Espacio, Tiempo,
Energía y Materia

La idea que el "Big Bang" fue producido de una fuente puntual está en tren de ser reemplazada por la teoría según la cual el espacio, el tiempo, la energía y la materia han bruscamente aparecido a partir de un acontecimiento infinitamente pequeño, pero sin embargo de dimensiones reales. La hipótesis de la fuente puntual sin dimensiones es actualmente percibida como una aproximación que se debe abandonar pues ella conduce a matemáticas aberrantes.

El conocimiento avanza a través de una serie de aproximaciones, cada una mejora la precisión y utilidad de la precedente. Por ejemplo, una ecuación simple describiendo la variación del volumen de una cantidad de gas con los cambios de temperatura y de presión puede ser deducida del modelo de un "gas perfecto" compuesto de moléculas idealizadas sin dimensiones, pero ella no suministra más que una aproximación del comportamiento de los gases reales porque las moléculas reales no son puntos sin dimensiones. Una tal ecuación idealizada puede ser útil para predecir el comportamiento de los gases a temperaturas y presiones relativamente bajas, pero progresivamente ella ha fracasado cuando la forma y la dimensión de las moléculas influencian cada vez más la comprensibilidad de los gases a presiones y temperaturas más elevadas. Felizmente, en este caso, nosotros podemos medir los errores y crear tablas de factores de corrección aplicables a los diversos gases reales.

La mayor parte de lo que sabemos sobre el universo data de un período relativamente reciente, desde el descubrimiento de la mecánica cuántica y de las leyes de la relatividad restringida y general, al comienzo del siglo 20. La mecánica cuántica da excelentes resultados en la descripción del comportamiento de la energía y de la materia a escala ultra microscópica de las partículas fundamentales. La relatividad general alcanza también a predecir como la fuerza de la gravedad deforma la trama del espacio-tiempo en la vecindad de masas y gobierna el universo a la escala gigantesca del cosmos. Desgraciadamente, todas las tentativas de unificar las matemáticas de estas dos teorías que funcionan bien, hasta este día han conducido a resultados absurdos y a contradicciones que indican que falta alguna cosa.

La mecánica cuántica trata de la manera en que la energía existe solamente en pequeñas unidades distintas, o quanta, a la escala ultra microscópica de los bloques elementales que constituyen el universo, más que en cantidades que pueden variar continuamente con las cuales nos encontramos familiarizados en la física clásica. Por ejemplo, el único electrón del átomo del hidrógeno gira alrededor del núcleo solamente sobre ciertas órbitas que corresponden a niveles determinados de energía. El electrón no puede ocupar órbitas intermediarias pero él puede saltar de una órbita a otra, más alta o más baja, adquiriendo o perdiendo un quanta de energía bajo la forma de un fotón.

La mecánica cuántica describe como la fuerza electromagnética, la fuerza fuerte y la fuerza débil interaccionan con la materia. El modelo sobre el cual la mecánica cuántica está basado usa el mismo concepto idealizado de las partículas sin dimensiones utilizado en el modelo de un gas perfecto. El supone que los fermiones que componen la materia (los electrones, los quarks y sus asociados antimateria), y los elementos que transmiten la energía (los fotones, los gluones y los bosones de norma débil), son entidades sin dimensión que no difieren sino por sus diversos atributos tales como la masa, carga y spin.

La mecánica cuántica funciona perfectamente bien con las tres fuerzas mencionadas aquí arriba, pero ella no funciona con la fuerza de la gravedad pues la hipótesis de entidades de dimensiones nulas conduce a absurdos como densidades infinitas, energías infinitas y una deformación infinita del continuo del espacio-tiempo.

Actualmente, la ciencia está en tren de advertir que la hipótesis de partículas fundamentales de dimensiones nulas no es más que una aproximación útil que debe ser reemplazada por una percepción más sutil de la realidad. Desgraciadamente, nosotros no podemos, en este caso, medir los errores causados por la hipótesis simplificadora de puntos sin dimensión, como lo pudimos para corregir la diferencia entre gas ideal y gas real. Deberemos pues poner las manos a la obra para desarrollar el formalismo matemático que se impone.

La idea según la cual las partículas fundamentales podrían no tener dimensiones apareció en 1955, pero ella fue descartada a causa de la extrema complejidad de las matemáticas asociadas. Sin embargo ella fue retomada un decenio más tarde cuando se volvió evidente que esta nueva teoría era el único medio de reconciliar la relatividad general con la mecánica cuántica.

Según esta teoría, las partículas fundamentales son las manifestaciones de la vibración de regiones extremadamente pequeñas del espacio, los diversos modos de estas vibraciones dan nacimiento a todos los fermiones y bosones conocidos. Por ejemplo, una partícula como el electrón podría ser el resultado de un cierto modo de vibración de una región unidimensional extremadamente pequeña del espacio (1.6 X 10-33 cm de largo). La analogía con los diversos modos de vibración posibles de una cuerda de violín ha dado a este nuevo concepto su nombre de la "teoría de cuerdas". Una región tal en vibración podría tener dos extremos como una cuerda de violín, o estar en anillo como una banda elástica. La teoría inicial relativa a los modos de vibración de una cuerda unidimensional ha sido extendida para cubrir los modos de la vibraciones posibles de una membrana de dos dimensiones (llamada 2-brane) o de un volumen de tres dimensiones llamado 3-brane, y últimamente a aquellos de una n-brane multidimensional, pero el nombre imaginado de teoría de cuerdas le ha quedado. La teoría de cuerdas ha finalizado por postular la existencia de seis dimensiones "enrolladas", en más de las cuatro dimensiones "extendidas" que nosotros conocemos (derecha-izquierda, alto-bajo,delante-atrás y pasado-futuro), para permitir todos los modos de vibración requeridos para dar lugar a todas las partículas fundamentales conocidas.

La teoría de las cuerdas conoció altos y bajos a causa de la enorme dificultad de desarrollar los procedimientos matemáticos adecuados para describir los modos de vibración posibles en un universo de diez dimensiones. Algunos progresos no obstante son realizados de tiempo en tiempo. En 1985 la teoría de las cuerdas se ha convertido en la teoría de las supercuerdas para integrar el concepto de la super simetría de la mecánica cuántica. En 1996 la teoría ha tenido un nuevo impulso cuando se ha reconocido que las cinco pistas hacia una solución matemática hasta entonces descubiertas, podían ser aspectos de la misma realidad más que enfoques contradictorios. Hoy en día, centenares de físicos y de matemáticos buscan intensamente la compresión que transformará el misterio en evidencia.

El tratamientos matemático de la teoría de las cuerdas es siempre incompleto y la teoría no ha sido todavía puesta a prueba experimentalmente. En consecuencia ella no está todavía ampliamente aceptada por la comunidad científica, pero esta es la sola teoría disponible que trata correctamente la gravedad a la escala ultra microscópica. La gran esperanza de la física es desarrollar una Teoría del Todo (TDT) que abrirá la puerta a una percepción más profunda de la naturaleza del universo, y en un nivel práctico, a invenciones y realizaciones que todavía pertenecen al dominio de la ciencia ficción.

Algunos piensan que una Teoría del Todo anunciará el fin de la física, pero yo pienso al contrario que ella será el comienzo de una nueva era, igual como la delimitación de los continentes no ha sido más que el comienzo de la exploración y la explotación de los recursos ocultos de nuestro planeta. ¡Más bien será el alba de un día nuevo! -