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septiembre 22, 2010

La teoría de cuerdas: el pollito esférico

futuro  ENTREVISTA CON EL FISICO ARGENTINO JUAN MARTIN MALDACENA

Desde Bariloche:  En una entrevista exclusiva para Futuro, el físico Juan Martín Maldacena habla sobre su famosa Conjetura y defiende el uso de la teoría de cuerdas para conocer mejor el Universo. Por Jordana Dorfman .

¿Cuál es el aporte fundamental de “La Conjetura de Maldacena” a la teoría de cuerdas?

–Relaciona la teoría de cuerdas (que a veces puede parecer un poco esotérica porque habla de cuerdas, etcétera) con teorías de partículas ordinarias. Esta conjetura relaciona ciertas teorías de cuerdas con ciertas teorías de partículas muy especiales. Y esto permite aprender cosas sobre la teoría de partículas, por ejemplo. Además, si a uno no le interesan las cuerdas, uno puede usarla para resolver esas teorías de partículas, y ganar intuición, entender cómo se comportan sistemas de partículas que interactúan fuertemente.

–En la serie The Big Bang Theory (humorística sobre un grupo de investigadores) cuentan un chiste sobre un físico que debe resolver un problema en una granja relacionado con la poca producción de huevos, y exclama feliz que encontró la solución “sólo que se aplica para pollitos esféricos en el vacío”. ¿Cuánto se parece la teoría de cuerdas a la de los pollitos?

–¡Es muy parecido! ¡Perdón, la Conjetura se parece mucho a esta analogía! En vez de los pollitos son las teorías cuánticas de campos y en vez del pollito esférico es la teoría hiperbólica, que es el espacio en donde está definida la teoría de cuerdas. Es una aproximación a las teorías de campos, todavía no es igual a las teorías que se encuentran en la naturaleza. Esa analogía está muy bien, la Conjetura es exactamente eso; pero, sin embargo, algo que es muy importante es lo siguiente: la física muchas veces se trata de hacer esas analogías y simplificar el problema para reducirlo a cosas bastante esenciales, y después empezar a complicarlo un poco más.

–Dedicás mucho tiempo de tu vida, así como otros físicos, a estas teorías. ¿Cómo te sentís frente a las críticas que dicen que la teoría de cuerdas no es ciencia?

–Bueno, la teoría de cuerdas es una teoría que toma muchos elementos de la teoría de la física y está muy relacionada a la teoría cuántica de campos –de hecho la Conjetura las relaciona explícitamente– y en realidad gente que se interesa sólo en la teoría cuántica de campos ve cierto valor en estas relaciones porque les permite resolver cosas que antes no podía resolver. Entonces la crítica es que vean que hay gente a la que no le interesan las partículas ni las cuerdas, pero –en principio– por ejemplo gente de materia condensada que ve que realmente puede servir para tratar de entender sistemas de partículas interactuantes. Esa es una aplicación, ¿no?

–Bueno, sí, claro.

–Por otro lado, desde el punto de vista de describir la gravedad cuántica, la de cuerdas es una teoría promisoria, un ejemplo. El único ejemplo que tenemos de una teoría consistente que podría llegar a describir la gravedad y yo creo que debe ser explorada. No hay ninguna otra alternativa, es la mejor de las posibilidades; es cierto que por ahí no les gusta, pero bueno, que elijan una, que encuentren una teoría mejor.

–¿Pero por qué esta?

–Bueno. Hay problemas que no podemos resolver con las teorías actuales –como el principio del Universo– que sí los podemos resolver con la teoría de cuerdas. Hay problemas, como por ejemplo la evolución de agujeros negros, etc., que con las teorías anteriores no se puede entender claramente, pero que con la teoría de cuerdas sí los podemos entender, al menos en casos simplificados ¡Como el pollo esférico hiperbólico, que es el caso más análogo! Es muy fácil criticar cuando otro hace si uno no hace nada mejor.

–Una constatación experimental está muy lejos por ahora, ¿verdad?

