El Hiperespacio y la Teoría del Todo

¿Qué se extiende más allá de nuestras 4 dimensiones?

Michio Kaku Cuando era niño solía visitar en Jardín de TéJaponés en San Francisco. Pasaba horas fascinado por la carpaque vivía en un estanque poco profundo solo unas pulgadas bajolas azucenas, justo bajo mis dedos, completamente ajena alUniverso que había sobre ella. Me hacía a mí mismo unapregunta que solo un niño podría hacer: ¿Cómo sería ser unacarpa? ¡Qué mundo tan extraño sería! Me imaginaba que elestanque sería como el Universo, un espacio de dosdimensiones. La carpa sólo podría nadar hacia adelante y haciaatrás, y a izquierda y derecha. Pero imaginaba que el conceptode “arriba”, más allá de las azucenas, sería totalmente extraño aella. Cualquier científico carpa que se atreviese a hablar de“hiperespacio”, es decir, la tercera dimensión sobre el estanque,sería inmediatamente etiquetado como un chiflado. Me preguntoqué pasaría si pudiésemos bajar y capturar un científico carpa ysubirlo al hiperespacio. ¡Pensaba en la maravillosa historia quecontaría a los demás! La carpa balbucearía sobre unas nuevas eincreíbles leyes de la Física: seres que podían moverse sin aletas.Seres que podían respirar sin agallas. Seres que podían emitirsonidos sin burbujas. Entonces me pregunté: ¿Cómo podría uncientífico carpa conocer nuestra existencia? Un día que llovía,pude ver las gotas de lluvia formar suaves ondas en la superficiedel estanque. comprendí La carpa podría ver las sombras de lasondas en la superficie del estanque. La tercera dimensión podríaser invisible para ellos, pero las vibraciones de la terceradimensión podrían ser claramente visibles. Incluso la carpapodría sentir estas ondas e inventar un simple concepto, paradescribirlas, llamado “fuerza”. Podría incluso darle a estas“fuerzas” bonitos nombres como luz y gravedad. Nos reiríamosde ellos, porque, por supuesto, sabemos que no hay “fuerzas”después de todo, solo las ondas en el agua. Hoy día, muchos

después de todo, solo las ondas en el agua. Hoy día, muchoscientíficos creen que nosotros somos la carpa que nada ennuestro diminuto estanque, completamente feliz, inconsciente delos invisibles y desconocidos Universos que planean justo sobrenosotros en el hiperespacio. Pasamos nuestra vida en tresdimensiones espaciales, confiados en que lo que vemos connuestros telescopios es todo lo que existe, ignorantes de laposibilidad de un hiperespacio de 10 dimensiones. Aunque estasdimensiones superiores son invisibles, sus “ondas” se pueden very sentir con toda claridad. Llamamos a estas ondas luz ygravedad. La teoría del hiperespacio, sin embargo, languideciódurante décadas por la escasez de pruebas físicas oaplicaciones. Pero la teoría, una vez considerada el área de losexcéntricos y místicos, está siendo revitalizada por una simplerazón: puede ser la llave para la mayor teoría de todos lostiempos, la “Teoría del Todo”. Einstein pasó sus últimos 30 añosen una inútil persecución de esta teoría, el Santo Grial de laFísica. Quería una teoría que pudiese explicar las cuatro fuerzasfundamentales que gobiernan el Universo: gravedad,electromagnetismo, y las dos fuerzas nucleares (débil y fuerte).Supuso que sería el mayor descubrimiento de la ciencia en losúltimos 2 000 años, desde que los griegos se preguntaron cómose hizo el mundo. Estaba buscando una ecuación, tal vez de nomás de una pulgada de largo que pudiese colocar en unacamiseta, pero era demasiado grandioso poder explicar todo,desde el Big Bang y las explosiones estelares a átomos ymoléculas, o las flores del campo. Quería leer la mente de Dios.Finalmente, Einstein falló en su misión. De hecho, fue rechazadopor muchos de sus compatriotas más jóvenes, que se mofaríande él con la frase, “Lo que Dios ha separado, ningún hombrepuede unirlo”. Pero tal vez Einstein se esté tomando ahora suvenganza. Durante la última década, ha habido una furiosabúsqueda para la unión de estas cuatro fuerzas fundamentales enuna única teoría, especialmente una que mezcle la RelatividadGeneral (que explica la gravedad) con la Teoría Cuántica (queexplica las dos fuerzas nucleares y el electromagnetismo). El

explica las dos fuerzas nucleares y el electromagnetismo). Elproblema es que la relatividad y la teoría cuántica son totalmenteopuestas. La Relatividad General es una teoría de lo muy grande:galaxias, quasar, agujeros negros, e incluso el Big Bang. Se basaen curvar el maravilloso tejido de cuatro dimensiones del espacioy del tiempo. La Teoría Cuántica, por el contrario, es una teoríade lo muy pequeño, es decir, el mundo de las partículassubatómicas. Se basa en diminutos paquetes de energíadiscretos llamados cuantos. En los últimos 50 años, se hanrealizado muchos intentos de unir estos polos opuestos, y hanfallado. El camino hacia una Teoría de Campo Unificado, laTeoría del Todo, está cubierto con los cadáveres de los intentosfallidos. La clave de este puzzle puede ser el hiperespacio. En1915, cuando Einstein dijo que el espacio-tiempo tenía cuatrodimensiones y se curvaba y ondulaba, mostró que estascurvaturas producían una “fuerza” llamada gravedad. En 1921,Theodr Kaluza escribió que las ondas de la quinta dimensiónpodrían ser vistas en forma de luz. Al igual que el pez que miralas ondas del hiperespacio moviéndose en su mundo, muchosfísicos creen que la luz se crea por ondas en un espacio-tiempode cinco dimensiones. ¿Qué pasa con las dimensiones superioresa la 5? En principio, si añadimos más y más dimensiones,podemos ondularlas y doblarlas de distintas formas, y de estemodo crear más fuerzas. En 10 dimensiones, de hecho,¡podemos acomodar las cuatro fuerzas fundamentales!. Enrealidad, esto no es tan simple. Debido a la falta de experienciaen 10 dimensiones, también introdujimos una legión deinconsistencias matemáticas esotéricas (por ejemplo infinitos yanomalías) que han acabado con todas las teorías previas. Laúnica teoría que ha sobrevivido a cada reto impuesto es lallamada Teoría de Supercuerdas, en la cual este Universo de 10dimensiones está habitado por minúsculas cuerdas. De hecho, enuna pasada, esta teoría de cuerdas de 10 dimensiones nos dauna simple y convincente unificación de todas las fuerzas. Comola cuerda de un violín, estas diminutas cuerdas pueden vibrar ycrear resonancias o “notas”. Esto explica por qué hay tal

crear resonancias o “notas”. Esto explica por qué hay talcantidad de partículas subatómicas: son solo notas de unasupercuerda. (Esto parece simple, pero en los años 50, losfísicos estaban abrumados por la avalancha de partículassubatómicas. J.R. Oppenheimer, quien ayudó a construir labomba atómica, incluso llegó a decir, totalmente frustrado, queel Premio Nobel debería ir a un físico que ¡NO descubriese unapartícula cada año!). De la misma forma, cuando la cuerda semueve en el espacio y el tiempo, curva el espacio a su alrededortal como predijo Einstein. De esta manera, en un marcoextraordinariamente simple, podemos unificar la gravedad (comocurvatura del espacio causado por el movimiento de cuerdas)con las otras fuerzas cuánticas (ahora vistas como vibraciones decuerdas). Por supuesto, cualquier teoría con esta potencia ymajestuosidad tendría un problema. Esta teoría, debido a que esuna Teoría del Todo, es en verdad una Teoría de la Creación.Por lo tanto, para probar por completo la teoría, ¡debemosrecrear la Creación!. En principio, esto parece serdesesperadamente imposible. Apenas podemos abandonar ladébil gravedad de la Tierra, ni mucho menos crear Universos enun laboratorio. Pero hay una salida a este aparentementeintratable problema. Una teoría del todo es también una teoríadel día a día. Por lo tanto, esta teoría, cuando sea enteramentecompletada, será capaz de explicar la existencia de protones,átomos, moléculas e incluso el ADN. Así pues, la clave está enresolver completamente la teoría y comprobarla con laspropiedades conocidas del Universo. En la actualidad, nadie enla Tierra es lo bastante inteligente como para completar la teoría.La teoría está perfectamente bien definida, pero por lo que seve, la Teoría de Supercuerdas es física del siglo XXI que cayóaccidentalmente en el siglo XX. Se descubrió por accidente,cuando dos jóvenes físicos ojeaban un libro de Matemáticas. Lateoría era tan elegante y potente que no estábamos destinados averla en el siglo XX. El problema es que las Matemáticas delsiglo XXI aún no se han inventado. Pero debido a que los físicosestán genéticamente dispuestos al optimismo, confío en que

están genéticamente dispuestos al optimismo, confío en queresolveremos la teoría en un día no muy lejano. Quizá algúnjoven que lea este artículo será inspirado por esta historia de talmodo que el o ella concluyan la teoría. ¡No puedo esperar!

La Hermandad de la Cuerda

100 años después de que Einstein cambiara la física parasiempre, Alok Jha, cronista de The Guardian, visita un frondosorincón de Princeton para conocer a sus herederos intelectuales,los que todavía están a la caza de una “teoría del todo”. EdwardWitten habla con tal suavidad que a veces su voz amenaza condesvanecerse completamente. Su escritorio es un revoltijo depapeles y su pizarrón un embrollo de ecuaciones. Pero laspalabras que musita van directamente al punto e infundenentendimiento y pasión.

Las tranquilas maneras de Witten no demuestran su status.En su papel de científico en jefe de facto de la teoría de lascuerdas, este Profesor Charles Simonyi de física matemática delInstituto de Estudios Avanzados (IAS = Institute of AdvancedStudy) de Princeton, es indudablemente el heredero del título deAlbert Einstein como el más grande de los físicos vivos. SiEinstein viviera hoy, sería probablemente un teórico de cuerdas,comprometido con una notable pero todavía muy controvertidateoría que reclama ser capaz de explicar absolutamente todo loque nos rodea. “Los críticos de la teoría de las cuerdas dicenque podría ser un paso demasiado grande. La mayoría de losfísicos de otros campos es simplemente agnóstica, y hace bien”,dice Witten. “No es una teoría establecida. Mi opinión personales que existen razones circunstanciales que permiten sospecharque estamos en el camino correcto”. Por el valor que puedantener las opiniones personales, Witten hace que otros científicosse detengan y escuchen. Sus ideas en el desarrollo de la teoríade las cuerdas son legendarias. “No hay dudas sobre laextraordinaria calidad de los logros intelectuales de Witten”, diceel renombrado físico Roger Penrose en su último libro, “El

