuerdas, cuantos y universos

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Esta es una entrevista para la revista del Colegio Oficial de Físicos que hice a Manuel Asorey, de la Universidad de Zaragoza, uno de los físicos teóricos más brillantes e imaginativos de nuestro país. Experto en teoría cuántica de campos, la complejidad matemática de la teoría está fuera de la capacidad de muchos. Eso fue diáfano para mí al intentar (y digo bien) cursar una asignatura de doctorado que la rozaba, Gravitación cuántica. Asorey personifica lo que todo aspirante a físico querría ser: brillante, con una gran intuición física y una enorme habilidad matemática. Si eso fuera poco, es tremendamente modesto y muy buena persona. Sé que no le gustará que haya dicho esto de él. No te enfades, Manolo.

Si quieren saber qué es la física teórica y cómo la siente alguien que la vive, no pueden dejar de seguir leyendo. Seguro que hay partes bastante duras de entender, pues era una entrevista dirigida a físicos. Para quienes no estén al tanto de lo que se cuece en la física teórica actual quizá sería interesante empezar por este artículo mío.

Pregunta.- Una de las teorías de moda se refiere a las cuerdas. ¿Qué son en realidad?
Respuesta.- La palabra “cuerdas” no es un nombre que me parezca muy comercial. Suena fea pero ya está en el mundo… Evidentemente no son como las que estamos acostumbrados a ver todos los días; se encuentran debajo de las partículas que conocemos. Son esencialmente unidimensionales porque ¿hay alguna razón para pensar que lo más elemental sea puntual?

P.- ¿Cómo se llegó hasta aquí?
R.- De manera accidental, como casi todos los descubrimientos. En los años 60 alguien se dio cuenta de que en la fenomenología de las partículas había un espectro de masas que encajaba muy bien con la suposición de que, dentro de los hadrones del núcleo, los constituyentes básicos son como cuerdas. A finales de los 60 y principios de los 70 se descubrió que, para desgracia de los que trabajaban en ellas, había una teoría que funcionaba mucho mejor: la cromodinámica cuántica. Así que se quedaron en paro.
Pero como suele suceder, hubo gente que vio más lejos que los demás y siguieron pensando en ello. En los congresos de interacciones fuertes, que era el campo en el que trabajaban, siempre había unas pocas ponencias dedicadas a los que podríamos llamar heterodoxos o excéntricos que seguían creyendo en una teoría que no funcionaba, quizá para relajar o para divertimento del resto. Pero sobrevivieron y en los 80 vieron que no funcionaba para las interacciones fuertes pero sí en gravitación: al estudiar detalladamente la teoría matemática subyacente vieron que se generaba de manera natural una partícula de masa cero y espín dos. Y en la Naturaleza, por lo menos en la de los físicos teóricos, sólo hay una así: el gravitón. Esto les inspiró para sugerir que una teoría de gravitación cuántica era, en realidad, una teoría de cuerdas.

P.- ¿Qué pasó después?
R.- Se siguió trabajando durante más de 20 años, haciendo descubrimiento tras descubrimiento, hasta que se obtuvo la única teoría consistente de gravitación cuántica. Otra de las razones es que si tenemos partículas puntuales las interacciones fundamentales hay que meterlas desde fuera, pero si no lo son, si son cuerdas, las interacciones surgen de forma natural, sin necesidad de imponerlas.

P.- ¿Por qué la gravitación cuántica se resiste tanto?
R.- La gravitación en sí es un mundo y la cuántica tiene más problemas. La gravedad no se ha podido cuantizar como se hace habitualmente porque el propio espacio-tiempo es componente de la teoría. En la teoría cuántica los componentes clásicos al final fluctúan, quedan difusos, como la posición y el momento en la física atómica. En el caso de la gravedad lo que queda difuminado es el propio espacio-tiempo y su evolución, y eso dificulta mucho lograr una teoría consistente. Técnicamente hablando, si empezamos con la teoría de Einstein y le aplicamos los mecanismos normales de cuantización lo que sale es una teoría sin control, lo que se llama una teoría no renormalizable de campos cuánticos. Con la visión que tenemos hoy en día, lo único que se puede decir es que bajo la gravitación cuántica convencional hay que poner otra, y no hemos encontrado ninguna mejor que la teoría de cuerdas.

P.- ¿Cuál es la dificultad fundamental de la teoría?
R.- Que además de las fluctuaciones de la métrica hay fluctuaciones del propio espacio. Como las propias distancias fluctúan no tenemos ni lo cercano ni lo lejano, todo está mezclado. Desde un punto de vista muy estricto, como en la gravitación hay una invariancia bajo reparametrizaciones -cambios de coordenadas de sistema, no como en Einstein, rígidos, sino locales, en cada punto-, eso implica que nada puede depender de las distancias. Luego ningún observable verdaderamente cuántico de la gravitación puede depender de las distancias. Esto nos lleva a una teoría bastante rara donde lo único que sería observable de manera consistente es lo que está en el borde: esto es lo que se conoce como la teoría holográfica. De este modo nosotros mismos estaríamos en el borde de un universo de más dimensiones y sí que podríamos hace medidas que dependiesen de algo lo más parecido a una distancia.

