Brian Greene habla sobre la teoría de cuerdas

En el año 1919 un matemático Alemán, prácticamente desconocido, llamado Theodor Kaluza sugirió una idea muy audaz, y de algún modo, muy extraña. Él propuso que nuestro universo podría realmente tener más de las tres dimensiones de las que todos somos conscientes. Esto es en adición a izquierda, derecha, adelante, atrás, arriba y abajo, Kaluza propuso que podrían existir dimensiones adicionales del espacio que por alguna razón aún no somos capaces de ver Ahora, cuando alguien expone una idea audaz y extraña algunas veces eso es todo: es audaz y extraña, pero no tiene nada que ver con el mundo que nos rodea. Sin embargo, esta idea en concreto -- aunque no sabemos todavía si es correcta o no, y al final daré detalles de experimentos que, en los próximos años, podrían decirnos si es o no correcta -- esta idea ha tenido, en el último siglo, un gran impacto en física y continúa generando una gran cantidad de investigación de vanguardia.

Por lo tanto, me encantaría decirles algunas cosas sobre la historia de esas dimensiones adicionales. Entonces, por donde empezamos? Para iniciar, debemos recordar un poco la historia. Volvamos a 1907. Este es el año, cuando Einstein estaba en todo su apogeo al haber descubierto la Teoría Especial de la Relatividad y decide iniciar un nuevo proyecto -- el de tratar de entender totalmente, la omnipresente fuerza de gravedad. En ese momento, hay muchas personas que pensaban que aquel proyecto ya había sido resuelto. Newton había dado al mundo, a finales de 1600, una teoría de la gravedad que funciona bien, describe el movimiento de los planetas, el movimiento de la luna y todo lo demás, el movimiento de supuestas manzanas que caen de los árboles golpeando en la cabeza a la gente. Todo aquello,se podía describir usando el trabajo de Newton.

Pero Einstein se dio cuenta de que Newton se había dejado algo, porque incluso, el mismo Newton había escrito que aunque entendía cómo calcular el efecto de la gravedad, no había podido descifrar cómo funciona realmente. Cómo es posible que el Sol, estando alejado a 93 millones de millas afecte de alguna forma el movimiento de la tierra? Cómo hace el sol para atravesar el espacio vacío e inerte y ejercer su influencia? Y esa fue la tarea que Einstein se encomendó a si mismo -- descubrir cómo trabaja la gravedad. Y permítanme mostrarles qué es lo que encontró. Einstein encontró que el medio que trasmite la gravedad es el mismo espacio. La idea funciona así: imaginemos que el espacio es la base de todo lo que existe.

Einstein dijo que el espacio es plano y nítido, en ausencia de materia. pero si hay materia en el entorno, por ejemplo el Sol, eso causa que el tejido del espacio se deforme, se curve. Y eso nos indica la presencia de la fuerza de gravedad. Incluso la tierra deforma el espacio a su alrededor. Ahora miremos a la luna. La luna, de acuerdo a estas ideas, se mantiene en órbita debido a que rueda a través de un valle en el espacio curvado que el sol, la luna y la tierra crean en virtud de su propia presencia Aqui tenemos una vista completa de esto. La tierra misma se mantiene en órbita porque rueda por un valle en el espacio que está curvado debido a la presencia del sol. Esa es la nueva idea acerca de cómo trabaja realmente la gravedad.

Bien, esta idea fue probada en 1919 por medio de observaciones astronómicas. Realmente funciona. Describe los datos. y ésto hizo ganar a Einstein fama en todo el mundo. y eso es lo que mantuvo a Kaluza pensando. Él, como Einstein, estuvo buscando lo que llamamos una "teoría unificada" Esa es una teoría que podría describir todas las fuerzas de la naturaleza desde un solo grupo de ideas un solo grupo de principios, una sola ecuación maestra, si lo desean. Asi que Kaluza, se dijo a si mismo, Einstein ha sido capaz de describir la gravedad en términos de deformación y curvaturas en el espacio -- de hecho, espacio y tiempo, para ser mas precisos. Tal vez, yo podría aplicar el mismo principio con otra fuerza, que en esa época era conocida como fuerza electromagnética -- sabemos de otras ahora, pero en esa época esa era la única en la que pensaba la gente. Ya saben, la fuerza responsable de la electricidad y la atracción magnética y eso.