el renombrado físico Roger Penrose en su último libro, “ElCamino Hacia la Realidad”. “Hacia donde vaya Witten, no pasamucho tiempo para que el resto lo siga”. El propio Witten noaprueba este culto a la celebridad, y mantiene un perfil públicorelativamente bajo. Fuera del arcano mundo de la física teórica,son pocos los que han oído de él. Pero ha sido clave en eldesarrollo de una teoría que algún día puede ser la forma en quelos libros de texto describan al universo. Lo que selló su reclamoa la corona de la física teórica fue una exposición en laUniversidad de California del Sur en 1995, donde presentó almundo la teoría-M. Llegó en un momento en que la teoría de lascuerdas estaba muy alicaída Propuesta inicialmente como unaforma de describir la interacción nuclear fuerte en la década de1960, pero luego abandonada, la teoría de las cuerdas habíasido desarrollada por varios físicos en cinco ideas competidoras,cada una de las cuales declaraba ser la teoría fundamental de lanaturaleza. Con los consiguientes argumentos y críticasprovenientes de fuera de que la teoría sencillamente no era partede la ciencia, la comunidad de la cuerda quedó quebrada ydesmoralizada por décadas. La exposición de Witten llegó comouna muy necesitada inyección en el brazo. Arguyó que las cincoteorías contendientes no eran nada más que aspectos diferentesde una idea única, aún más fundamental. Su Teoría-M unióinmediatamente a los físicos y llevó a un interés hacia la teoría delas cuerdas que nunca antes había existido. Incidentalmente,Witten dejó sin definición a la "M", y los teóricos de las cuerdashan pasado muchas horas libres especulando sobre qué quieredecir: han concluido con una gran variedad de posibilidades queincluyen a matriz, misterio, membrana, monstruosa, madre omagia... incluso algunos científicos creen que es la W de Wittenpuesta cabeza abajo. Nathan Seiber, un colega de Witten en elIAS, utiliza la analogía de los hombres ciegos que examinan a unelefante, para explicar el curso de la teoría de las cuerdas hasta1995. “Uno lo describe tocando una pata, otro lo hace tocandoel tronco, y otro describe las orejas”, dice. “Concluyen condescripciones diferentes, pero son incapaces de ver la imagen

descripciones diferentes, pero son incapaces de ver la imagentotal. Hay un elefante único y ellos están describiendo diferentespartes del mismo”. Como era predecible, Witten es modestosobre su logro. “Es una exageración decir que yo creé la Teoría-M”, dice. “Logramos pequeños trozos, pero hay una largahistoria detrás de ella”. Dondequiera que corresponda el crédito,no hay duda de que la Teoría-M llevó el ya extraño mundo de lateoría de cuerdas hasta un territorio aún más desconcertante.Antes de la Teoría-M, las cuerdas existían en un mundo de 10dimensiones. Estas incluían una dimensión de tiempo, las tresdimensiones espaciales familiares, y además otras seisdimensiones extra, enrolladas tan compactamente que soninvisibles. La Teoría-M demandaba una dimensión espacialextra, llevando el total a 11. Estas dimensiones extra erannecesarias para satisfacer las ecuaciones diseñadas por Wittenen su formulación de la Teoría-M. Pero hubo sorpresas: la teoríasugería, por ejemplo, que este mundo de 11 dimensiones nocontenía solamente cuerdas sino también objetos que separecían más a superficies o membranas. Estas “branas” podíanexistir en tres o más dimensiones y, con la energía suficiente,podían crecer hasta alcanzar tamaños enormes, quizás tangrandes como el mismo universo. Lo que resultó más peculiarfue que Witten sugirió que nuestro universo podía estar ubicadosobre una brana en algún espacio dimensional superior. BrianGreene, un teórico de cuerdas de la Universidad de Columbia,describe su idea como algo similar a sentarse en una rebanadade pan contenida en una hogaza. “Esa es nuestra candidata parala súper-unificación de las leyes de la naturaleza”, dice Witten.“No la comprendemos, no podemos jurar que sea correcta,todavía estamos andando a tientas en la oscuridad. Es muyemocionante comprender que aquí tenemos esta teoríafascinante que posee todas estas propiedades increíbles.Cuando suceden cosas agradables como ésta, hace que uno seconvenza de que está en el camino correcto”. Witten puededarse el lujo de tener incluso sus ideas más esotéricas, unalibertad consagrada, en parte, por el IAS, un instituto de

libertad consagrada, en parte, por el IAS, un instituto deinvestigación casi único basado en lo que parece ser un tranquilohogar campestre frente a un bosque de 800 acres en Princeton.Armado en 1930 como un lugar para que los investigadoresrealizaran su trabajo sin la distracción de la enseñanza o de laburocracia de la universidad, es probablemente muy famoso porhaber sido el lugar donde Einstein pasó sus últimos años.

Albert Einstein, cuando todavía era un empleado de laoficina de patentes en Berna, Suiza.

Luego de pasar la primera parte del siglo XX presentando larelatividad general y sembrando las semillas para la físicacuántica, Einstein se convenció de que había una teoríafundamental única que debía describir la naturaleza. Muchos desus colegas de todo el mundo sintieron que él estaba perdiendo

sus colegas de todo el mundo sintieron que él estaba perdiendosu tiempo pero la investigación inteligente, aún cuando noproduzca ningún resultado útil, es parte de los principiosfundadores del instituto. Einstein murió en 1955 sin habercumplido su sueño, pero la pregunta que estuvo haciendo fue lainspiración de lo que ahora ha llegado a ser la teoría de lascuerdas. “Ahora comprendemos que en los tiempos de Einsteinera realmente prematuro embarcarse en un proyecto de tan largoplazo, en parte por las cosas que sucedieron en las décadassiguientes”, dice Seiberg. “Una gran cantidad de desarrollos queél no pudo haber visto dio forma a nuestra comprensión sobre lafísica de las partículas, principalmente las fuerzas que actúandentro del núcleo y lo que son las partículas elementales. Estasson ideas que se desarrollaron luego del trabajo de Einstein”. Elmismo Einstein no tenía idea de que las fuerzas fundamentales dela naturaleza todavía esperaban ser descritas totalmente, y quemucho menos podían ser unidas en una teoría única. Gastó sutiempo intentando unir el electromagnetismo con la gravedad; lasinteracciones nucleares fuerte y débil fueron formalizadas por losteóricos y descubiertas por los aceleradores atómicos reciéndespués de que hubiera fallecido. Por lo tanto, la mayor parte desu trabajo fue en la dirección equivocada, pero el espíritu delfísico indudablemente continúa viviendo. “Estar en el lugar enque estuvo Einstein fue realmente una idea inspiradora”, diceSeiberg. Sin embargo, el IAS no es un museo. “Si no hubierahabido una buena pregunta con la que trabajar, entonces nohabría habido aquí un equipo trabajando en el asunto”, diceSeiberg. “Creo que este sitio permanecerá enfocado en lo másemocionante que esté sucediendo, en lugar de estar preservandoun legado”.

Roger Penrose

La teoría de las cuerdas se ha estado moviendoparticularmente rápido a lo largo de la década transcurridadesde que la Teoría-M apareció en escena. Hace justo un año,Witten volvió con otra gran idea: utilizando otra idea de 40 añosde antigüedad llamada la teoría de los “twistores” originalmentedesarrollada por Penrose en la Universidad de Oxford, mostróque podía ser que después de todo las cuerdas no necesitarantodas esas dimensiones extra. Motivó un montón de artículospor parte de sus compañeros teóricos y el interés continúacreciendo. La semana pasada, los teóricos de las cuerdas detodo el mundo se encontraron en Oxford para discutir susprogresos. Witten todavía no está convencido. “Creo que lateoría de las cuerdas-twistores es algo que solamente funcionade modo parcial”, dice. El futuro de los teóricos de las cuerdasparece brillante, pero todavía quedan algunas preguntas básicasque esperan ser respondidas por los físicos. La primera essimple: ¿qué describe la teoría?. “Esto no es como la relatividadgeneral, en la que Einstein delineó los principios y luego derivólas consecuencias”, dice Seiberg. “Estamos en una situación muyextraña y sin precedentes en la que sabemos como derivar

extraña y sin precedentes en la que sabemos como derivaralgunas de las consecuencias, pero no conocemos cuáles son losprincipios fundamentales”. La segunda falla (y para algunoscríticos la mayor) es la carencia de datos experimentales paraprobar la teoría de las cuerdas. Para ésto, Witten y sus colegasestán esperando el nuevo acelerador de partículas que está enconstrucción en Cern, Suiza. El Gran Colisionador de Hadrones(LHC = Large Hadron Collider) operará con energías tangrandes que podrían aparecer algunas de las cosas predichaspor la teoría de las cuerdas. Una es la supersimetría, la idea deque las partículas fundamentales (tales como los electrones y losquarks) tienen todos ellos compañeros supersimétricos a altasenergías (en estos casos, los llamados selectrones y squarks). Siel LHC los encuentra, indudablemente por todo el mundosaltarán los corchos de champagne en los grupos deinvestigación de la teoría de las cuerdas. Pero en última instanciala naturaleza es una bestia engañosa. Aún si se demostrara que lateoría de las cuerdas es correcta, ¿podría quizás haber todavíaalgo más fundamental?. “La mayoría de los teóricos de cuerdassomos muy arrogantes”, dice Seiberg con una sonrisa. “Si hayalgo más allá de la teoría de las cuerdas, lo llamaremos teoría delas cuerdas”. Sin embargo, la teoría de las cuerdas podría ser lomás fundamental. Tradicionalmente, los físicos encontraronfuerzas más fundamentales en acción, cuando más cortas eranlas distancias que estudiaban. Con la teoría de las cuerdas, elconcepto de distancias se rompe. El espaciotiempo es unconcepto asumido, la arena de la mecánica cuántica y de larelatividad general, pero la teoría de las cuerdas no asume nada.Nuestra noción de espacio y tiempo deberá ser un resultado deecuaciones posibles de la teoría de las cuerdas. A ese nivel, nohay ningún parámetro que pueda ser más pequeño, de modo queno existe la posibilidad de una teoría más fundamental. Esposible que el futuro de la teoría de las cuerdas ni siquiera tengacuerdas tales como fueron definidas al principio. Pero las branas,superficies y universos paralelos de la Teoría-M aseguran que elmundo de la física fundamental es realmente un lugar muy

mundo de la física fundamental es realmente un lugar muyextraño, con las cuerdas o sin ellas. La teoría de las cuerdas ideapara el mundo moderno Teoría de las cuerdas es el nombredado al arcano y endemoniadamente complicado mundomatemático que fue soñado por primera vez a fines de la décadade 1960, como una forma de describir la interacción nuclearfuerte, la fuera que evita que los protones salgan disparados delos núcleos de los átomos. Los protones están hechos departículas aún más fundamentales llamadas quarks, y éstas semantienen juntas gracias a otras partículas, llamadas gluones, quetransmiten la interacción nuclear fuerte. El misterio era la razónpor la cual los quarks y los gluones nunca eran vistos en símismos, aún cuando los átomos fueran destrozados en losaceleradores de partículas. La teoría de las cuerdas fue acuñadacomo un modo de responder ésto (en términos simples, quizáslos gluones y los quarks estuvieran en los extremos de unacuerda de energía, y no se pueden tener una cuerda consolamente un extremo), pero finalmente dio lugar a lo que llegó aser conocido como cromodinámica cuántica, una descripciónmecánico-cuántica de la interacción entre los quarks y losgluones. Posteriormente, la teoría de las cuerdas fue utilizada nocomo simplemente una forma de explicar la interacción fuerte,sino para explicar todas las fuerzas fundamentales. La idea esque todo en el universo, desde la Tierra hasta el papel que estáen sus manos en este momento, y todas las fuerzas que actúansobre ellos, está hecho de diminutas hebras de energía llamadascuerdas. La teoría es un intento de solucionar algo que hapreocupado a los científicos por todo un siglo: el hecho de quelas dos grandes teorías de la naturaleza no concuerdan una conotra. A comienzos del siglo XX, nuestro conocimiento deluniverso comenzó a ponerse de cabeza. Las nuevas ideas detrásde la mecánica cuántica decían que el mundo era imprevisible,que el comportamiento de todo se asentaba firmemente en lasmanos del azar. La relatividad general de Einstein describíacómo el espacio a nuestro alrededor era combado por lagravedad, convirtiendo a nuestras ideas sobre la fuerza en un

gravedad, convirtiendo a nuestras ideas sobre la fuerza en unejercicio de geometría. Pero estos dos conceptos comparten unproblema: no están de acuerdo uno con el otro. Para responderalgunas de las preguntas más importantes de la física, como porejemplo qué sucedió en el Big Bang, este desacuerdo es un granproblema: ¿se utilizan las ecuaciones de la relatividad generalporque hay una enorme cantidad de masa, o se utiliza lamecánica cuántica porque todo está en un espacio tanpequeño?. La búsqueda de una forma de cruzar el abismo (la asíllamada “teoría del todo”) ha consumido a los físicos teóricos,incluyendo a Einstein, durante décadas. Y no sin algunascontroversias, la teoría de las cuerdas es el principal candidatopara llevar a cabo el sueño de Einstein. Si bien la teoría de lascuerdas es lo único que puede explicar a la vez la mecánicacuántica y la gravedad, todavía no ha sido comprobadaexperimentalmente. Y es tan lejana a nuestra experiencia físicadel mundo que algunos críticos dicen que debería serconsiderada más bien un trabajo de filosofía que una definitivadescripción científica de la naturaleza.

