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Teoría de Cuerdas vs. Agujeros Negros

La física revisa constantemente sus leyes. Se trata de uno de los principios del método científico. Este aparentemente caótico comportamiento es el que asegura -a largo plazo- que tengamos unas sólidas bases sobre las que construir nuevas teorías. En los últimos días, Gerard ‘t Hooft, un físico ganador del Premio Nobel, ha pateado el tablero al afirmar que los agujeros negros y las singularidades espacio-temporales podrían no tener lugar en el último modelo del universo.

Es posible que el  ganador del Premio Nobel de física Gerard ‘t Hooft, a la hora de someter al análisis de sus colegas el resultados de sus cálculos, haya pensado muy bien qué palabras iba a utilizar. Es que su trabajo, basado en la Teoría de Cuerdas y la causalidad (todos los eventos están causados por otros anteriores), si bien aporta una explicación satisfactoria para muchos de los fenómenos observados y permite predecir otros que aún desconocemos, no tiene lugar para los agujeros negros o las singularidades espacio-temporales. Mientras que algunos miembros de la comunidad científica han recibido con alivio esta teoría que les evita la “incomodidad” de luchar matemáticamente con la explicación de las singularidades, otros han comenzado a juntar leña húmeda para quemarlo por hereje.

Uno de los grandes retos de la física moderna es unificar las diferentes teorías existentes. Tenemos excelentes modelos que explican los fenómenos a grandes escalas -aquellos que involucran objetos del mundo macroscópico (como un coche o el Sistema Solar), y otros que funcionan de maravillas en el mundo de lo muy pequeño, el reino de las partículas atómicas. Sin embargo, fuera de su campo de aplicación especifico, ninguno de los modelos funciona ni siquiera remotamente bien. Los físicos serían muy felices si alguien encontrase una teoría que combinase la relatividad y la mecánica cuántica en una única teoría. Hasta hoy, el camino que parece más prometedor para lograrlo es justamente el que serpentea sobre el barranco de la idea conocida como “Teoría de Cuerdas

De acuerdo a la física newtoniana, la causa precede al efecto en el tiempo.

Hay que dejar de lado muchos de los conceptos que aprendimos en el colegio para intentar comprender la Teoría de Cuerdas. Dejando de lado todas las consideraciones matemáticas y yendo a lo básico, esta teoría considera a un electrón no como un “punto” sin estructura interna y de dimensión cero, sino como una minúscula cuerda que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Esto, que en principio puede parecerte agarrado de los pelos, en realidad explica casi todo el comportamiento de las partículas que conocemos, e incluso a la gravedad. Mientras que para la “física normal” un punto (o partícula) no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional, para la Teoría de Cuerdas las cosas son muy diferentes. A nivel “microscópico” se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse, puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar.

De acuerdo con los postulados comunes de la física newtoniana, la causa precede al efecto en el tiempo. En la teoría de la relatividad especial, en cambio, si bien el concepto de causalidad se mantiene, la causa precede a su efecto solo en el caso de los observadores inerciales. En la teoría cuántica de campos, la causalidad está estrechamente relacionada con el principio de localidad. El análisis de ese principio es delicado, y muchas veces ese análisis pasa por el uso del teorema de Bell. De pronto ya no está tan claro que la causa preceda al efecto, y esto -tan ajeno a nuestra experiencia cotidiana- pone bastante nerviosos a muchos físicos, a pesar de que los modelos existentes lo expliquen bastante bien. Sin embargo,  Gerard ‘t Hooft ha trabajado duro para crear un modelo que respeta a rajatabla el principio de causalidad, aunque el precio que ha pagado es la “desaparición” de las singularidades espacio temporales, agujeros negros incluidos.

Existen pruebas prácticamente irrefutables de que los agujeros negros existen.

En efecto, este premio nobel ha construido un modelo de la realidad diferente, pero con algunos efectos colaterales interesantes. El cambio fundamental en su idea es aceptar un nuevo tipo de simetría en el universo. En física, una “simetría” es una propiedad de un sistema que lo deja sin cambios bajo una determinada transformación. Por ejemplo, nuestras leyes físicas se mantienen constantes bajo cualquier cambio en la posición o dirección en el espacio. Es una idea enormemente poderosa. Para conservar el principio de causalidad dentro de una Teoría de la Gravedad Cuántica tenemos que aceptar la idea de una simetría de escala. En otras palabras, las leyes de la física son las mismas independientemente de la escala. Esto, que unificaría la física de lo pequeño con la física de lo macroscópico también implica una idea conocida como “complementariedad de agujeros negros”, en la cual un observador dentro de un agujero negro ve el universo de una forma distinta a un observador fuera del agujero.