Así que Kaluza se dijo, quizás pueda aplicar el mismo concepto y describir la fuerza electromagnética en términos de curvaturas y deformaciones. Eso trajo una pregunta: ¿deformaciones y curvas dónde? Einstein había usado ya el espacio y el tiempo, deformaciones y curvaturas, para describir la gravedad. No parecía existir algo más para deformar o curvar. Así que Kaluza se dijo, bien, tal vez existen más dimensiones en el espacio. Se dijo, si quiero describir una fuerza más, puede que necesite una dimensión más. Así que imaginó que el mundo tenia cuatro dimensiones espaciales, no tres, e imaginó que el electromagnetismo eran curvaturas y deformaciones en aquella cuarta dimensión. Ahora he aquí el problema: al escribir las ecuaciones para describir las deformaciones y curvaturas en un universo con cuatro dimensiones y no tres, llegó a las viejas ecuaciones que Einstein había definido en tres dimensiones-- ésas eran para la gravedad -- pero encontró una ecuación adicional, debido a la nueva dimensión. Y cuando miró esa ecuación. No era ni más ni menos que la ecuación que por mucho tiempo, los científicos han usado para describir la fuerza electromagnética. Increíble -- simplemente apareció Estaba tan entusiasmado por este descubrimiento que salió corriendo de su casa gritando, "Victoria!"-- pensando que había descubierto la teoría unificada.

Claramente, Kaluza, fue un hombre que se tomaba la teoría muy en serio. Él, de hecho -- hay una historia de cuando él quiso aprender a nadar, leyó un libro, un tratado sobre natación -- -- Risas -- -- y se tiró al mar. Éste era un hombre que arriesgaba incluso su propia vida por la teoría. Ahora, pero para todos los que somos de mente un poco más práctica, dos preguntas nacen inmediatamente de sus observaciones. Primera: si hay más dimensiones en el espacio, dónde están? No parece que las podamos ver. Y segundo: funciona esta teoría al detalle, cuando tratas de aplicarla en el mundo que nos rodea? Bien, la primera pregunta fue contestada en 1926 por un colega llamado Oskar Klein. Él sugirió que las dimensiones podrían existir en dos variedades -- podría haber dimensiones grandes, fáciles de ver, pero también podría haber dimensiones pequeñas y onduladas, onduladas en forma tan pequeña, que aunque están alrededor nuestro, no las vemos.

Permítanme mostrarles una visualmente. Imaginen que están observando algo como el cable que soporta un semáforo. Están en Manhattan, en Central Park -- es irrelevante -- el cable parece unidimensional visto de lejos, pero todos sabemos que el cable tiene espesor. Es difícil de ver desde lejos pero si nos acercamos y lo vemos desde la perspectiva de, por ejemplo, una pequeña hormiga que pase -- las hormigas, son tan pequeñas que pueden tener acceso a todas las dimensiones -- la dimensión a lo largo pero también esta dirección hacia y en contra las manecillas del reloj™ y espero que puedan apreciar esto. Tomó mucho tiempo hacer que estas hormigas hagan esto.

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Pero esto ilustra el hecho que las dimensiones pueden ser de dos tipos: grandes y pequeñas. Y la idea de que a lo mejor las dimensiones grandes sean aquellas que podemos ver fácilmente, pero podrían existir dimensiones adicionales, todas ellas onduladas, muy similares a la curvatura de ese cable, tan pequeñas que han permanecido hasta ahora invisibles. Déjenme mostrarles lo que parecería eso. Si observamos, digamos, el espacio en sí mismo-- Sólo les puedo mostrar en la pantalla, por supuesto, dos dimensiones Alguno de ustedes solucionará este problema algún día, pero cualquier cosa que no sea plana en una pantalla, es una nueva dimensión, cada vez más pequeña, más pequeña, más pequeña y asi hasta las profundidades microscópicas del mismo espacio -- esta es la idea: ustedes podrían tener dimensiones onduladas adicionales.