¿Era Einstein Alienígena?

Hace cien años, Albert Einstein revolucionó la Física.

Joven Albert Einstein en la oficina de patentes. [ ]

Marzo 23, 2005: Albert Einstein estaba exhausto. Portercera noche consecutiva, su bebé Hans, llorando, mantuvo a lafamilia despierta hasta el amanecer. Cuando Albert finalmente sedurmió… era hora de levantarse e ir a trabajar. No podía faltarningún día. Necesitaba el trabajo para mantener a su jovenfamilia. Caminando enérgicamente hacia la Oficina de Patentesdonde era “Técnico Experto, Tercera Clase”, Albert sepreocupaba por sus padres. Se estaban haciendo viejos yfrágiles, y sus relaciones con ellos eran tensas: sus padres noaprobaban su matrimonio con Mileva… Albert echó un vistazo auna ventana de la tienda por la que pasaba. Su pelo era undesorden; se había olvidado peinárselo otra vez. Trabajo.Familia. Llegar a fin de mes. Albert sentía la presión de cualquiermarido y padre joven. Para relajarse, revolucionó la física. En1905, a la edad de 26 y cuatro años antes de poder conseguirun trabajo como profesor de física, Einstein publicó cinco de losmás importantes artículos en la historia de la ciencia – todosescritos en su “tiempo libre”. Él, probó que los átomos y lasmoléculas existían. Antes de 1905, los científicos no estabanseguros acerca de ello. Argumentaba que la luz viajaba enpequeños pedazos (más tarde llamados “fotones”) y de esaforma estableció la fundación de la mecánica cuántica. Einsteindescribió su teoría de la relatividad especial: espacio y tiempoeran hilos en una fábrica común, proponía, que podían serunidos, estirados y retorcidos. Oh, y a propósito, E=mc2 Antesde Einstein, el último científico que había tenido un arranquecreativo semejante fue Sir Isaac Newton. Eso sucedió en 1666cuando Newton se recluyó a sí mismo en la granja de su madre

cuando Newton se recluyó a sí mismo en la granja de su madrepara evitar el estallido de una plaga en Cambridge. Sin nadamejor que hacer, desarrolló su Teoría de la GravitaciónUniversal. Durante siglos los historiadores llamaron a 1666 elannus mirabilis de Newton, o “año milagroso”. Ahora esaspalabras tienen un significado diferente: Einstein y 1905. LasNaciones Unidas han declarado 2005 “El Año Mundial de laFísica” para celebrar el centenario del annus mirabilis deEinstein. (Los ganadores del premio Nóbel y otros eminentescientíficos se reunirán con el público el mes próximo para discutirel trabajo de Einstein. ¿Te gustaría unirte a ellos ? La culturapopular moderna pinta a Einstein como un súperpensador depelo espeso. Sus ideas, nos dicen, no estaban probablementemuy por delante de las de otros científicos. Debe haber venidode algún otro planeta – quizás del mismo en el que crecióNewton. “Einstein no era alienígena”, se ríe Peter Galison, físicoe historiador de la ciencia de la universidad de Harvard. “Era unhombre de su tiempo”. Todos sus artículos de 1905desentrañaban problemas que estaban siendo estudiados, condiverso éxito, por otros científicos”. Si Einstein no hubieranacido, [esos artículos] habrían sido escritos de alguna otraforma, con el tiempo, por otros”, cree Galison.

Súperpensador de pelo revuelto… hombre corriente… ¿o ambos?

Súperpensador de pelo revuelto… hombre corriente… ¿o ambos?

Lo destacable de 1905 es que un único individuo fuera elautor de las cinco publicaciones, además de la original eirreverente forma en que Einstein llegó a sus conclusiones. Porejemplo: el efecto fotoeléctrico. Esto era un misterio a principiosde 1900. Cuando la luz golpea un metal, como el zinc, loselectrones salen volando. Esto puede suceder sólo si la luz viajaen pequeños paquetes suficientemente concentrados paragolpear un electrón y dejarlo en libertad. Una onda porseparado no haría el truco fotoeléctrico. La solución parecesimple – la luz está compuesta de partículas. Por supuesto, estaes la solución que Einstein propuso en 1905 y por la que ganó elpremio Nóbel en 1921. Otros físicos como Max Planck(trabajando en un problema relacionado: radiación de cuerponegro), de más titulación y experiencia que Einstein, se estabanacercando a la respuesta, pero Einstein la obtuvo primero. ¿Porqué? Es una cuestión de autoridad. “En los días de Einstein, siestabas intentando decir que la luz estaba hecha de partículas, teencontrabas a ti mismo en desacuerdo con el físico James ClerkMaxwell. Nadie quería hacer eso”, dice Galison. Las ecuacionesde Maxwell eran enormemente satisfactorias, unificando la físicade la electricidad, el magnetismo y la óptica. Maxwell habíaprobado más allá de ninguna duda que la luz era una ondaelectromagnética. Maxwell era una figura de autoridad.

El Diploma del Instituto de Einstein. Contrariamente a laleyenda urbana, Albert lo hizo bien en la escuela. [ ]

A Einstein no le importaba un higo la autoridad. Él no seresistía a que le dijeran lo que tenía hacer, no mucho, peroodiaba que le dijeran cual era la verdad. Incluso de niño estabaconstantemente dudando y haciéndose preguntas. “Su merapresencia aquí mina el respeto de la clase hacia mi”, le riñó su

presencia aquí mina el respeto de la clase hacia mi”, le riñó suprofesor de séptimo grado, el Dr. Joseph Degenhart. (Degenharttambién predijo que Einstein “no llegaría a nada en la vida”).Este defecto del carácter tenía que ser un ingrediente clave enlos descubrimientos de Einstein. “En 1905”, comenta Galison,“Einstein acababa de recibir su Doctorado en Física. No estabaen deuda con ningún director de tesis o alguna otra figura deautoridad”. Consecuentemente, su mente era libre para discurrir.En retrospectiva, Maxwell estaba en lo cierto. La luz es unaonda. Pero Einstein también lo estaba. La luz es una partícula.Esta extraña dualidad confunde a los estudiantes de Física I dehoy igual que a Einstein en 1905. ¿Cómo es posible que la luzsea ambas cosas? Einstein no tenia ni idea. Eso no le detuvo. Sinningún miramiento, Einstein adoptó la intuición como herramientabásica. “Creo en la intuición y la inspiración”, escribió en 1931.“Algunas veces siento que estoy en lo cierto aunque no sepa larazón”. A pesar de que los cinco artículos de Einstein fueronpublicados en un solo año, él estuvo pensando sobre física,profundamente, desde su infancia. “La ciencia era el tema deconversación a la hora de la cena en la casa de Einstein”, explicaGalison. El padre de Einstein, Hermann, y su tío Jacob dirigíanuna compañía alemana que hacia cosas como dínamos, lámparasde arco, bombillas y teléfonos. Esta era la tecnología puntera alprincipio del siglo, “como lo sería hoy una compañía de SiliconValley”, comenta Galison. “Los intereses de Albert por la cienciay la tecnología vinieron de forma natural”.

La familia de Einstein: Albert y su hermana Maja (abajo a laizquierda), su padre Hermann (arriba), y su madre, Pauline

(abajo a la derecha). [ ]

Los padres de Einstein a veces se lo llevaban a fiestas. Nohacia falta niñera: Albert se sentaba en el sofá, totalmenteabsorbido, haciendo problemas de matemáticas en silenciomientras otros bailaban a su alrededor. ¡Lápiz y papel eran laGameBoy de Albert!. Einstein tenía una capacidad deconcentración impresionante. Su hermana, Maja, recordaba “…incluso cuando había mucho ruido, era capaz de tumbarse en elsofá, coger un bolígrafo y un papel, equilibrando precariamenteun tintero en el respaldo y absorberse en un problema tanto queel ruido de fondo lo estimulaba mas que molestarle”. Einstein erafrancamente inteligente, pero no estrambóticamente más que suscompañeros. “No tengo talentos especiales”, afirmó, “Soyapasionadamente curioso, nada más”. Y otra vez: “El contrasteentre la valoración popular de mis capacidades… y la realidades simplemente grotesco”. Einstein atribuía sus descubrimientos ala imaginación y a preguntar insistentemente, más que a lainteligencia convencional. Mas tarde en su vida, debería serrecordado, luchó con fuerza para producir una teoría unificadadel campo, combinando la gravedad con otras fuerzas de lanaturaleza. Fracasó. La capacidad mental de Einstein no erailimitada. Tampoco era el cerebro de Einstein. Fue extraído sinpermiso por el Dr. Thomas Harvey en 1955, cuando Einsteinmurió. Probablemente esperaba hallar algo extraordinario. Lamadre de Einstein, Pauline se había preocupado mucho porquela cabeza del bebe Einstein estaba caída de un lado. (La abuelade Einstein tenia otra opinión: “¡Muy grande!”). Pero el cerebrode Einstein era como cualquier otro, gris, arrugado, y, si acaso,

de Einstein era como cualquier otro, gris, arrugado, y, si acaso,un poco mas pequeño que la media. Son recientes y pocos losestudios detallados del cerebro de Einstein. En 1985, porejemplo, el profesor Marian Diamond de UC Berkeley informóde un número de células gliales (que nutren a las neuronas) desuperior calidad en áreas del hemisferio izquierdo, encargado delcontrol de las habilidades matemáticas. En 1999, laneurocientífica Sandra Witelson informaba de que el lóbuloparietal inferior de Einstein, un área relacionada con elrazonamiento matemático, era un 15% mas ancho de lo normal.Además, encontró la grieta de Slyvian, un surco quenormalmente se extiende desde la parte delantera del cerebrohasta la parte posterior, que no recorría todo el camino en elcaso de Einstein. ¿Habría podido permitir esto una mayorconectividad entre las diferentes partes del cerebro de Einstein?Nadie lo sabe. No saber, hace a algunos investigadores sentirseincómodos. Esto alegraba a Einstein: “La cosa más bella quepodemos experimentar es el misterio”, decía. “Es la emociónfundamental que pervive en la cuna del arte verdadero y laciencia verdadera”. Es la emoción fundamental que Einsteinsentía, caminando hacia el trabajo, despierto con el bebe,sentado a la mesa durante la cena. La maravilla venció elagotamiento, cada día.

