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Gravedad: de qué está hecho el universo (y II)

Si la gravedad es la propia curvatura del espacio-tiempo, para averiguar de qué se compone la gravedad en su estructura más elemental debemos averiguar de qué está hecho a nivel fundamental el propio espacio-tiempo. La teoría que sea capaz de explicarlo será la que revele qué es el universo y cuál es su origen

La gravedad. EP
La gravedad. EP

HASTA EL MOMENTO, la teoría cuántica ha sido capaz de describir todas las fuerzas que rigen el mundo excepto la fuerza gravitatoria. Es decir, ha logrado explicar todos los campos fundamentales —el campo electromagnético, la interacción nuclear débil, la interacción nuclear fuerte y el campo de Higgs— menos la gravedad. Esa es la razón por la que, a estas alturas de la historia de la ciencia, lo más importante en una teoría fundamental del mundo es que sea capaz de explicar la gravedad. Y que sea capaz de hacerlo en los mismos términos en los que la teoría cuántica ya ha explicado el resto de fuerzas —o campos, como vimos en la primera parte de este reportaje— presentes en el universo. Lograr encajar las piezas de la gravedad en el puzzle de la teoría cuántica, por lo tanto, nos proporcionaría al fin una ‘Teoría del Todo’ con la que explicar el mundo a partir de un solo planteamiento.


La teoría cuántica predice que, en la escala más pequeña posible del universo, la Escala de Planck, las interacciones fundamentales de la materia son consecuencia de la actuación de partículas portadoras de fuerza. En el caso de la fuerza electromagnética, por ejemplo, esa partícula es el fotón. En el caso de la interacción nuclear fuerte —que es la fuerza que mantiene unidos los elementos dentro del núcleo atómico—, la partícula (bosón) que transporta esa fuerza se denomina gluón. El alcance de cada una de las fuerzas fundamentales (campos) del universo, depende de esa partícula. Así, el alcance de la fuerza que mantiene el núcleo atómico unido, siendo sus dimensiones tan pequeñas y compactas, es muy corto pero extraordinariamente intenso. Sin embargo, el alcance de la fuerza electromagnética es enorme —es infinito, ya que los fotones tienen masa cero y depende de la masa del bosón que transporta—. La conclusión es que, si la gravedad puede explicarse en términos cuánticos, debe existir una partícula portadora de esa fuerza gravitatoria. Tiene que estar ahí. Y el nombre que la física teórica le ha dado a ese bosón hipotético es el de gravitón.


Los gravitones, por lo tanto, en caso de existir, serían las partículas que explicarían a nivel cuántico la gravedad; serían los diminutos ladrillos de los que se compondría el campo gravitatorio. Lo que nos conduce a una de las grandes preguntas que se ha hecho la física en los últimos tiempos: si desde la perspectiva de la relatividad general el campo gravitatorio es, en sí mismo, el propio espacio-tiempo, ¿son los gravitones las partículas fundamentales del espacio-tiempo? ¿Se puede explicar el espacio-tiempo de Einstein desde el punto de vista cuántico? ¿Es posible que, al suponer que exista el gravitón, ya hayamos encontrado una teoría cuántica de la relatividad general? La respuesta es que no. Se trata de teorías incompatibles en lo fundamental y, de hecho, la propia pregunta constituye una contradicción: la teoría de Einstein, que explica la gravedad, se desmorona a nivel cuántico; pero la teoría cuántica no es útil para explicar la relatividad general. Estamos ante un círculo vicioso.


Por ello, la explicación cuántica de la gravedad que la física está buscando  obliga a los científicos a fusionar ambas teorías: la cuántica y la de la relatividad general: a la Teoría del Todo no le quedará más remedio que elaborar modificaciones esenciales en las dos. Sería como hallar la cuadratura del círculo. Eso nos lleva a preguntarnos a qué se ve reducido entonces el gravitón. La respuesta es la que se presuponía: se ve reducido a una hipótesis incompleta de la gravedad cuántica con demasiadas complicaciones e inexactitudes que, además de ser incompatible con la teoría de Einstein, muyprobablemente esté equivocada; sobre todo, debido a que no funcionaría a partir de ciertas cantidades de energía, a nivel de la escala de Planck. La gravedad, en su estructura fundamental, tiene que estar formada por otra cosa. Algo elemental que ahora mismo no somos capaces de ver con claridad.