Aquí está la figura de un círculo pequeño -- tan pequeño que no lo vemos. Pero si ustedes fueran una hormiga ultra micoscópica caminado alrededor, ustedes podrían estar caminando en las dimensiones grandes que todos conocemos. como parte de una red -- pero también podrían acceder a la diminuta dimensión ondulada que es tan pequeña que no podemos verla a simple vista o incluso con cualquiera de nuestros equipos más sofisticados. Pero profundamente entrelazado en el tejido del espacio, la idea es que podría haber más dimensiones de las que vemos. Eso es una explicación de cómo el universo podría tener mas dimensiones de las que podemos observar. Pero qué hay de la segunda pregunta que hice: ¿funciona la teoría realmente al tratar de aplicarla al mundo real?

Bueno, resulta que Einstein, Kaluza y muchos otros trabajaron para tratar de refinar este esquema y aplicarlo a la física del universo tal y como se entendía en ese tiempo, y no funcionó. En detalle, por ejemplo, no pudieron hacer que la masa del electrón encajase correctamente en esta teoría. Muchas personas trabajaron en ella, pero ya para los años 40, más en los 50 esta idea tan extraña pero apasionante de cómo unificar las leyes de la física se habían desvanecido. Hasta que en nuestra época, algo maravilloso sucedió. En nuestra era, se persigue un nuevo enfoque para unificar las leyes de la física por parte de físicos como yo mismo, y muchos otros alrededor del mundo. Se llama la Teoría de Supercuerdas, como estaban indicando. Y lo más maravilloso es que esta teoría de supercuerdas a primera vista no tiene nada que ver con la idea de dimensiones adicionales, pero cuando estudiamos la teoría de las supercuerdas, encontramos que la idea surge nuevamente pero en una nueva forma.

Dejen que les explique cómo se explica eso. Teoría de Supercuerdas -- ¿qué es? Pues bien, es una teoría que trata de responder lo siguiente: Cuáles son los constituyentes indivisibles básicos y fundamentales que conforman todo lo que existe en el mundo que nos rodea? La idea es ésta. Imaginen que vemos un objeto familiar, como una vela en un recipiente, e imaginen que tratamos de descubrir, de que está hecha. Así que comenzamos un viaje muy profundo dentro del objeto para examinar su constitución. Tan profundo - que sabemos que si nos adentramos suficiente, encontraremos átomos. Y todos sabemos que los átomos no son el final. Ellos tienen electrones que se mueven alrededor de un núcleo central junto a neutrones y protones Incluso los neutrones y protones contienen particulas mas pequeñas dentro de ellos, conocidas como quarks. Allí es donde las ideas convencionales se detienen.

Y aquí nace la nueva idea de la teoría de cuerdas. Profundamente dentro de estas partículas, hay algo más. Esto adicional es este filamento de energía bailarín. que parece una cuerda vibrando -- y de ahí es de donde viene la teoría de cuerdas. Y así como las cuerdas que vibran en el cello que acaban de ver pueden vibrar según diferentes patrones, éstas pueden también vibrar según diferentes patrones. Ellas no producen notas musicales diferentes lo que hacen es producir las diferentes partículas que conforman el mundo a nuestro alrededor. Así que si estas ideas son correctas, esto es a lo que se asemeja el paisaje ultramicroscópico del universo. Está conformado por un enorme número de estos pequeños filamentos de energia vibratoria, vibrando en frecuencias diferentes. Las diferentes frecuencias, producen las diferentes partículas. Y estas diferentes partículas son las responsables de toda la riqueza del mundo que nos rodea.