Física de vanguardia para todos los públicos

Galardonados con el Nobel y otros científicos de prestigiohablarán sobre la Física moderna

Einstein tuvo algunas ideas disparatadas. [ ]

9 de marzo de 2005: Einstein no lo sabía todo. Einsteinentendió que la luz debe ser tanto una partícula como una onda,que ni el espacio ni el tiempo son inmutables, que la materiapuede estallar en energía. Sus ideas sirvieron para explicarmuchas cosas, pero a la vez dejaron tras de sí un rosario deenervantes rompecabezas. Los científicos se afanaron endesentrañar las consecuencias, con frecuencia extravagantes, delas teorías de Einstein. Todavía están en ello. En 1905, Einsteinpublicó tres artículos tan importantes para la Ciencia que losfísicos llaman a ese año annus mirabilis, o el “año milagroso”.Cien años después, las Naciones Unidas han declarado 2005como “El año mundial de la Física”, para conmemorar laeclosión creativa de Einstein. En todo el mundo se estáncelebrando conferencias, reuniones y talleres educativos paraanalizar su pensamiento y para examinar las cuestiones que dejóplanteadas. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de laNASA, albergará uno de estos actos: la conferencia “La Físicadel Tercer Milenio: II” , que tendrá lugar en el centro Von Branen Huntsville, Alabama, del 5 al 7 de abril de 2005. Lospatrocinadores incluyen la NASA, el Ejército de los EE.UU. laSociedad Americana de Física, y la Universidad de Alabama enHuntsville. Aunque se celebrará en “La ciudad de los cohetes”,la conferencia no versará sólo sobre el espacio. “Hablaremossobre las cuestiones abiertas más importantes de todas las ramasde la Física”, explica el que será presidente de la conferencia,Ron Koczor, de la Dirección General de Ciencia y Tecnología

Ron Koczor, de la Dirección General de Ciencia y Tecnologíadel Centro Marshal para Vuelos Espaciales. Las conferenciasversarán sobre cuestiones de actualidad como la naturaleza de laenergía oscura, las interacciones entre antimateria y materia,mecánica cuántica y la formación de los agujeros negros. Entrelos ponentes habrá dos premios Nobel: Leon Lederman, querecibió el premio por su trabajo sobre los neutrinos, y RiccardoGiacconi, cuyas contribuciones a la Astrofísica condujeron aldescubrimiento de fuentes cósmicas de rayos X. El físicoLawrence Krauss, que escribió “La física de Star Trek”intervendrá en la comida y hablará sobre “La mayor metedurade pata de Einstein, una historia de misterio cósmico”. Física devanguardia. Premios Nobel. Esta conferencia será paraprofesionales muy cualificados, ¿verdad? “Pues no”, niegaKoczor. “A la conferencia podrá asistir cualquiera que estéinteresado en la Ciencia y en la Física. Los discursos serán aptospara profanos”. Serán especialmente bienvenidos los profesoresy los estudiantes. El último día de la conferencia se dedicaráespecíficamente a ellos, con demostraciones prácticas y uncomité de discusión sobre las diversas carreras en física.Lawrence Krauss volverá a estar disponible para discutir sobre“La física de Star Trek” y cuestiones relacionadas con ella. (¿EsUd. profesor? Contacte con el coordinador de la conferencia,Mitzi Adams , para obtener información sobre la asistencia.)

Pulse para visitar el sitio web de Física para el tercer milenio.

Por Michio Kaku ¿Existen las dimensiones superiores?.¿Existen mundos invisibles más allá de nuestro alcance, más allá

¿Existen mundos invisibles más allá de nuestro alcance, más alláde las Leyes normales de la Física?. Aunque las dimensionessuperiores han sido exclusivamente reino de charlatanes, místicosy escritores de ciencia-ficción, muchos físicos teóricos serioscreen ahora que no solo existen estas dimensiones superioressino que pueden explicar algunos de los secretos más profundosde la naturaleza. Aunque hacemos hincapié en que no hay en laactualidad ninguna evidencia científica para estas dimensionessuperiores, en principio podrían resolver el último problema de lafísica: la unificación final de todos los conocimientos físicos anivel fundamental. Mi propia fascinación por las dimensionessuperiores comenzó en mi más tierna infancia. Uno de losrecuerdos más felices de mi niñez era agacharme cerca delestanque del famoso Jardín de Té japonés en San Francisco,hipnotizado por las carpas brillantemente coloreadas quenadaban lentamente bajo los lirios de agua. En esos tranquilosmomentos, me preguntaba a mí mismo una simple cuestión quesolo un niño podría hacer: ¿Cómo vería la carpa de ese estanqueel mundo que la rodea?. Pasando toda su vida en el fondo delestanque, la carpa creería que su “Universo” constaba de agua ylirios; sería solo vagamente consciente de que podía existir unmundo extraño justo sobre la superficie. Mi mundo estaba másallá de su comprensión. Estaba fascinado ya que podía sentarmesólo a una pocas pulgadas de la carpa, y aún estaríamosseparados por un inmenso abismo. Concluí que si había algún“científico” entre las carpas, se burlarían de cualquier pez quepropusiese que podía existir un mundo paralelo justo sobre loslirios. Un mundo invisible más allá del estanque no tenía sentidocientífico. Una vez imaginé qué pasaría si bajamos y de prontosacásemos a uno de los “científicos” carpa fuera del estanque.Me preguntaba, ¿Cómo actuaría la carpa ante esto?. El asustado“científico” carpa contaría una historia verdaderamentesorprendente, sobre cómo fue sacado de alguna forma delUniverso (el estanque) y arrojado a un misterioso inframundo, aotra dimensión de luces cegadoras y objetos de extrañas formasque ninguna carpa había visto antes. Lo más extraño de todo era

que ninguna carpa había visto antes. Lo más extraño de todo eraque las enormes criaturas responsables de esta atrocidad, no separecían a un pez en lo más mínimo. Sorprendentemente, notenían aletas, pero aún así podían moverse sin ellas. Obviamente,las Leyes normales de la Física ¡no se aplicaban en esteinframundo!. La Teoría del Todo A veces creo que somos comola carpa que vive contenta en el fondo del estanque; pasamosnuestra vida satisfechos de nuestra ignorancia sobre otrosmundos que podrían coexistir con nosotros, sonriendo ante cadasugerencia de Universos paralelos. Todo esto ha cambiado deforma drástica en los últimos años. La teoría de espaciosdimensionales superiores podría convertirse en la pieza centralque nos abra las puertas del origen del Universo. En el centro deesta revolución conceptual está la idea de que nuestro Universo,con sus tres dimensiones normales, es “demasiado pequeño”para describir la miríada de fuerzas que gobiernan nuestroUniverso. Para describir nuestro mundo físico, con suprácticamente infinita variedad de formas, se requeriríanbibliotecas completas desbordadas con montañas de revistastécnicas y pilas de oscuros libros de texto. El objetivo final de lafísica, según creen algunos, es tener una ecuación o expresión apartir de cuyos principios básicos podamos derivar este colosalvolumen de información. Hoy día, muchos científicos creen quehemos encontrado la “Teoría de Campo Unificado” que esquivóa Einstein durante los últimos 30 años de su vida. Aunque lateoría de espacios dimensionales superiores no ha sido verificada(y, como veremos, sería prohibitivamente costoso probarlaexperimentalmente), casi 5 000 artículos, según el últimorecuento, se han publicado dentro de la literatura física sobreestas teorías de dimensiones superiores, comenzando con losartículos pioneros de Theodore Kaluza y Oskar Klein en losaños 20 y 30, pasando por la Teoría de la Supergravedad de los70, y por fin a la Teoría de Supercuerdas de los 80 y 90. Dehecho, la Teoría de Supercuerdas, que postula que la materiaconsiste en diminutas cuerdas vibrando en el hiperespacio,predice el número exacto de dimensiones de espacio y tiempo:

predice el número exacto de dimensiones de espacio y tiempo:10. ¿Por qué no podemos ver la Cuarta Dimensión? Paracomprender estas dimensiones superiores, recordamos que sonnecesarios tres números para localizar cada objeto del Universo,desde la punta de tu nariz hasta el confín del mundo. Porejemplo, si quieres quedar con unos amigos en Manhattan, lesdices que os encontrareis en el edificio que hace esquina en la 42con la Quinta Avenida, en la planta 37. Se necesitan dosnúmeros para localizar tu posición en un mapa, y un número paraespecificar la distancia sobre el mapa. De esta manera sonnecesarios tres números para especificar la localización de tualmuerzo. (Si nos encontramos con nuestros amigos por la tarde,entonces se necesitan cuatro números para especificar el lugar yla hora del encuentro). Sin embargo, aunque lo intentemos, esimposible para nuestros cerebros visualizar la cuarta dimensiónespacial. Los ordenadores, por supuesto, no tienen problemasen trabajar con N dimensiones espaciales, pero las dimensionesespaciales más allá de la tercera simplemente no pueden serconceptualizadas por nuestros débiles cerebros. (La razón paraeste desafortunado accidente tiene que ver con la biología másque con la física. La evolución humana puso como meta sercapaz de visualizar objetos moviéndose en tres dimensiones.Había una presión selectiva sobre los humanos que podíanesquivar las embestidas de los tigres dientes de sable o arrojarlanzas contra un mamut a la carga. Dado que los tigres no nosatacan en la cuarta dimensión espacial, simplemente no era unaventaja desarrollar un cerebro con la capacidad de visualizarobjetos que se movieran en cuatro dimensiones). Encontrar unSer de Dimensiones Superiores Para comprender algunas de lasalucinantes características de las dimensiones superiores, imaginaun mundo bidimensional, llamado Planilandia (como en la célebrenovela de Edwin A. Abbott) similar a un mundo existente en untablero liso. Si uno de los Planilandios se perdiese, podríamosbuscar rápidamente por toda Planilandia, tratando de verdirectamente dentro de las casas, edificios, e incluso lugaresocultos. Si uno de los Planilandios se pone enfermo, podríamos

ocultos. Si uno de los Planilandios se pone enfermo, podríamosalcanzar directamente su interior y realizar una operación sincortar su piel. Si uno de los Planilandios es encerrado en lacárcel (la cual es un círculo que rodea al Planilandio) podemossimplemente “recortar” a la persona fuera de Planilandia hacia latercera dimensión y colocar de nuevo al Planilandio en cualquierotro lugar. Si nos volvemos un poco más ambiciosos y hundimosnuestros dedos y brazos a través de Planilandia, los Planilandiossolo verían círculos de carne planeando a su alrededor,cambiando constantemente de forma y uniéndose a otroscírculos. Y finalmente, si arrojamos a un Planilandio a nuestromundo tridimensional, el Planilandio solo vería dos seccionesdimensionales cruzadas de nuestro mundo, es decir unaalucinación de círculos, cuadrados, etc. que cambianconstantemente de forma y se unen. Ahora imagina que somosseres “Planilandios tridimensionales” visitados por un ser dedimensiones superiores. Si nos perdemos, un ser de dimensionessuperiores podría buscar en todo nuestro Universo de una solavez, tratando de mirar directamente en los lugares ocultos másrecónditos. Si nos ponemos enfermos, un ser de dimensionessuperiores podría llegar a nuestro interior y realizar unaoperación sin cortar nuestra piel. Si estamos en una cárcel demáxima seguridad a prueba de fugas, un ser de dimensionessuperiores podría simplemente “arrancarnos” a una dimensiónsuperior y redepositarnos en cualquier otro lugar. Si los seres dedimensiones superiores hundiesen sus “dedos” en nuestroUniverso, parecerían ser burbujas de carne que flotan sobrenosotros y se unen y separan constantemente. Y por último, sifuésemos arrojados al hiperespacio, veríamos un conjunto deesferas, burbujas, y poliedros que aparecen de pronto,cambiando constantemente de color y forma, y que desaparecenmisteriosamente. La gente de superiores dimensiones, por esto,tendría poderes similares a los de un dios: podría caminar através de los muros, desaparecer y aparecer a voluntad, entraren las cámaras acorazadas, y ver a través de los edificios. Seríanomniscientes y omnipotentes. No es sorprendente que la