Las consecuencias de esta idea son profundas, y el físico las explica así: “Si añadimos todo esto a nuestro conjunto de transformaciones de simetrías, los agujeros negros, las singularidades espacio temporales, y horizontes de sucesos desaparecen. A cambio, mantenemos intacta la idea de causalidad.” Matemáticamente, el trabajo de este científico es impecable, y eso explica la algarabía de una parte de sus colegas. Por otro lado, varias de décadas de observaciones del universo en que vivimos aportan pruebas prácticamente irrefutables de que los agujeros negros existen, por lo que muchos otros científicos se preguntan si el nuevo universo de ‘t Hooft guarda alguna relación con el que vivimos nosotros.

Los aceleradores de partículas podrían determinar si Gerard ‘t Hooft tiene razón.

Actualmente, la existencia de los agujeros negros está bien aceptada. Los astrónomos pueden ver sus efectos gravitatorios. Y aunque nadie ha observado directamente un agujero negro o la radiación de Hawking que los físicos suponen que emiten, pocos dudan de que se acumularán las pruebas a favor. Sin embargo, el problema más serio que genera la nueva teoría es la idea de “invariancia de escala”. Si ‘t Hooft está en lo cierto y fueses súbitamente encogido (o agrandado) en un factor desconocido dentro de una caja cerrada, te sería imposible diseñar un experimento que te permita  determinar la magnitud de tu cambio de escala. Con las leyes actuales, que entiende las diferencias existentes entre los efectos cuánticos y los Newtonianos, podrías averiguar tu nuevo tamaño. El propio ‘t Hooft  reconoce esta limitación, admitiendo que “la constante G de Newton no es invariante en escala en absoluto”.

Es demasiado pronto para saber si la teoría propuesta por Gerard ‘t Hooft puede reemplazar a nuestro querido (y odiado) conjunto de reglas actuales. Sin embargo, es muy posible que algunos de los elementos que propone ayuden a desvelar algunos de los misterios que aun subsisten en el seno de la física. Lo más probable es que -dentro de algunos años- los experimentos efectuados en los aceleradores de partículas o alguna observación efectuada con los nuevos telescopios espaciales confirmen o desmientan las afirmaciones de este premio Nobel. Mientras tanto, seguimos esperando.

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Escrito por Ariel Palazzesi

18 Comments

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  1. Posiblemente en el futuro las teorias sobre los Agujeros Negros sean mas solidas y reales, por ahora son realmente teorias porque no nos hemos acercado a ellos lo suficiente para saber algo real sobre su funcionamiento.

  2. no tengo ni idea de teoria cuantica de campos, pero si se que segun la relatividad la causalidad se mantiene SIEMPRE, para cualquier observador ocurren antes las causas que los efectos (una consecuencia curiosa de que exista la velocidad de la luz como limite) y segun la mecanica newtoniana las causas y los efectos son simultaneos

  3. Posiblemente en el futuro las teorias sobre los Agujeros Negros sean mas solidas y reales, por ahora son realmente teorias porque no nos hemos acercado a ellos lo suficiente para saber algo real sobre su funcionamiento.

  4. Imagínate que te alejas del universo lo suficiente como para observarlo como una diminuta partícula virtual (para facilitar elegí ese tipo de partículas por que aparecen y desaparecen en el vacío), pero a esa distancia, que estas observando? un universo o una partícula?… ahora imagínate que si el universo fuera una partícula de esas virtuales que predice el principio de incertidumbre, tendria una duración de tiempo cortisima (10^-20 seg creo), que además, pertenecería a un universo (tal como el nuestro) con una extensión de espacio y tiempo en la misma proporción que el nuestro a esa escala… por lo que, para los habitantes, si los hubiera, de ese universo grande que observa al nuestro, nuestro universo se vería como una partícula virtual que aparece del vacío y desaparece en él… eso explicaría el big bang, y también como se originó, también explicaría por que la relatividad y la física cuántica son diferentes: en realidad no lo son, solo que la física cuántica se aplicaría a universos observados desde afuera y la relatividad a universos observados desde adentro… como estamos inmersos en uno de ellos sus dimensiones en espacio y tiempo nos parecen ilimitadas.