Y ahí se ve la unificación, ya que partículas de materia, electrones y quarks, partículas de radiación, fotones, gravitones, todos se conforman de una sola entidad. Asi materia y las fuerzas de la naturaleza, se ponen todas juntas bajo la rúbrica de las cuerdas vibratorias. Y eso es lo que denominamos teoría unificada. Ahora, aquí está el truco. Cuando estudiamos las matemáticas de la teoría de cuerdas, nos damos cuenta que no funciona en un universo de solo tres dimensiones del espacio. No funciona en un universo con cuatro dimensiones de espacio, ni cinco ni seis. Finalmente, puedes estudiar las ecuaciones y demostrar que funciona solamente en un universo que tiene 10 dimensiones espaciales. y una dimension del tiempo. esto nos lleva de vuelta a la idea de Kaluza y Klein -- de que nuestro mundo, cuando es descrito apropiadamente contiene mas dimensiones de las que somos capaces de observar

Ahora ustedes podrian pensar sobre esto y preguntarse, bien, en realidad, si hay dimensiones adicionales, y están realmente firmemente onduladas sí, es muy probable que no las podamos ver si son lo suficientemente pequeñas. Pero si hay una civilización diminuta de personas verdes, caminando por allí abajo, y los hacemos lo más pequeños posible, tampoco los veremos, eso es verdad. Otra de las otras predicciones de la teoría de cuerdas -- en realidad no, esa no es una de las otras predicciones de la teoría de cuerdas.

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Pero nos lleva a preguntar: acaso estamos tratando de esconder estas dimensiones adicionales, o realmente nos explican algo acerca del mundo? En el tiempo que queda, me gustaría decirles dos características de ellas. La primera es, muchos de nosotros creemos que estas dimensiones adicionales contienen la respuesta a lo que tal vez es la pregunta mas profunda de todas en física teórica y ciencia teórica. Y esa pregunta es: cuando miramos alrededor del mundo, como los científicos han hecho en los últimos cien años, parece que existen unos 20 números que describen realmente nuestro universo. Estos son números como la masa de las partículas, como los electrones y quarks, la fuerza de la gravedad, el poder de la fuerza electromagnética -- una lista de alrededor de 20 números que han sido medidos con una precisión increíble, pero nadie tiene una explicación del porqué los números tienen esos valores particulares.

Ahora, ¿nos ofrece la teoría de cuerdas una respuesta? Aún no. Pero creemos que la respuesta al porqué esos números tienen esos valores debe descansar en la forma de las dimensiones adicionales. Y lo más extraordinario es que si esos números tuvieran otros valores diferentes a los conocidos, el universo, tal como lo conocemos, no existiría Esta es una pregunta muy profunda. Porqué estos números estan tan afinados que permiten a las estrellas brillar y la formación de planetas, cuando reconocemos que modificar y jugar con estos números -- si yo tuviera 20 valores aquí y les dejara venir y jugar con esos números, casi cualquier cambio haría desaparecer al universo. Asi que, es posible explicar estos 20 números? Y la teoría de las cuerdas sugiere que esos 20 números tienen que ver con dimensiones adicionales Permitanme mostrarles como. Cuando hablamos de las dimensiones adicionales en la teoría de cuerdas no hablamos de una dimensión adicional como en las viejas ideas de Kaluza y Klein. Esto es lo que la teoría de cuerdas nos dice sobre las dimensiones adicionales Tienen una geometría entrelazada muy rica.

Este es un ejemplo de algo conocido como la forma Calabi-Yau -- el nombre no es tan importante Pero como pueden observar las dimensiones adicionales se doblan sobre sí mismas y se entrelazan en una estructura y forma muy interesante. Y la idea es que si ésto es lo que parecen las dimensiones adicionales, entonces, todo el panorama microscópico de nuestro universo se parecería a esto en las escalas mas diminutas. Cuando mueven su mano, la estarían moviendo alrededor de estas dimensiones adicionales una y otra vez pero son tan diminutas que no lo sabríamos. entonces, cual es la implicación física, relevante a estos 20 números?