omniscientes y omnipotentes. No es sorprendente que laespeculación sobre seres de dimensiones superiores hayasuscitado un enorme interés literario y artístico en los últimos 100años. Místicos y Matemáticos Fyodor Dostoyevsky, en LosHermanos Karamazov, coloca a su protagonista IvánKaramazov especulando sobre la existencia de dimensionessuperiores y geometrías no Eucledianas durante una discusiónsobre la existencia de Dios. En “El Hombre Invisible” de H. G.Wells, la fuente de la invisibilidad era su capacidad de manipularla cuarta dimensión. Incluso Oscar Wilde hace referencia a lacuarta dimensión en su obra El Fantasma de Canterville como elhogar de los fantasmas. La cuarta dimensión también aparece entrabajos literarios de Marcel Proust y Joseph Conrad; inspiróalgunas obras musicales de Alexander Scriabin, Edgar Varege, yGeorge Antheil. Fascinó a diversas personalidades como elpsicólogo William James, la figura literaria Gertrude Stein, y elrevolucionario socialista Vladimir Lenin. Lenin incluso mantuvouna polémica sobre la N-ésima dimensión con el filósofo ErnstMach en su Materialismo y Empiriocriticismo. Lenin elogiaba aMach, quien “había planteado la importante y útil de un espaciode n-dimensiones como un espacio concebible”, pero locondenó a trabajos forzados ya que el Zar solo podía serderrocado en la tercera dimensión. Los artistas han estadoparticularmente interesados en la cuarta dimensión debido a lasposibilidades de descubrir nuevas leyes de perspectiva. En laEdad Media, el arte religioso era distinto por su deliberadacarencia de perspectiva. Siervos, campesinos, y reyes erandibujados como si fuesen planos, de la misma forma en que losniños dibujan gente. Dado que Dios era omnipotente y por estopodía ver todas las partes del mundo a la vez, el arte tenía quereflejar su punto de vista, por esto el mundo se pintababidimensionalmente. El arte Renacentista fue una revolucióncontra esta perspectiva plana centrada en Dios. Majestuosos yrealistas paisajes y gente tridimensional fueron dibujados desdeel punto de vista del ojo humano, con las líneas de perspectivadesapareciendo en el horizonte. El arte del Renacimiento

desapareciendo en el horizonte. El arte del Renacimientoreflejaba el modo en que el ojo humano veía el mundo, desde elsingular punto de vista del observador. En otras palabras, el artedel Renacimiento descubrió la tercera dimensión. Con elcomienzo de la Edad Contemporánea y el capitalismo, el mundoartístico se volvió en contra del frío materialismo que parecíadominar la sociedad industrial. Para los Cubistas, el positivismoera una camisa de fuerza que nos confinaba a lo que podía sermedido en un laboratorio, suprimiendo los frutos de nuestraimaginación. Preguntaron: ¿Por qué el arte debe ser clínicamente“realista”?. Esta “revolución” contra la perspectiva Cubistaaprovechó la cuarta dimensión debido a que tocaba la terceradimensión desde todas las perspectivas posibles. En unapalabra, el arte Cubista adoptó la cuarta dimensión. Las pinturasde Picasso son un espléndido ejemplo, mostrando un clarorechazo por la perspectiva tridimensional, con rostros demujeres vistos desde distintos ángulos simultáneamente. En lugarde un punto de vista único, las pinturas de Picasso muestranmúltiples perspectivas, como si estuviese pintando desde lacuarta dimensión, capaz de ver todas las perspectivas a la vez.Como ha escrito la historiadora del arte Linda Henderson, “lacuarta dimensión y la geometría no Euclediana emergen comouna los temas más importantes unificando gran parte de la teoríay el arte moderno”. Unificando las Cuatro FuerzasHistóricamente, los físicos han desechado la teoría de lasdimensiones superiores debido a que no podían ser medidas, nitenía ningún uso particular. Pero para comprender cómoañadiendo dimensiones superiores podemos, de hecho,simplificar problemas físicos, piensa en el siguiente ejemplo. Paralos antiguos egipcios, el tiempo era un completo misterio. ¿Quécausaba las estaciones?. ¿Por qué hacía más calor a medida queviajabas hacia el Sur?. El tiempo era algo imposible de explicarpara el limitado punto de vista de los antiguos egipcios, paraquienes la Tierra parecía lisa, como un plano bidimensional. Peroahora imagina que enviamos a los egipcios en un cohete alespacio exterior, donde pueden ver la Tierra de forma pura y

espacio exterior, donde pueden ver la Tierra de forma pura ycompleta en su órbita alrededor del Sol. De pronto, lasrespuestas a sus preguntas se vuelven obvias. Desde el espacioexterior, está clara la inclinación de 23 grados de la Tierra sobresu eje en su órbita alrededor del Sol. Debido a esta inclinación,el hemisferio norte recibe mucha menos luz solar durante unaparte de su órbita que durante otra. De aquí que tengamosinvierno y verano. Y dado que el ecuador recibe más luz solar enmedia que las regiones polares norte y sur, notamos más calorcuanto más nos acercamos al ecuador. En resumen, las confusasleyes del tiempo son fáciles de comprender una vez vista laTierra desde el espacio. Por esto, la solución al problema es ir alespacio, a la tercera dimensión. Hechos que nos son imposiblesde comprender en un mundo plano de pronto se convierten enobvios cuando vemos un dibujo unificado de una Tierratridimensional. Las Cuatro Fuerzas Fundamentales De formaanáloga, el actual nerviosismo sobre las dimensiones superioreses debido a que pueden tener la clave para la unificación detodas las fuerzas. La culminación de 2 000 años de meticulosasobservaciones es darnos cuenta que nuestro Universo estágobernado por cuatro fuerzas fundamentales. Estas cuatrofuerzas, además, pueden ser unificadas en un espacio dedimensiones superiores. La luz, por ejemplo, puede verse comouna simple vibración en la quinta dimensión. Las otras fuerzas dela naturaleza pueden verse como vibraciones en dimensionessucesivamente superiores. A primera vista, sin embargo, lascuatro fuerzas fundamentales parecen no guardar ningúnparecido entre sí. Son éstas: La gravedad es la fuerza quemantiene nuestros pies anclados a la Tierra rotante y mantieneunido el Sistema Solar y la Galaxia. Sin gravedad, seríamosinmediatamente arrojados al espacio exterior a 1 600 kilómetrospor hora. Además, sin una gravedad que mantuviese al Solcohesionado, explotaría en un catastrófico estallido de energía.El Electromagnetismo es la fuerza que ilumina nuestras ciudadesy da energía a nuestros electrodomésticos. La revoluciónelectrónica, que nos ha dado las bombillas, la TV, el teléfono,

electrónica, que nos ha dado las bombillas, la TV, el teléfono,los ordenadores, la radio, el radar, los microondas, y lavavajillases un subproducto de la fuerza electromagnética. La fuerzanuclear fuerte es la fuerza que da energía al Sol. Sin la fuerzanuclear, las estrellas dejarían de brillar y los cielos se volveríanoscuros. La fuerza nuclear no solo hace posible la vida en laTierra, es también la devastadora fuerza liberada por la bombade hidrógeno, que puede ser comparada con un trozo de Soltraído a la Tierra. La fuerza nuclear débil es la responsable de ladescomposición radiactiva que involucra a los electrones. Lafuerza débil es aprovechada en los hospitales modernos enforma de escáneres radiactivos usados en medicina nuclear. Lafuerza débil también causó estragos en Chernobyl.Históricamente, siempre que los científicos aclararon los secretosde una de las cuatro fuerzas fundamentales, esto alteróirrevocablemente el curso de la civilización moderna, desde eldominio de la mecánica y la física Newtoniana en el siglo XVIII,al aprovechamiento del electromagnetismo del siglo XIX, y porfin el descubrimiento de la fuerza nuclear en el siglo XX. Encierto sentido, se puede encontrar el origen de algunos de losmayores avances de la historia de la ciencia por el gradualconocimiento de estas cuatro fuerzas fundamentales. Algunosincluso han proclamado que el progreso de los últimos 2 000años de la ciencia se puede comprender como el sucesivodominio de estas cuatro fuerzas fundamentales. Dada laimportancia de estas cuatro fuerzas fundamentales, la siguientepregunta es: ¿Pueden unirse en una Superfuerza?. ¿Sonmanifestaciones de una realidad más profunda?. Dada lainfructuosa búsqueda que ha confundido a los ganadores delPremio Nobel del mundo durante medio siglo, la mayoría de losfísicos están de acuerdo en que la Teoría del Todo debe ser unpunto de partida radical para todo lo que se ha intentadopreviamente. Por ejemplo, Niels Bohr, fundador de la teoríaatómica moderna, en una ocasión escuchó una explicación de laversión de la Teoría de Campo Unificada de Wolfgang Pauli.Frustrado, Bohr por fin se levantó y dijo, “Estamos todos de