    • Chapo amigo! Me encanta tu punto de vista… también me has dejado pensando, gracias.

      No se cuanto de cierto tiene la teoría de Hooft, no soy físico y no tengo conocimientos para valorarlo, pero si os sirve de algo, he estado en una conferencia de Hooft dada en Santiago de Compostela, organizada por la USC en el programa Conciencia (también estubo Hopkins). Hooft me decepcionó muchísimo, no os podéis imaginar hasta que punto.

      Como pone literalmente un artículo que tengo delante sobre aquella conferencia:
      "La conferencia de Gerardous´t Hooft en Santiago de compostela no ha dejado indiferente a casi nadie. Ensalzado por unos, criticado por otros. Sin duda todos los asistentes se esperaban una conferencia diferente."

    • ya era hora, alguien que piensa igual que yo. imaginaos que solo somos una partícula imperceptible para un universo mas grande, y así sucesivamente. Eso hace pensar a cualquiera…

    • Hey amigo, muy bueno!
      Yo he pensado esa idea desde muy pequeño cuando comencé a saber que eran los átomos… obviamente no sabía nada de física cuántica ni nada por el estilo, pero la similitud de la supuesta "forma" de los átomos y su obvia semejanza con el sistema solar me hacían pensar en que "podíamos ser un átomo"… jeje
      Luego con el tiempo, la teoría de niño no ha perdido su vigencia, sólo se ha actualizado un poco. Lamentablemente no estudio física, no hay tiempo para todo, pero déjame decirte que si tu teoría no es acertada, pega en el palo, como decimos en Argentina…

      Desde la filosofía también hay aportes interesantes que se interceptan con los de la física.
      Por ejemplo las conceptualizaciones de Delueuze y Foucault acerca de "el pliegue": berevemente sería algo así: así como en el sueño y a nivel inconciente se ponen en juego "todos los tiempos a la vez" (lo que en física sucede con el hecho de que "todos los universos están como superpuestos sucediento de contínuo) durante la vigilia (lo que en física sería el nivel macroscópico) esa simultaneidad debe ser pausada, plegada, doblada, para que podamos "vivirla" bajo la apariencia de un "espacio tiempo".
      Espero que alguien lo entienda mas o menos. Y que Deleuze no me tire un rayo desde donde quiera que esté… jeje

      -slds-

  5. A mvr1981
    Pues me has puesto a pensar a mi también (lo siento Max… yo también tengo ese defecto). Ahora la pregunta mía es si cuando nos alejamos de nuestro universo hasta verlo como una partícula y veamos sorprendidos otra partícula similar ¿A qué conclusión llegaremos? ¿A que es otro universo? ¿O el nuestro visto desde otro ángulo? ¿Cómo diferenciamos una partícula virtual de otra? Si la duración de cada una de ellas es de unos 10 elevado a la -20 segundos, ¿Cómo podemos saber si la segunda partícula es la misma anterior que ya desapareció (y que la información de su existencia todavía sigue viajando hacia nosotros) y no otra partícula diferente?

    Como bien dices, la mecánica cuántica es nuestro universo visto desde afuera y la relatividad general es nuestro universo visto desde adentro. Pero volvemos a caer en el mismo círculo vicioso de siempre: Cada una de ellas es simplemente la forma o manera de cómo nuestro universo de nos muestra. La teoría total no es ni la mecánica cuántica ni la relatividad. La teoría total será el método o ciencia que explique el mecanismo universal cuyo uno de sus efectos será mostrar la manera de cómo nuestro universo se observa desde afuera o desde adentro.

    Por ejemplo: Si observamos un Boeing 747 volando, nada de lo que vemos de él nos explicará cómo es por dentro ni mucho menos cómo funcionan sus mecanismos (algo igual nos pasa con la mecánica cuántica). Ahora bien, si estamos dentro de un angar con el mismo Boeing 747 desarmado en sus más de 100 mil partes individuales, ¿acaso el análisis de ellas nos dirá cómo hace tal aparato para volar? (algo similar nos pasa con la relatividad general)

    Evidentemente que no. Copérnico dio un salto revolucionario al presentar su sistema heliocéntrico, echando por tierra el sistema geocéntrico con sus absurdos epiciclos, demostrando así que es el sistema heliocéntrico el que tiene la razón y no el geocéntrico. Así, la teoría total llegará cuando rompamos esquemas, moldes, creencias, dogmas, paradigmas, estrechez mental y demás trabas mentales humanas echando por tierra la mecánica cuántica y la relatividad general con sus absurdos postulados. Porque si bien matemáticamente ambas son coherentes (igual lo era el sistema de epiciclos) no se puede negar que sigue siendo absurdo y chocante para el sentido común las conclusiones que nos deja la relatividad general y la mecánica cuántica.