P.- ¿Qué es eso de que vivimos en un universo de diez dimensiones?
R.- Es una idea muy sugerente, que hoy está en boga. Surgió de la teoría de cuerdas y provino de varios frentes: uno, que en un agujero negro hay demasiados estados y la entropía crece de forma no compatible con una teoría cuántica de campos ordinaria. Eso llevó a que el problema sólo se podía resolver si la entropía, en lugar de crecer con el volumen, como una variable termodinámica ordinaria, lo hacía con el área. El otro fue una idea de Maldacena, un joven físico argentino, al descubrir que las cuerdas, en algún límite, producían una teoría de campos ordinaria equivalente en una especie de hoja de cuatro dimensiones (tres espaciales y una temporal). Esto era una conjetura pero muchos cálculos confirman que es muy razonable. Aquí se produce un empalme entre la teoría de cuerdas y la gravitación cuántica, y un espacio en el borde de 4 dimensiones. Esto inspiró a muchos físicos un poco menos fundamentalistas (que ven la teoría de cuerdas como algo mucho menos esotérico que el resto) y plantearon modelos cosmológicos donde nuestro universo, un espacio de 3+1 dimensiones, es una hoja que vive en otro de más dimensiones.

P.- ¿Y dónde queda la expansión del universo?
R.- La expansión no tiene centro, no es como un cohete de fuegos artificiales. Hay que verla como un globo hinchándose donde el centro está fuera de la superficie. El globo de 2 dimensiones se hincha en un espacio de 3 dimensiones; luego nuestro universo tiene, como mínimo, 5 dimensiones. La teoría de cuerdas nos proporciona escenarios que son compatibles con ello.

P.- En teoría de campos la renormalización, eso de eliminar infinitos molestos, suena un poco a apaño…
R.- La renormalización es una de las cosas más interesantes que hay en física. Al principio era una alfombra debajo de la cual se escondían cosas; después, en los años 80, se le dio un carácter muy fundamental, y eso es algo que sobrevive en mucha gente, como un mecanismo esencial en la formación de teorías de campos. Pero hay gente más pragmática que piensa que es una manera efectiva de describir algo que por debajo se comporta de forma que no conocemos, del mismo modo que la termodinámica lo es de la física atómica. En cuerdas, en teoría no hay renormalización. Claro que tampoco es del todo cierto, hay cierto procesillo de renormalización. Y hay límites en los que hay que quitar cierta divergencia, aunque no se dice muchas veces.

P.- Una de las cosas más llamativas de la teoría cuántica es el problema de la medida: la interpretación de Copenhague, los multiuniversos… ¿Con cuál se queda?
R.- No me caso con ninguna. En mi opinión todo es ideológico; es parte de estructuras preconcebidas de cómo tienen que ser las leyes de la física. La de Copenhague funciona, nadie ha podido derrumbarla. De hecho funciona demasiado bien y se han conseguido cosas tan graciosas como el teletransporte. Lo del multiuniverso no me convence para nada. Lo que le fastidia a mucha gente es que en la teoría cuántica estricta el observador juega un papel. La teoría se compone de dos partes: una es cómo evoluciona y otra es qué pasa cuando se mide. Hay muchos a los que les molesta que para tener una teoría se necesite un observador. Estos realistas estrictos dicen que las cosas tiene que funcionar aunque nadie mire. Pero este planteamiento no me convence, es más inconsistente que la propia interpretación de Copenhague, pues el observador, que molesta si se hace caso a la interpretación de Bohr, pasa a ser dios, porque cada vez que hace un experimento crea otro mundo. De ser algo molesto pasa a ser algo grandioso. Sigue siendo paradójico que quien quiere desactivar el efecto conceptual de un observador lo ponga a ese otro nivel.

P.- ¿No se está convirtiendo la física teórica en algo demasiado especulativo?
R.- Pasa como con la religión: cuando hay más teóricos de los que se necesita se discute del sexo de los ángeles. Aunque nunca está de más entrenar el cerebro para tareas superiores en un futuro. Creo que muchas de las ideas que hoy parecen esotéricas se pueden llegar a verificar, en el LHC del CERN se puede encontrar supersimetría… Ahora todo funciona demasiado bien y a los físicos teóricos eso les produce malestar; quieren novedades cada 5 años, como pasaba antes, y tratan de buscar a la mínima un escape.

P.- ¿Como que no aparezca el Higgs?
R.- Si no aparece habrá que cambiar el modelo estándar, por lo menos si no lo hace a nivel fundamental. La gente que busca el Higgs no está demasiado entusiasmada con que aparezca: es una partícula un poco sucia y con poco contenido ideológico. Lo que excita a la gente es que haya supersimetría: que aparezcan dos Higgs, o que tenga unas características que no se puedan entender sin supersimetría… Eso tendría más mordiente. Creo que lo buscan los físicos de partículas es que haya algo que no funcione. No encontrar el Higgs sería un aliciente.

P.- ¿Cuál es, en su opinión, el enigma más fascinante de la física teórica?
R.- La constante cosmológica. Está ahí y está claro que no es cero; es pequeñísima y no encaja con nada. Cualquier teoría de campos en la que creemos está modificando la energía del vacío en cada instante ¡y no lo vemos! Sin embargo hay una energía del vacío que está ahí, a nivel cosmológico. Es uno de los problemas más fundamentales y posiblemente no encontraremos respuesta en mucho tiempo; vincula lo pequeño con lo grande de un modo muy radical. Ninguna de las ideas propuestas ha funcionado, ni siquiera en cuerdas; las pocas explicaciones son ad hoc. La constante cosmológica es algo que se sale de todo.

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3 Comentarios Agrega el tuyo

  1. emulenews dice:

    Muy buena la entrevista. Quizás para un teórico de cuerdas el enigma más fascinante de la física “debería” ser ¿funciona la teoría de cuerdas? Quizás el LHC además de encontrar los Higgs y las superpartículas también aporte algo en este sentido.

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  2. vanessa dice:

    que me parece bien

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  3. Ignacio García-Valiño dice:

    Genial, y desde luego, extraordinariamente difícil de comprender.
    Gracias, paisano.
    Relacionado con:
    http://lacomunidad.elpais.com/apuntes-cientificos-desde-el-mit/2010/1/18/lo-le-faltaria-al-lhc-y-si-higgs-descubren-eeuu

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