Consideren lo siguiente. Si observan a un instrumento, una trompa noten que las vibraciones del flujo de aire están afectadas por la forma del instrumento Ahora, en la teoría de cuerdas, todos los números son reflejo de la manera en la que las cuerdas pueden vibrar. al igual que los flujos de aire se ven afectados por los dobleces y vueltas del instrumento, las mismas cuerdas estarían afectadas por el patrón vibracional de la forma geométrica por la cual se mueven Permítanme traer algunas cuerdas al asunto. Y si ustedes observan a estos pequeños vibrar por aquí -- ellos estarán allí en un segundo - allí noten que la forma en la que vibran esta afectada por la forma geométrica de las dimensiones adicionales.

Así que si conociéramos exactamente cómo son las dimensiones adicionales -- aún no lo sabemos, pero si lo supiéramos seríamos capces de calcular las notas permitidas, los patrones de vibración permitidos. Y si pudieramos calcular esos patrones vibracionales permitidos deberíamos ser capaces de calcular esos 20 números. Y si la respuesta que obtenemos de nuestros cálculos concuerda con los valores de esos números que han sido determinados a través de una experimentación detallada y precisa, esto sería, de alguna manera, la primera explicación fundamental del porqué la estructura del universo es de la forma que es La segunda parte con la cual deseo terminar es: de qué manera podemos experimentar con estas dimensiones adicionales más directamente? Es esto acaso una estructura matemática muy interesante que nos permitiría explicar algunas características no explicadas de nuestro mundo, o en realidad sí podemos experimentar estas dimensiones adicionales? Y creemos -- y esto es, yo creo, muy excitante -- que en los próximos cinco años o así, seremos capaces de experimentar la existencia de estas dimensiones adicionales.

Y así es como lo haremos. En Ginebra, Suiza, en el CERN una máquina esta siendo construída, llamada el Gran Colisionador de Partículas es una máquina, que enviará particulas a través de un tunel en direcciones opuestas, a una velocidad próxima a la velocidad de la luz De vez en cuando, estas partículas serán dirigidas unas contra otras, para que se produzca una colisión frontal. Nuestra esperanza es que si esta colisión tiene suficiente energía podría esparcir los restos de la colisión fuera de nuestras dimensiones, forzándolos a entrar en las otras dimensiones. Y cómo lo sabremos? Bien, mediremos la cantidad de energía después de la colisión, la compararemos con la cantidad de energía anterior a ella, y si hay menos energía después de la colisión que antes de ella eso nos dará la evidencia que la energía se ha escapado Y si se escapa en un patrón que podamos calcular, será la evidencia de que las dimensiones adicionales están ahí.

Les muestro la idea en forma visual. Imaginemos que tenemos un cierto tipo de partícula llamada gravitón -- este es el tipo de resto que esperamos se produzca si las dimensiones adicionales son reales Pero el experimento será así. Tomamos las partículas, las golpeamos todas juntas Las golpeamos todas juntas y si estamos en lo correcto algo de la energía de esa colisión se se irá en restos que se dispersarán en esas dimensiones adicionales Asi que este es el tipo de experimento que estamos esperando observar de aqui en los próximos cinco, siete, o diez años o así. Y si este experimento produce los resultados deseados si podemos observar ese tipo de partícula siendo esparcida notando que existe menos energía en nuestra dimensiones que cuando empezamos, esto demostrará que las dimensiones adicionales son reales

y para mi esta es realmente una historia formidable, y una oportunidad muy notable. Volviendo nuevamente a Newton con el espacio absoluto -- no nos dio nada más que un campo, un escenario en el que tienen lugar los acontecimientos del universo. Einstein llega y dice, bueno, el espacio y el tiempo se pueden deformar y curvar, eso es la gravedad. Y ahora, la teoría de las cuerdas llega y dice, si, gravedad, mecánica cuántica, electromagnetismo -- todas en un solo paquete, pero sólo si el universo tiene mas dimensiones de las que podemos observar. Y este es un experimento que puede buscarlas en nuestra era. Una posibilidad sorprendente. Gracias, muchas gracias

-- Aplausos --