Frustrado, Bohr por fin se levantó y dijo, “Estamos todos deacuerdo en que su teoría es absolutamente descabellada. Peroestamos divididos sobre si su teoría es lo bastantedescabellada”. Hoy día, sin embargo, tras décadas de salidasfalsas y frustrantes callejones sin salida, muchos de losprincipales físicos del mundo creen que por fin tenemos la teoría“lo bastante descabellada” para ser la Teoría de CampoUnificado. Hay una creencia bastante extendida (aunque deninguna manera unánime) en los principales laboratorios deinvestigación del mundo de que hemos encontrado finalmente laTeoría del Todo. Teoría de Campo en Dimensiones SuperioresPara ver cómo nos ayudan las dimensiones superiores a unificarlas leyes de la naturaleza, los físicos usan la herramientamatemática llamada “Teoría de Campo”. Por ejemplo, el campomagnético de un imán se parece a una tela de araña que llenatodo el espacio. Para describir el campo magnético,introducimos el campo, series de números definidos en cadapunto del espacio que describen la intensidad y dirección de lafuerza en ese punto. James Clerk Maxwell, en el último siglo,demostró que la fuerza electromagnética se puede describirmediante 4 números en cada punto en un espacio-tiempo decuatro dimensiones (marcados como A_1, A_2, A_3, A_4 ).Estos cuatro números, además, obedecen a un conjunto deecuaciones (llamadas Ecuaciones de Campo de Maxwell). Parala fuerza gravitatoria, Einstein demostró que el campo requeríaun total de 10 números en cada punto para cuatro dimensiones.Estos 10 números se pueden reunir en un vector. (Debido a queg_12 = g_21, solo 10 de los 16 números contenidos en el vectorson independientes). El campo gravitatorio, además, obedece alas Ecuaciones de Campo de Einstein. La idea clave deTheodore Kaluza en los años 20 fue escribir una Teoría de laGravedad de 5 dimensiones. En 5 dimensiones, el campogravitacitorio tiene 15 números independientes, los cuales sepueden ordenar en un vector de 5 dimensiones. Kaluza entoncesredefinió la quinta fila y columna del campo gravitatorio para quefuese el campo electromagnético de Maxwell. La característica

fuese el campo electromagnético de Maxwell. La característicaverdaderamente maravillosa de esta construcción es que laTeoría de la Gravedad en 5 dimensiones se redujo precisamentea la Teoría de la Gravedad original de Einstein más la Teoría dela Luz de Maxwell. En otras palabras, añadiendo la quintadimensión, habíamos unificado de forma trivial la luz y lagravedad. Eso significaba que la luz ahora era vista comovibraciones en la quinta dimensión. En cinco dimensiones,tenemos “suficiente espacio” para unificar la luz y la gravedad.Este truco se extendió con facilidad. Por ejemplo, sigeneralizamos la teoría a N dimensiones, entonces el campogravitacional de la dimensión N puede separarse en diferentespartes. Ahora está surgiendo una generalización del campoelectromagnético, llamada “Campo de Yang-Mills”, que se sabeque describe las fuerzas nucleares. Las fuerzas nucleares,además, pueden verse como vibraciones de un espacio dedimensión superior. En una palabra, añadiendo más dimensiones,somos capaces de describir más fuerzas. De forma análoga,añadiendo dimensiones superiores y adornando aún más estaaproximación (con algo llamado supersimetría), podemosexplicar todo el zoológico de partículas que se han descubiertoen los últimos 30 años, con estrambóticos nombres comoquarks, neutrinos, muones, gluones, etc. Aunque las matemáticasrequeridas para extender la idea de Kaluza han alcanzado cotasrealmente elevadas, incluso para los matemáticos profesionales,la idea básica que subyace en la unificación sigue siendosorprendentemente simple: las fuerzas de la naturaleza puedenverse como vibraciones en un espacio de dimensión superior.¿Qué pasó antes del Big Bang? Una ventaja de tener una teoríade todas las fuerzas es que podríamos ser capaces de resolveralgunos de las espinosas preguntas que llevan años en la física,tales como el origen del Universo, y la existencia de “Agujerosde Gusano” e incluso máquinas del tiempo. La Teoría deSupercuerdas de 10 dimensiones, por ejemplo, nos da unaexplicación convincente del origen del Big Bang, la explosióncósmica que tuvo lugar hace 15 o 20 mil millones de años, y que

cósmica que tuvo lugar hace 15 o 20 mil millones de años, y quearrojó las estrellas y galaxias en todas direcciones. En estateoría, el Universo comenzó originalmente como un Universoperfecto de 10 dimensiones sin nada en él. Al principio, elUniverso estaba completamente vacío. Sin embargo, esteUniverso de 10 dimensiones no era estable. El espacio-tiempooriginal de 10 dimensiones finalmente se “rompió” en dos partes,un Universo de 4 y 6 dimensiones. El Universo hizo el “saltocuántico” a otro Universo en el cual 6 de las 10 dimensionescolapsaron y se enroscaron en una diminuta pelota, permitiendoa las restantes 4 dimensiones explotar hacia el exterior a unaenorme tasa. El Universo de cuatro dimensiones (nuestromundo) se expandió a gran velocidad, creando el Big Bang,mientras el Universo de se envolvía en sí mismo en una minúsculapelota y se encogía hasta un tamaño infinitesimal. Esto explica elorigen del Big Bang. La actual expansión del Universo, quepodemos medir con nuestros instrumentos, es un efecto colateralde un colapso cataclísmico superior: la ruptura de un Universode 10 dimensiones en un Universo de 4 y 6 dimensiones. Enprincipio, esto también explicaría por qué no podemos medir elUniverso de 6 dimensiones, debido a que se ha encogido a untamaño mucho menor que el de un átomo. De esta manera,ningún experimento de la Tierra podría medir el Universo de 6dimensiones debido a que se ha enroscado en una pelotademasiado pequeña como para ser analizada incluso por losinstrumentos más potentes. (Esto será una decepción paraquienes desearían visitas estas dimensiones superiores durante suvida. Estas dimensiones son demasiado pequeñas para entrar enellas). ¿Máquinas del Tiempo? Otro antiguo misterio es el queconcierne a los Universos paralelos y el viaje en el tiempo. Deacuerdo con la Teoría de la Gravedad de Einstein, el espacio-tiempo puede visualizarse como un tejido que se estira ydistorsiona por la presencia de materia y energía. El campogravitatorio de un agujero negro, por ejemplo, puede visualizarsecomo un embudo, con una estrella muerta colapsada en elcentro. Cualquiera lo bastante desafortunado como para

centro. Cualquiera lo bastante desafortunado como paraacercarse demasiado al embudo cae de forma inexorable en él yes aplastado hasta la muerte. Un misterio, sin embargo, es quede acuerdo con las Ecuaciones de Einstein, el embudo de unagujero negro necesariamente conecta nuestro Universo con unUniverso Paralelo. Además, si el túnel conecta nuestro Universocon nuestro mismo Universo, entonces tenemos un “Agujero deGusano”. Estas anomalías no molestaron a Einstein debido a quese pensaba que el viaje a través del cuello del embudo, llamado“puente de Einstein-Rosen”, sería imposible (debido a quecualquiera que cayese en el agujero negro moriría). Sin embargo,con el paso del tiempo físicos como Roy Kerr y Kip Thorne delInstituto de Tecnología de California han encontrado nuevassoluciones a las ecuaciones de Einstein en las cuales el campogravitacional no se hace infinito en el centro, es decir, que enprincipio una nave podría viajar a través del puente Einstein-Rosen a un Universo alternativo (o a una zona distante denuestro propio Universo) sin ser destrozado por el intensocampo gravitatorio. (Este agujero de gusano es, de hecho, larepresentación matemática del Espejo de Alicia). Incluso másfascinante es que estos agujeros de gusano pueden verse comomáquinas del tiempo. Dado que los dos extremos de un agujerode gusano pueden conectar dos eras temporales, Thorne y suscolegas han calculado las condiciones necesarias para entrar enel agujero negro en una época y salir al otro extremo en otraépoca distinta. (Thorne no se intimida ante el hecho de que lacantidad de energía necesaria para abrir un puente de Einstein-Rosen supera la de una estrella, y por esto está más allá de loslímites de la tecnología actual. Pero para Thorne, esto es solo unpequeño detalle para los ingenieros de una civilización lobastante avanzada ¡del espacio exterior!). Thorne incluso da laidea general de lo que parecería una máquina del tiempo cuandose construyese. (Imagina, sin embargo, el caos que se podríaproducir si las máquinas del tiempo fuesen tan comunes comolos coches. Los libros de historia no podrían escribirse. Miles deentrometidos estarían constantemente volviendo atrás en el

entrometidos estarían constantemente volviendo atrás en eltiempo para eliminar a los ancestros de sus enemigos, paracambiar el resultado de la Primera y Segunda Guerra Mundial,salvar la vida de John Kennedy y Abraham Lincoln, etc. La“historia” tal y como la conocemos sería imposible, dejando sintrabajo a los historiadores profesionales. Con cada giro delmando de la máquina del tiempo, la historia cambiaría comoarena arrastrada por el viento). Otros físicos, sin embargo, comoSteven Hawking, dudan del viaje en el tiempo. Argumentan quelos efectos cuánticos (como los intentos campos de radiación delembudo) pueden cerrar el puente de Einstein-Rosen. Hawkingincluso adelantó una “prueba” experimental de la imposibilidadde las máquinas del tiempo (es decir, sí existieran, estaríamossiendo visitados por turistas del futuro). Esta controversia hagenerado recientemente una oleada de artículos en la literaturafísica. El problema esencial es que aunque las ecuaciones deEinstein para la gravedad permiten el viaje en el tiempo, tambiéncolapsan cuando nos aproximamos a un agujero negro, y losefectos cuánticos, como la radiación, toman el mando. Pero paracalcular si estas correcciones cuánticas son lo bastante intentaspara cerrar el puente Einstein-Rosen, se necesita por fuerza unaTeoría de Campo Unificado que incluya ambas, la Teoría de laGravedad de Einstein y también la Teoría Cuántica de laRadiación. Por lo que tenemos la esperanza de que pronto estaspreguntas puedan resolverse de una vez por todas mediante unaTeoría de Campo Unificado. Ambos lados del debate sobre elviaje en el tiempo reconocen que finalmente esta cuestión se veráresuelta por la Teoría del Todo. Recrear la Creación Aunque laTeoría de Supercuerdas de 10 dimensiones ha sido reconocidacomo el descubrimiento más fascinante en la física teórica de lasúltimas décadas, sus críticos se han centrado en su punto másdébil, es casi imposible de comprobar. La energía a la que lascuatro fuerzas fundamentales se unen en una sola fuerza unificadatiene lugar a la fabulosa “energía de Planck”, la cual es un trillónde veces mayor que la energía que encontramos en un protón.Incluso si todas las naciones de la Tierra estuviesen unidas y

Incluso si todas las naciones de la Tierra estuviesen unidas yconstruyesen el mayor acelerador de partículas de la historia,seguiría sin ser suficiente para comprobar la teoría. Debido aesto, algunos físicos han ridiculizado la idea de que la Teoría deSupercuerdas pueda ser considerada una “teoría” legítima. ElPremio Nobel Sheldon Glashow, por ejemplo, ha comparado laTeoría de Supercuerdas con el programa de la Guerra de lasGalaxias del anterior Presidente Reagan (debido a que esinestable y absorbe el talento de los mejores científicos). Larazón por la que la teoría no puede ser comprobada es bastantesimple. La Teoría del Todo es necesariamente una Teoría de laCreación, es decir, debe explicar todo desde el origen del BigBang hasta los lirios del campo. Toda su potencia se pone demanifiesto en el instante del Big Bang, donde todas las simetríasestaban intactas. Comprobar esta teoría, además, significarecrear la Creación en la Tierra, lo cual es imposible con laactual tecnología. (Los críticos aplican esto, de hecho, acualquier Teoría de la Creación. El filósofo David Hume, porejemplo, creía que una Teoría científica de la Creación erafilosóficamente imposible. Esto era debido a que la Fundaciónde Ciencia contaba con la reproducibilidad, y la creación es unevento que nunca puede ser reproducido en el laboratorio).Aunque es desalentador, una pieza del puzzle puede sersuministrada por el Supercolisionador de Superconducción(Superconducting Supercollider o (SSC)), el cual, si seconstruye, será el acelerador de partículas más grande delmundo. El SSC (que parece que será cancelado por elCongreso) está diseñado para acelerar protones a la asombrosaenergía de decenas de miles de billones de electrón-voltios.Cuando estas partículas subatómicas chocan unas con otras aestas fantásticas energías dentro del SSC, se generarán unastemperaturas que no se han visto desde el instante de laCreación. Por esto a veces es llamada “ventana a la Creación”.Con un coste de 8 a 10 mil millones de dólares, el SSC constade un anillo de potentes imanes extendidos a lo largo de un tubode 75 kilómetros de longitud. De hecho, uno podría colocar

de 75 kilómetros de longitud. De hecho, uno podría colocarfácilmente la circunvalación de Washington, que rodeaWashington D.C., dentro del SSC. Cuando sea construido, si loes, los físicos esperan que encuentre exóticas partículassubatómicas para completar nuestra comprensión actual de lascuatro fuerzas. Sin embargo, también tenemos la pequeñaposibilidad de que los físicos descubran partículas“supersimétricas”, que podrían ser vestigios de la Teoría deCuerdas Original. En otras palabras, aunque la Teoría deSupercuerdas no puede ser comprobada directamente por elSSC, se espera encontrar resonancias de la Teoría deSupercuerdas entre los restos creados por los protonesdespedazados a energías desconocidas desde el Big Bang.