Sí, por ahora se está lejos de tener una comprobación empírica en cuanto a entender la teoría de cuerdas como la teoría que describe la gravedad cuántica en nuestro Universo.

–¿El colisionador de hadrones, en el CERN, brindó ya algún resultado que pueda dar algún indicio de que existen más dimensiones u otro resultado en relación a la teoría de cuerdas?

–No, todavía no. O sea, todavía no hay ningún resultado nuevo. En el sentido de que el colisionador lo único que está haciendo es redescubrir lo estándar, encontrar todas las partículas que ya se conocen, es decir: redescubrir la física que se conoce para después poder descubrir la física nueva.

–¿Considerás que puede ser promisorio en ese sentido el colisionador?

–No está claro si va descubrir o no las cuerdas, no está nada claro. Es probable que no, o sea, deberíamos tener mucha suerte para que lo haga. Pero, bueno, para mí la motivación principal de las cuerdas es entender la gravedad cuántica, entender el principio del Universo.

–¿Y qué significaría en la vida cotidiana de las personas si se comprobara que existen las dimensiones extras que predice la teoría de cuerdas?

–En la vida de todos los días no significaría nada, sólo permitiría entender mejor cómo funciona el Universo, cuáles son las leyes primordiales. Yo creo que tiene un significado cultural más que necesariamente tecnológico, aunque bueno, uno nunca sabe, pero yo creo que el significado es más bien cultural.

–En principio no podríamos abrir una puerta y pasar a otra dimensión, evidentemente.

–No.

–¿Y cuál es el significado cultural que le ves?

–Es parte de nuestra cultura ser capaces de entender cómo funciona el Universo, entender qué son las estrellas, entender que nosotros estamos hechos de partículas que en algún momento estuvieron en una estrella, que la estrella explotó. Y me parece que todo eso es parte de la cultura, es algo interesante para saber. Es parte de la curiosidad humana explorar más.

–Si se confirmara la teoría de cuerdas, ¿considerás que sería una teoría final, no habría nada más detrás?

–No, eso quizás es decir demasiado, pero al menos si uno entendiera totalmente la teoría de cuerdas, si se confirmara, no tendríamos ninguna razón para tener otra teoría más a nivel microscópico. Porque hay una contradicción en las teorías que tenemos actualmente entre la gravedad y la mecánica cuántica que la teoría de cuerdas juntaría. Quizá las cuerdas u otra teoría resuelva esa contradicción. Una vez que uno resuelve esa contradicción ya no hay ninguna otra razón por la cual tener una nueva teoría, salvo que esa nueva teoría tenga sus propias contradicciones, lo cual podría llegar a ser. Pero al menos si resuelve todas esas contradicciones no habría otra nueva razón para modificarla. En realidad, muchas veces uno se da cuenta de que tiene que modificar las teorías por problemas teóricos internos más que por un problema con experimentos, porque muchas veces son limitados los experimentos que se pueden hacer. Un caso famoso, que siempre se da en este sentido, es el de las ecuaciones de electromagnetismo. Maxwell se dio que cuenta de que las ecuaciones de la electricidad, el magnetismo, que se conocían en su época, no eran consistentes entre sí y las modificó de la menor manera posible de modo de hacerlas consistentes, y así llegó a un conjunto de ecuaciones que resultó ser el correcto. Entonces, Maxwell se dio cuenta de que había que modificar las ecuaciones, y no se dio cuenta por ningún experimento, no había ningún experimento que contradijera las ecuaciones que él conocía, se dio cuenta de que había que modificarlas. Y de hecho hizo nuevas predicciones que luego se pudieron corroborar.

–En el caso de las cuerdas la idea es similar. Hay una contradicción entre la gravedad y la mecánica cuántica que las cuerdas tratan de resolver, y bueno, una vez que se resuelva ya al menos las teorías serían consistentes. ¿En ese caso sería el fin de la física teórica?

