Dos teorías "colisionan" por tratar de explicar el universo
Nota del editor: Don Lincoln es científico del Fermi National Accelerator Laboratory. Es autor de El gran colisionador de hadrones: la historia extraordinaria del bosón de Higgs y otras cosas que te maravillarán y produce una serie de videos educativos sobre investigaciones científicas. Las opiniones aquí expresadas son exclusivamente suyas.
(CNN) - En la historia humana ha habido muchas enemistades interesantes y épicas: los Hatfield y los McCoy, Bette Davis y Joan Crawford, o los raperos B.I.G. y Tupac. A muchos de nosotros nos encanta leer en tabloides o libros de historia los detalles salaces de cómo se originó esa mala sangre.
Al igual que estos personajes, las teorías científicas también pueden caer en desacuerdo, causando el mismo drama en el mundo de la ciencia.
Recientemente, un grupo de científicos afirmó haber encontrado una tensión fatal entre dos teorías de la comunidad científica: las supercuerdas y la energía oscura. Si los autores están en lo cierto, una de las dos teorías está en problemas.
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La teoría de supercuerdas es una candidata a “teoría del todo”, la palabra “candidata” significa que aún no es aceptada por la comunidad científica. Intenta explicar todos los fenómenos observados del universo con un solo principio. En su núcleo, predice que los elementos más pequeños del cosmos no son los átomos y los protones, los neutrones y los electrones; ni siquiera los aún más pequeños quarks y leptones que mis colegas y yo hemos descubierto. La teoría de supercuerdas sugiere que los elementos más pequeños son “cuerdas” diminutas y vibrantes.
Estas cuerdas pueden vibrar de diferentes maneras, esencialmente en notas diferentes, donde cada nota es una de las partículas subatómicas conocidas. En lenguaje poético la teoría de supercuerdas explica el universo como una gran sinfonía cósmica.
La otra teoría popular, llamada energía oscura, es bastante diferente. Los astrónomos saben desde hace tiempo que el universo se está expandiendo. Durante décadas, pensamos que, porque la gravedad es una fuerza de atracción, esta expansión se ralentizaría en el curso de la vida del universo. Por ello fue una sorpresa cuando, en 1998, los astrónomos descubrieron que no solo no se estaba desacelerando la expansión del universo, sino que se estaba acelerando.
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Para explicar esta observación, los astrónomos agregaron un tipo de energía, llamada energía oscura, a las ecuaciones de Einstein que describen el comportamiento de la gravedad. La energía oscura es un campo de energía que impregna todo el universo. Y, debido a que la expansión del universo se está acelerando, la energía oscura debe existir y debe ser positiva. La razón por la que sabemos eso es simple. Si la energía oscura no existiera o fuera negativa, la expansión del universo se estaría desacelerando.
Entonces, ¿qué tienen estas dos teorías que ha causado tal conflicto?
En pocas palabras, es difícil hacer una teoría de supercuerdas con energía positiva y, no obstante, la expansión acelerada del universo lo exige. Si una teoría es completamente cierta, significa que un aspecto clave de la otra es incorrecto. Y, ante ese escenario, las cosas lucen mal para la teoría de supercuerdas. Esto se debe a que, si bien la energía oscura sigue siendo una teoría, la expansión acelerada del universo no lo es. Por lo tanto, la energía oscura es probablemente cierta, mientras que la teoría de supercuerdas sigue siendo solo una conjetura.
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Pero hay una razón por la cual los científicos se han abstenido de difundir la noticia de que la teoría de supercuerdas ha sido refutada.
Es porque la teoría de supercuerdas es diabólicamente compleja. Además de la predicción de las cuerdas vibratorias subatómicas, también predice que hay más dimensiones del espacio que las tres que conocemos. De hecho la teoría predice que hay nueve en total, diez si se incluye el tiempo. Uno pensaría que esto sería un defecto fatal de la teoría, pero se cree que estas dimensiones adicionales son invisiblemente pequeñas.
Dado que estas dimensiones adicionales (si existen) son más pequeñas de lo que nuestra mejor instrumentación puede detectar, no sabemos cuáles son sus formas, y los científicos deben considerar todas las posibilidades. Pero hay muchas posibilidades. De hecho, hay más configuraciones que átomos en un millón de universos como el nuestro. Es una cifra descabellada.
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Entonces, ¿qué conclusión podemos sacar?
Con tantas configuraciones posibles parecería que la teoría de supercuerdas pudiera predecir casi cualquier cosa; sin embargo, los científicos que señalaron el desacuerdo de las teorías aseguran que ninguna de estas configuraciones da como resultado la existencia de una energía positiva y constante (esto es, la teoría de la energía oscura).
Y todos los datos registrados hasta ahora han hecho que los científicos tengan la relativa seguridad de que la energía oscura no solo existe, sino que también es positiva y casi constante, haciendo que parezca probable que, si solo una de estas teorías puede ser verdad, la que gana es la teoría de la energía oscura. Aún así es prematuro saltar a conclusiones sobre las supercuerdas. Es posible que los científicos no tengan razón acerca de la naturaleza de la energía oscura y están utilizando instrumentos poderosos como el Observatorio de la energía oscura para refinar sus mediciones.
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La conclusión es que los físicos van a tener que tomar esta nueva idea en serio. No es una lucha de máscara contra cabellera, pero será divertido ver cómo estas teorías pelean.