La Física del Viaje en el Tiempo

¿Es real o solo un cuento? Por Michio Kaku En la novela deH.G. Wells, La Máquina del Tiempo, nuestro protagonista saltóa una silla especial con luces parpadeantes, giró unos pocosmandos, y se vio catapultado algunos cientos de miles de años alfuturo, donde Inglaterra había desaparecido mucho tiempo atrásy estaba ahora habitada por extrañas criaturas llamadasMorlocks y Eloi. Esto puede haber creado una gran obra, perolos físicos siempre se han burlado de la idea de los viajes en eltiempo, considerándolo reino de excéntricos, místicos, ycharlatanes, y con buenas razones. Sin embargo, unos avancesbastante importantes en la gravedad cuántica están revitalizandoesta teoría; se está convirtiendo en el juguete de los físicosteóricos que escriben en las páginas de la revista PhysicalReview. Un persistente problema en el viaje en el tiempo es queestá plagado de distintos tipos de paradojas. Por ejemplo, estála paradoja del hombre sin padres, es decir, ¿Qué pasa cuandovuelves atrás en el tiempo y matas a tus padres antes de quehayas nacido?. Pregunta: Si tus padres murieron antes de quenacieras, entonces ¿cómo podrías haber nacido para matarlos enprimer lugar?. Está también la paradoja del hombre sin pasado.Por ejemplo, digamos que un joven inventor intenta sin éxito

Por ejemplo, digamos que un joven inventor intenta sin éxitoconstruir una máquina del tiempo en su garaje. De pronto, unhombre mayor aparece de ninguna parte y le da al joven elsecreto para construir la máquina del tiempo. El joven entoncesse convierte en alguien extremadamente rico jugando en elmercado de valores, carreras, y eventos deportivos debido aque conoce el futuro. Entonces, cuando es viejo, decide hacerun viaje final hacia el pasado y darle el secreto del viaje en eltiempo a su yo más joven. Pregunta: ¿De dónde vino la idea dela máquina del tiempo?. También tenemos la paradoja delhombre que es su propia madre (mis disculpas a Heinlein.)“Jane” es abandonada en un orfanato. Cuando “Jane” es unaadolescente, se enamora de un vagabundo, que la abandonapero la deja embarazada. Entonces se dispara el desastre. Está apunto de morir dando a luz un bebé, que es misteriosamentesecuestrado. El doctor advierte que Jane se está desangrandopeligrosamente, pero, extrañamente, tiene ambos órganossexuales. Por lo que, para salvar su vida, convierte a “Jane” en“Jim.” “Jim” a partir de este momento se convierte en un locoborracho, hasta que encuentra un amistoso camarero (enrealidad un viajero en el tiempo disfrazado) que lanza a “Jim” devuelta al pasado. “Jim” conoce a una preciosa adolescente, y ladeja embarazada por descuido. Consciente de su culpa, rapta albebé y lo deja en un orfanato. Más tarde, “Jim” se une al cuerpode viajeros en el tiempo, llevando una vida distinguida, y solotiene un sueño: disfrazarse de camarero para encontrar a ciertoborracho llamado “Jim” en el pasado. Pregunta: ¿Quién es lamadre, padre, hermano, hermana, abuelo, abuela, y nietos de“Jane”?. No es sorprendente que el viaje en el tiempo siemprehaya estado considerado como un imposible. Después de todo,Newton creía que el tiempo era como una flecha; una vezdisparada, permanecía en una línea recta inamovible. Unsegundo en la Tierra era un segundo en Marte. Relojes dispersospor todo el Universo latirían al mismo ritmo. Einstein nos dio unaimagen mucho más radical. De acuerdo con Einstein, el tiempoes más como un río, que serpentea alrededor de estrellas y

es más como un río, que serpentea alrededor de estrellas ygalaxias, acelerando y decelerando cuando pasa alrededor decuerpos masivos. Un segundo en la Tierra NO es un segundo enMarte. Relojes dispersos a través del Universo latirían a supropio ritmo distante. Sin embargo, antes de que Einsteinmuriera, se vio frente a un embarazoso problema. El vecino deEinstein en Princeton, Kurt Goedel, quizá el Lógico Matemáticomás grande de los últimos 500 años, encontró una nuevasolución a las propias ecuaciones de Einstein ¡que permitían elviaje en el tiempo!. El “río del tiempo” ahora tenía remolinos enlos cuales podría curvarse sobre sí mismo en un círculo. Lasolución de Goedel era bastante ingeniosa: postuló un Universorepleto de un fluido rotante. Cualquiera que anduviese a lo largode la dirección de rotación se encontraría de vuelta en el puntoinicial, ¡pero antes en el tiempo!. En sus memorias, Einsteinescribió que estaba preocupado porque esta ecuación conteníasoluciones que permitían el viaje en el tiempo. Pero por finconcluyó: el Universo no rota, se expande (es decir como en laTeoría del Big Bang) y por esto la solución de Goedel podría serdesestimada por “razones físicas”. (Aparentemente, si el BigBang fuese rotacional, ¡sería posible viajar en el tiempo por elUniverso!). Entonces en 1963, Roy Kerr, un matemáticoneozelandés, encontró una solución de las ecuaciones de Einsteinpara un agujero negro rotacional, el cual tendría propiedadesinverosímiles. El agujero negro no colapsaría en un punto (comose pensaba previamente) sino en un anillo giratorio (deneutrones). El anillo circularía tan rápidamente que la fuerzacentrífuga mantendría al anillo fuera del colapso gravitacional. Elanillo, entonces, actuaría como el Espejo de Alicia. Cualquieraque camine a través del anillo no moriría, sino que podría pasar através del anillo a un Universo alternativo. Desde entonces, sehan encontrado cientos de otras soluciones de “agujeros degusano” en las ecuaciones de Einstein. Estos agujeros de gusanoconectan no solo dos regiones del espacio (de aquí su nombre)sino también dos regiones del tiempo. En principio, pueden serusados como máquinas del tiempo. Recientemente, los intentos

usados como máquinas del tiempo. Recientemente, los intentosde sumar la Teoría Cuántica y la gravedad (y de aquí crear la“Teoría del Todo”) nos ha dado algún entendimiento sobre losproblemas de las paradojas. En la Teoría Cuántica, podemostener múltiples estados de cualquier objeto. Por ejemplo, unelectrón puede existir simultáneamente en diferentes órbitas (unhecho que es responsable de darnos las Leyes de la Química).De forma similar, el famoso gato de Schrodinger podría existir ala vez en dos posibles estados: muerto y vivo. Por esto al volveratrás en el tiempo y alterar el pasado, estamos simplementecreando un Universo paralelo. De modo que cambiaremos elpasado de alguien, digamos salvando a Abraham Lincoln de serasesinado en el Teatro Ford, pero nuestro Lincoln permanecerámuerto. De esta forma, el río del tiempo se divide en dos ríosseparados. ¿Pero esto significa que seremos capaces de saltaren la máquina de H.G. Wells, girar un mando, y lanzarnos varioscientos de miles de años a la Inglaterra del futuro?. No. Hay unnúmero de difíciles obstáculos que superar. Primero, el problemaprincipal de la energía. Del mismo modo que un coche necesitagasolina, una máquina del tiempo necesita una fabulosa cantidadde energía. O se tiene la energía de una estrella, o se busca algollamado “materia exótica” (la cual cae hacia arriba más que haciaabajo) o buscar una fuente de energía negativa. (Los Físicospensaban que la energía negativa era imposible. Pero se hanverificado experimentalmente pequeñas cantidades de energíanegativa mediante algo llamado el Efecto Casimir, es decir, laenergía creada por los discos paralelos). Todas estas sonextremadamente difíciles de conseguir en grandes cantidades, ¡almenos por unos cuantos siglos!. Entonces tenemos el problemade la estabilidad. El agujero negro de Kerr, por ejemplo, puedeser inestable si se cae a través de él. De forma análoga, losefectos cuánticos pueden crear y destruir el agujero negro antesde entrar en él. Por desgracia, nuestras matemáticas no son lobastante potentes para dar respuesta a estas cuestiones deestabilidad debido a que se necesita una “Teoría del Todo” quecombine ambas, las fuerzas cuántica y de la gravedad. En la

combine ambas, las fuerzas cuántica y de la gravedad. En laactualidad, la Teoría de supercuerdas en el principal candidatopara tal teoría (de hecho, es el ÚNICO candidato; no tienerivales después de todo). Pero la Teoría de supercuerdas, quecasualmente es mi especialidad, es aún difícil de resolver porcompleto. La teoría está bien definida, pero nadie en la Tierra eslo bastante inteligente como para resolverla. Lo bastanteinteresado, Stephen Hawking en una ocasión se opuso a la ideadel viaje en el tiempo. Incluso reivindicó que tenía una evidencia“empírica” contra esto. Si el viaje en el viaje en el tiempo existía,dijo, entonces tendríamos que estar siendo visitados por turistasdel futuro. Dado que no vemos turistas del futuro, podemosconcluir: el viaje en el tiempo es imposible. Debido a la enormecantidad de trabajo hecho por los físicos teóricos en los últimos5 años más o menos, Hawking ha cambiado desde entonces supensamiento, y ahora cree que el viaje en el tiempo es posible(aunque no necesariamente práctico). (Además, quizássimplemente no somos muy interesantes para estos turistas delfuturo. Cualquiera que pueda tener la energía de una estrella nosconsideraría muy primitivos. Imagina a tus amigos cruzando unacolina de hormigas. ¿Se agacharían hacia las hormigas y lesdarían regalos, medicinas, libros y energía?. ¿O alguno de tusamigos tendría el extraño impulso de pisar algunas de ellas?). Enconclusión, no rechaces a una persona que llame a tu puerta undía y diga ser tu futuro tataranieto. Puede que sea cierto.