El acercamiento más plausible a una Teoría del Todo hoy en día sea la Teoría de Cuerdas


No obstante, poco a poco se van dando pasos interesantes. Y quizá, junto con la gravedad cuántica de bucles —entre cuyos máximos exponentes se encuentra el físico Carlo Rovelli—, el acercamiento más plausible a una Teoría del Todo hoy en día sea la Teoría de Cuerdas. Una hipótesis cuyo principal postulado vendría a consistir en la posibilidad de que toda la materia esté formada por un componente fundamental: un filamento unidimensional que adoptaría la forma de una u otra partícula según su modo de vibración. A nivel matemático, esto exigiría subdividir el mundo que conocemos en diez dimensiones en lugar de cuatro —seis de ellas podrían estar ahí y resultar inapreciables para el discernimiento humano—. Es una idea difícil de asimilar que, paradójicamente, encuentra su explicación más sólida en las once dimensiones de la Teoría M de Ewdard Witten, la cual determina que la propia teoría solamente sería acertada en uno de los [10 elevado a 500] universos posibles que predice la propia teoría. De locos.


Hoy la física teórica nos arroja conceptos como el universo cíclico, el universo holográfico, el espacio-tiempo entendido como una percepción geométrica del entrelazamiento cuántico, etcétera. Sin embargo, seguramente todas estas posibilidades soló sean diferentes formas enrevesadas de expresar una idea tan sencilla y concluyente que constituirá una ley universal capaz de explicarlo todo de forma clara y básica. Ya lo decía el físico John Wheeler: «Seguro que detrás de todo ello hay una idea tan simple, tan bella, que cuando nos percatemos de ella, dentro de una década, un siglo o un milenio, nos preguntaremos cómo podría haber sido de otra forma». La pregunta es: ¿A quién se le ocurrirá esa idea que desenmarañe definitivamente la realidad?


Siendo justos, al referirnos a la relatividad general hemos mencionado a Minkowski, pero no podemos olvidarnos de los trabajos de Lorentz, Poincaré y muchos otros cuyas investigaciones colocaron a Einstein en la dirección correcta. De igual forma, no habría sido posible explicar las leyes del movimiento de Newton sin aludir a los trabajos de Kepler y Hooke, pero tan importantes como estos fueron los hallazgos de Galileo y Huygens. Los grandes avances de la ciencia no obedecen al trabajo de un solo hombre. El proceso siempre es acumulativo. Siempre es el resultado de los descubrimientos e investigaciones de muchos individuos, de forma lineal o paralela, coordinada o independiente. Pero sería absurdo negar que en cada gran revolución de la física ha sido necesaria la irrupción de un científico genial capaz de provocar el desarrollo de la siguiente etapa. Capaz de desatascar el progreso del saber. Capaz de mirar de  un modo distinto a como todos habían mirado hasta ese momento.

Los antiguos griegos creían que los planetas vagaban sin orden por el firmamento porque no entendían que su trayectoria no fuese circular


Los antiguos griegos creían que los planetas vagaban sin orden por el firmamento porque no entendían que su trayectoria no fuese circular. No comprendían cómo podían tener una forma tan caótica de moverse con respecto a una Tierra que, según la teoría geocéntrica de Ptolomeo, ocupaba el centro del universo. Por esa razón se les llama ‘planetas’: el término proviene del griego errante. En el momento en el que alguien se dio cuenta de que todos los planetas, incluida la Tierra, en realidad giraban alrededor del Sol, la trayectoria que estos describían en el cielo de pronto pareció no sólo sencilla, sino evidente. Resultó que todo era una cuestión de enfoque.


Tal vez ahora mismo, después del trabajo de tantos físicos durante décadas, ya haya por ahí un nuevo científico genial capaz de observar la realidad de la gravedad cuántica desde la perspectiva correcta. Un nuevo Einstein. Un nuevo Newton de pocos años de edad que, aunque no lo sepa y nadie se haya dado cuenta, será el primero en entender por qué cae la manzana del árbol. Tendremos que esperar.

Gravedad: de qué está hecho el universo (y II)
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