    Saludos…

    PD.: Por cierto que si impactamos con un misil a un Boeing 747 creo que quedará muy poco del mismo que nos pueda ser útil para llegar a una conclusión. Lo mismo sucede con las partículas si las impactamos con otras. Tal razonamiento sería válido si aplicamos el concepto de escalas a nivel universal, tal como se muestra en el artículo.

  6. ¿nadie se da cuenta que los universos fractales no solucionan el problema? solo lo aplazan…

    lo de la navaja de occam a mi me parece una gran idea como para desecharla

    PD: ¿y si juntas mucho muchos de esos universos diminutos que pasa? ¿aplicas cuantica o o teorias macroscopicas?

    PD2: yo hace algun tiempo que ya asumo que hay gente mucho mas inteligente que yo que se dedica a esto, asi que el tiempo de las ideas felices ya quedo atras (no es lo mismo que no pensar, pero yo pienso sobre lo hecho por otros)

  7. les voy a contar lo que una persona vio acerca de los agujeros negros,esto le sucedio a una persona creyente,que fue llevada al espacio exterior por dos angeles al cielo,que esta fuera del sistema solar y esta persona vio todo el sistema solar,incluso cuenta con detalles el largo viaje,dice esta persona que despues de pasar por todo el sistema solar llegaron a un lugar donde habia unos agujeros y entraron en uno de ellos y del oiro lado no hay nada,no hay mada creado dice el,cuenta que desde alli el mira como se ve nuesto mundo o sea todos los planetas,el sol y las estrellas,dice que los ve muy lejos,luego siguen y llegan a la ciudad de dios,la jerusalen que es de oro como lo dice la biblia,y el cuenta que si,es verdads lo de los agujeros negros y estos son para salir de este sistema de creacion para entrar en otro donde no hay nada pero mucho mas lejos esta esa ciudad donde los angeles,segun cuenta el los angeles lo llevaron, tambie hay muchas personas que tuvieron esa experiencia y cuentan lo mismo,lo pueden encontrar si ponen testimonios de impacto,aclaro que el que narra esto,primero tuvo que salir del cuerpo para tener esta experiencia,luego que los angeles lo trajeron de vuelta volvio a la vida,dice que su cuerpo aqui estuvo muerto 8 horas,se que esto mucho no creen pero es la experiencia de una persona normal y corriente,esto ocurrio en chile y este hombre se llama RICARDO CID,busquen esto y saquen sus concluciones.

  8. Bueno yo creo que la fisica cuantica es una forma de explicar todo esto con …. "magia" algo que todavía no se entiende. Yo creo que falta descubrir una particula escencial y esta encajará con el denominado y desaparecido éter (resurgirá de sus cenizas). Por supuesto que nunca se podrá medir pero si intuir.

    Sobre los agujeros negros no son más que sumideros en el espacio, que conectarán? diferentes universos? o simplemente son vacíos en el espacio donde el sistema intenta lograr el equilibrio formandose una especie de tornado? no lo se.

    Ahí queda mi idea feliz del dia. Saludos

  9. La teoría de las cuerdas es una forma tonta de querer explicar algo que realmente no saben como funciona. A mi entender es una falta de respeto a la Física.
    Dicha teoría se ha dado a conocer por ciertas situaciones y particular condición social y económica del autor. Pero hay personas que no son conocidas, ni tienen recursos y tienen teorías muchísimo mejores que la "Teoría de las cuerdas".
    Vuelvo a repetir, es una FALTA DE RESPETO a la Física.
    Ya va a llegar un día en que se demuestre lo contrario y, dicha teoría pase a ser un cuento de niños.

    Solo quería expresar mi indignación.

    Gente importante, debería hacer cosas importantes. Y retirarse al momento de no tener más ideas concretas o falta de seriedad en sus investigaciones.

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