Agujeros Negros, Agujeros de Gusano y la DécimaDimensión

¿Se podrán probar estos conceptos mediante la Teoría delTodo? Por Michio Kaku El pasado Junio, los astrónomosbrindaban con copas de champán en los laboratorios de todo elmundo, saboreando su último descubrimiento. El reparadoTelescopio Espacial Hubble de 2 mil millones de dólares, una delas perlas de la comunidad científica, había capturado una de laspiezas más esquivas: un agujero negro. Pero el descubrimiento

piezas más esquivas: un agujero negro. Pero el descubrimientodel Santo Grial de la astrofísica podía también avivar un viejodebate dentro de la comunidad física. ¿Qué se extiende al otrolado de un agujero negro?. Si alguien, imprudentemente, cae enun agujero negro, ¿será destrozado por su inmensa gravedad,como creen la mayoría de científicos, o será lanzado a unUniverso paralelo, o emergerá en otra era temporal?. Pararesolver esta compleja cuestión, los físicos están desarrollandouno de las más estrambóticos y tentadores capítulos de la físicamoderna. Tienen que navegar por un campo de minas de teoríaspotencialmente explosivas, como la posibilidad de los “agujerosde gusano”, “agujeros blancos”, máquinas del tiempo, ¡e inclusola décima dimensión!. Esta controversia puede confirmarse porla irónica observación de J.B.S. Haldane sobre que el Universo“no solo es tan extraño como suponemos, sino que es muchomás extraño de lo que suponemos.” Esta deliciosa polémica, queencanta a los físicos teóricos pero que alucina a los simplesmortales, es el tema de mi último libro, Hiperespacio. AgujerosNegros: Estrellas Colapsadas Un agujero negro, en pocaspalabras, es una estrella muerta masiva cuya gravedad es tanintensa que incluso la luz es incapaz de escapar, de aquí sunombre. Por definición, no se pueden observar, de modo quelos científicos de la NASA se centraron en el pequeño núcleo dela galaxia M87, un “motor cósmico” supermasivo a 50 millonesde años luz de la Tierra. Los astrónomos entonces mostraronque el núcleo de consistía en un feroz remolino de gas dehidrógeno supercaliente girando a 1,9 millones de kilómetros porhora. Para mantener este disco de gas girando tan violentamenteen todas direcciones, tendría que tener una colosal masaconcentrada en el centro, ¡con un peso de 2 a 3 mil millones desoles!. Un objeto con tal asombrosa cantidad de masa sería lobastante masivo como para impedir que la luz escapase. Luego,un agujero negro. El Puente Einstein-Rosen Pero esto tambiénreaviva una actual controversia sobre los agujeros negros. Lamejor descripción de un agujero negro giratorio se dio en 1963por el matemático neozelandés Roy Kerr, usando las ecuaciones

por el matemático neozelandés Roy Kerr, usando las ecuacionesde la gravedad de Einstein. Pero existe una extraña propiedad enesta solución. Predice que si uno cae en el agujero negro, podríaser absorbido a través de un túnel (llamado “puente de Einstein-Rosen") y disparado a través de un “agujero blanco” ¡en unUniverso paralelo!. Kerr mostró que un agujero negro giratoriocolapsaría no en un punto, sino en un “anillo de fuego”. Debido aque el anillo giraría muy rápidamente, las fuerzas centrífugas lomantendría a salvo del colapso. Extraordinariamente, una sondaespacial enviada directamente a través del anillo no seríaaplastada, sino que emergería intacta en el otro lado del puenteEinstein-Rosen, en un Universo paralelo. Este “agujero degusano” conectaría dos Universos paralelos, o incluso zonasdistantes del mismo Universo. A través del Espejo La forma mássimple de visualizar un agujero de gusano de Kerr es pensar enel Espejo de Alicia. Cualquiera que camine a través del Espejosería transportado instantáneamente al País de las Maravillas, unmundo donde los animales hablan con adivinanzas y el sentidocomún no es nada común. El marco del Espejo corresponde alanillo de Kerr. Cualquiera que camine a través del anillo de Kerrse transportaría al otro extremo del Universo o incluso alpasado. Como dos hermanos siameses unidos por la cadera,ahora tenemos dos universos unidos a través del Espejo.Algunos físicos se han preguntado si los agujeros negros o losagujeros de gusano podrían ser usados algún día como atajos aotro sector del Universo, o incluso como una máquina deltiempo al pasado lejano (haciendo posibles las hazañas de capay espada de Star Wars). Sin embargo, advertimos que somosescépticos. La crítica reconoce que se han encontrado cientosde soluciones de agujeros de gusano a las ecuaciones deEinstein, y por esto no pueden ser descartadas en el saco de lasestupideces. Pero apuntan que los agujeros de gusano puedenser inestables, o que su intensa radiación y fuerzas subatómicasque rodean la entrada del agujero de gusano matarían acualquiera que se atreviese a entrar. Se han provocadoenérgicos debates entre los físicos sobre el tema de los agujeros

enérgicos debates entre los físicos sobre el tema de los agujerosnegros. Por desgracia, esta controversia no puede ser resuelta,debido a que las ecuaciones de Einstein se colapsan en el centrode los agujeros negros o agujeros de gusano, donde la radiacióny las fuerzas subatómicas pueden ser lo bastante feroces comopara colapsar la entrada. El problema es que la teoría de Einsteinsolo funciona para la gravedad, no para las fuerzas cuánticas quegobiernan la radiación y las partículas subatómicas. Lo que senecesita es una teoría que abarque tanto la Teoría Cuántica de laRadiación como la gravedad de forma simultánea. En unapalabra, para resolver el problema de los agujeros negroscuánticos, ¡necesitamos una “Teoría del Todo”!. ¿Una Teoríadel Todo? Uno de los mayores descubrimientos de la ciencia enel siglo XX son que las Leyes de la Física, a nivel fundamental,pueden resumirse en dos formalismos: (1) La Teoría de laGravedad de Einstein, que nos da una descripción cósmica de lomuy grande, es decir, galaxias, agujeros negros y el Big Bang, y(2) la Teoría Cuántica, que nos da una descripción microscópicade lo muy pequeño, es decir el microcosmos de las partículassubatómicas y la radiación. Pero la suprema ironía, yseguramente una de las bromas cósmicas de la Naturaleza, esque parecen ser desconcertantemente distintas; incluso losmejores físicos del mundo, incluyendo a Einstein y Heisenberg,fallaron al unificar estas dos teorías en una. Las dos teorías usandistintas matemáticas y diferentes principios físicos para describirel Universo en sus respectivos dominios, el cósmico y elmicroscópico. Por suerte, ahora tenemos un candidato para estateoría. (De hecho, es el único candidato. Los resultados de laspropuestas rivales han mostrado ser inconsistentes). Es lallamada “Teoría de Supercuerdas”, y casi sin esfuerzo une lagravedad con la teoría de la radiación, lo que se requiere pararesolver el problema de los agujeros de gusano cuánticos. LaTeoría de Supercuerdas puede explicar las misteriosas leyescuánticas de la física subatómica postulando que las partículassubatómicas son en verdad sólo resonancias de la vibración deuna minúscula cuerda. Las vibraciones de la cuerda de un violín

una minúscula cuerda. Las vibraciones de la cuerda de un violíncorresponden a notas musicales; de la misma forma lasvibraciones de una supercuerda corresponden a las partículasque encontramos en la naturaleza. El Universo entonces es unasinfonía de cuerdas vibrantes. Y una bonificación adicional esque, como una cuerda se mueve en el tiempo, curvan el tejidodel espacio alrededor de ellas, produciendo agujeros negros,agujeros de gusano, y otras soluciones exóticas a las ecuacionesde Einstein. De esta forma, de un solo golpe, la Teoría deSupercuerdas une ambas, la Teoría de Einstein y la FísicaCuántica en un dibujo coherente y convincente. Un Universo de10 Dimensiones La curiosa característica de las supercuerdas,sin embargo, es que solo pueden vibrar en 10 dimensiones. Estoes, de hecho, una de las razones por las que puede unificar lasfuerzas conocidas del Universo: en 10 dimensiones tenemos“más espacio” para acomodar la Teoría de la Gravedad deEinstein y la Física subatómica. En cierto sentido, los intentosprevios de unificar las fuerzas de la naturaleza fallaron debido aque una teoría estándar en 4 dimensiones es “demasiadopequeña” para meter todas las fuerzas en el mismo marco detrabajo matemático. Para visualizar las dimensiones superiores,piensa en un Jardín de Té japonés, donde una carpa pasa suvida entera nadando bajo un pequeño estanque. Las carpas sonsólo vagamente conscientes de lo que sucede en el mundo másallá de la superficie. Para un “científico” carpa, el Universoconsta solo de dos dimensiones, longitud y anchura. No hay algosimilar a la altura. De hecho, son incapaces de imaginar unatercera dimensión más allá del estanque. La palabra “arriba” notiene significado para ellos. (Imagina su angustia su de prontofuesen sacados de su Universo bidimensional al “hiperespacio”,es decir ¡nuestro mundo!). Sin embargo, si llueve, la superficiedel estanque se llena de ondas. Aunque la tercera dimensión estámás allá de su comprensión, pueden ver con claridad las ondasviajando sobre la superficie del estanque. Así mismo, aunque loshumanos no podemos “ver” las dimensiones superiores,podemos ver sus ondas cuando vibran. De acuerdo a esta

podemos ver sus ondas cuando vibran. De acuerdo a estateoría, la “luz” no es más que una vibración ondulando a lo largode la quinta dimensión. Añadiendo dimensiones superiores,podemos acomodar fácilmente más y más fuerzas, incluyendo lasfuerzas nucleares. En dos palabras: cuantas más dimensionestengamos, más fuerzas podremos acomodar. Una críticapersistente a esta teoría, sin embargo, es que no vemos estasdimensiones superiores en el laboratorio. A día de hoy, cadaevento del Universo, desde la más diminuta descomposiciónsubatómica a las explosivas galaxias, puede ser descritomediante 4 números (altura, anchura, profundidad, y tiempo), no10 números. Para responder a estas críticas, muchos científicoscreen (pero no pueden probar aún) que el Universo en elinstante del Big Bang era de hecho completamente de dimensión10. Solo tras el instante de la creación 6 de las 10 dimensionesse “enroscaron” en una pelota demasiado minúscula paraobservarla. En un sentido real, esta teoría es en verdad unaTeoría de la Creación, cuando toda la potencia de un espacio-tiempo de 10 dimensiones se manifestó. Física del Siglo 21 Noes sorprendente que las matemáticas de las cuerdas de 10dimensiones sean sobrecogedoramente maravillosas a la par quebrutalmente complejas, y haya enviado ondas de choque através de toda la comunidad matemática. Todas las nuevas áreasde las matemáticas han sido abiertas por esta teoría. Pordesgracia, actualmente nadie es lo bastante inteligente como pararesolver el problema de un agujero negro cuántico. Como dijoEdward Witten del Instituto de Estudios Avanzados en Princetonhas, “La Teoría de Cuerdas es física del siglo 21 queaccidentalmente cayó en el siglo 20”. Sin embargo, lasmatemáticas del siglo 21 necesarias para resolver los agujerosnegros cuánticos ¡no se han descubierto aún!. Aún así, lasapuestas son tan altas que los equipos de iniciativas físicas nohan parado de intentar resolver la Teoría de Supercuerdas. Casi5 000 artículos se han escrito sobre este tema. Como dijo elpremio Nobel Steve Weinberg, “¿Cómo podría esperar nadieque muchos de los más brillantes jóvenes teóricos no trabajarían

que muchos de los más brillantes jóvenes teóricos no trabajaríanen ello?”. Los progresos son lentos pero seguros. El añopasado, se anunció un gran avance. Varios grupos de físicosanunciaron de forma independiente que la Teoría de Cuerdaspuede resolver completamente en problema de un agujero negrocuántico. (Sin embargo, los cálculos eran tan diabólicamentecomplejos que sólo podían desarrollarse en 2, no en 10dimensiones). De modo que aquí es dónde estamos ahora.Muchos físicos sienten que es solo una cuestión de tiempo el quealguna iniciativa física rompa por completo este delicadoproblema. Las ecuaciones, aunque difíciles, están bien definidas.Por lo que hasta entonces, ¡es aún algo prematuro comprarbilletes para el agujero negro más cercano para visitar la galaxiavecina o cazar dinosaurios!