En la tarde del 1 de junio de 1947 los ciudadanos de Nueva York se vieron sorprendidos por una larga fila de policías en motocicleta que, con sus sirenas encendidas, escoltaban un autobús con 24 personas dentro. No se trataba de estrellas de Hollywood, ni tan siquiera de deportistas o políticos; para muchos, allí viajaban unos héroes nacionales pues aquellos hombres, junto con algunos otros, habían salvado la vida a millones de norteamericanos.
Esos 24 héroes eran físicos y la mayoría de ellos había participado en el Proyecto Manhattan. Iban de camino a un hotel en la cercana isla Shelter para celebrar una reunión. Pronto se corrió el rumor de que estaban proyectando una nueva bomba atómica, pero en realidad el motivo de la conferencia era debatir algo que la II Guerra Mundial había postergado: el futuro de la física teórica. Y es que bastantes físicos pensaban que el campo teórico estaba en crisis. Entre otros cosas porque la teoría cuántica fracasaba estrepitosamente a la hora de estudiar la interacción entre la luz y la materia. Tenían que arreglar ese problema.
Hoy la situación de la física es peor que la de entonces: hay muchos enigmas, muchos problemas que esperan resolución en los dos extremos de la escala de distancias, subatómico e intergaláctico. Aunque es posible que no sean problemas, en plural, sino de uno sólo y muy intrincado. ¿No será demasiado para nuestras pequeñas y frágiles mentes? Quizá sea necesaria otra reunión en la isla Shelter.
¿Existe una descripción unificada de la materia y las fuerzas?
A la pregunta ‘¿de qué está hecha la materia?’ los físicos responden que los átomos se componen de electrones dando vueltas alrededor de un núcleo donde se encuentran los protones y neutrones, que a su vez están compuestos por quarks unidos entre sí por gluones. Este marco teórico, llamado el modelo estándar, afirma que existen dos estirpes principales de partículas elementales: los quarks, de seis ‘sabores’ agrupados en tres familias de dos -arriba y abajo, extraño y encanto, valle y cima-, y los leptones, también de seis ‘sabores’-el electrón, el muón y el tau y sus correspondientes neutrinos.
A finales de la década de 1960 los físicos Glashow, Salam y Weinberg encontraron que las fuerzas electromagnética y débil podían describirse usando una única formulación matemática: la teoría electrodébil. Estos tres físicos acababan de dar un paso de gigante hacia el Santo Grial de la física teórica, poder explicar con una única teoría las cuatro fuerzas de la naturaleza: la gravedad, la electromagnética, y las dos fuerzas nucleares; la fuerza fuerte, que mantiene el núcleo unido, y la débil, responsable de un tipo de desintegración radiactiva llamada desintegración beta. Los físicos estaban entusiasmados y entre 1970 y 1980 aparecieron las teorías de gran unificación, que unían la fuerza electrodébil con la fuerza fuerte. Pero aquí la cosa se empezó a torcer pues hay más de una decena de posibles teorías competidoras. ¿Cuál es la correcta, si es que lo es alguna? Nadie lo sabe.
¿Se podrá formular una teoría cuántica de la gravedad?
La relatividad general es, junto con la mecánica cuántica, el gran logro de la física del siglo XX. Pero, como dice Juan Maldacena, un físico argentino del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, “la mecánica cuántica y la gravedad son dos teorías que no se llevan bien”. Y nadie sabía cómo encajarlas hasta que a mediados de los 80 se produjo una gran revolución: los físicos teóricos estaban convencidos que habían dado con la Teoría de Todo. Acababa de entrar en juego la archipopularizada teoría de cuerdas.
La idea básica de la teoría de cuerdas es muy simple. Todo el universo está hecho de hebras de energía inimaginablemente pequeñas llamadas cuerdas y del mismo modo que las cuerdas de un violín proporcionan una sorprendente variedad de notas, cada partícula subatómica nace de uno de los modos de vibración de una única cuerda. Lo que la ha hecho tan atractiva es que parece contener en su interior una teoría que reconcilia la incompatibilidad entre la relatividad general y la mecánica cuántica. A pesar de la sequía de ideas que asola la teoría de cuerdas desde finales del siglo XX, se sigue creyendo que vamos a poder encontrar una teoría completa de la gravedad que funcione tanto a escala de galaxias como del núcleo atómico. ¿Es la teoría de cuerdas la respuesta?
¿De qué está hecho el 95% del Universo?
En 1997 los astrónomos descubrían algo que nadie se esperaba: la expansión acelerada del universo. podía entender que el cosmos se expande más deprisa ahora que después de la Gran Explosión. La aparición de la energía oscura -pues así se bautizó a la misteriosa causa que hace que el universo acelere- hizo que se buscaran ‘responsables’ ocultos entre los pliegues de la teoría. Y uno de ellos fue rescatar del baúl de los recuerdos un concepto introducido por Einstein en 1917: la constante cosmológica. Desempolvada y reconvertida al mundo cuántico, desde su aparición no ha hecho más que dar problemas a los teóricos. Primero porque no se entiende muy bien qué es y qué hace aquí; lo que hace esto más doloroso es que la energía oscura da cuenta de casi las tres cuartas partes de la masa-energía total del universo. Segundo porque la diferencia entre su valor real y el teórico tiene el dudoso honor de ser la predicción más desastrosa de toda la historia de la física, que llega a más de 100 órdenes de magnitud.
Pero no es éste el único problema con el que el universo se ríe en la cara de los físicos. Hay otro mucho más antiguo con el cual se encuentran totalmente desconcertados. Los científicos le llevan dando vueltas desde los años 1930 y todavía no tienen ni idea de cómo resolverlo: es la existencia de la materia oscura, de la que solo sabemos que representa el 30% de todo lo que contiene el universo (la materia que nosotros conocemos y que creamos en nuestros aceleradores solo es un mísero 4%). ¿Qué es y de dónde sale?