–No, hay montones de problemas teóricos en la física que no tienen que ver con las cuerdas. Hay física teórica en casi todas las áreas de la física. Sería quizás una teoría última si uno va a las teorías fundamentales de las cuales después deducís otras teorías, pero no ciertamente del fin de la física teórica. Hay muchísimas áreas de la física teórica que no dependen en absoluto de la teoría de cuerdas.

–Un país como Argentina, dentro de un plan estratégico para ciencia y tecnología, ¿cuánto considerás que debería dedicar al área de física pura?

–Yo le recomendaría que le dedicara cierta cantidad a tener buenos grupos de física pura, porque después pueda servir quizá para la educación, para la cultura general y también para otras áreas tecnológicas. El número de pesos y dólares no sé cuánto es lo que pueda ser disponible, pero ciertamente en realidad –mi teoría quizás es una teoría económica y no física– es que si uno quiere el desarrollo de la tecnología lo que hay que hacer es desarrollo de industrias privadas que después desarrollen investigación y que se cree un gran conjunto interdependiente de compañías que requieran de cosas de mayor valor intelectual, de física más importante. El Estado lo que puede hacer es tener un pequeño núcleo de gente que entienda leyes fundamentales, que después pueda ayudar a hacer otro desarrollo industrial, pero el desarrollo industrial y tecnológico no va a poder venir por parte del Estado.





La inquieta Luna. Por Mariano Ribas

Tan cercana, tan cotidiana. Y a la vez tan sorprendente. Después de cuatro siglos de observaciones telescópicas, decenas de sondas no tripuladas, y hasta doce astronautas que caminaron por su polvorienta superficie color ceniza, parecía que la Luna ya poco y nada podía ocultarnos (ni siquiera su famoso “lado oscuro”, fotografiado hace ya medio siglo). Pero no. Ella siempre se guarda algo. Algún secretito, alguna sorpresa, alguna novedad que justifica que volvamos a hablar de ella, una y otra vez. El año pasado nos desayunamos con que, tal como se sospechaba, nuestra compañera de ruta escondía grandes reservas de agua congelada en los oscuros e híper gélidos fondos de sus cráteres polares. Algo que, más allá de ser una curiosidad científica –que confirma teorías sobre impactos de cometas, por ejemplo– tendrá profundas consecuencias a la hora del regreso del hombre a la Luna, dentro de una década. Y ahora, hace días nomás, nos enteramos de que se había “achicado”.

La noticia se desparramó a toda velocidad por los medios de comunicación. Pero como suele suceder con este tipo de cuestiones, en muchos casos, el tema fue maltratado, banalizado y distorsionado. Se lo redujo a una suerte de mágica sorpresa repentina: la Luna, de golpe, y vaya a saber por qué, había perdido unos 100 metros de diámetro (que tampoco fueron 100, a decir verdad). Incluso, se especuló con posibles consecuencias para la Tierra. Y hasta con la propia “desaparición” de nuestro satélite. Y claro, no podía faltar la obvia referencia al romanticismo: “qué harán los enamorados sin la Luna” (es curioso, pero si uno presta atención al tratamiento mediático de los temas astronómicos –especialmente en la televisión– veremos que, con indeseable frecuencia, quedan reducidos, solamente, a cuestiones de la contemplación romántica del cielo).

Lo cierto, lo concreto, es que aquí hay algo verdaderamente interesante. La Luna parece haberse contraído realmente, pero no de golpe, sino a lo largo de tiempos literalmente geológicos. E incluso aún hoy podría estar “viva”, y no tan inerte como se la pensaba. Es un descubrimiento –que acaba de publicarse en Science– basado en un meticuloso estudio, realizado a partir de imágenes de altísima resolución tomadas por la sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA. Por eso, en esta edición de Futuro, entrevistamos al Dr. Thomas Watters, destacado geólogo planetario del Smithsonian Institution, de Arizona, Estados Unidos. Watters es el autor principal del paper publicado en Science, y encabezó el equipo internacional de científicos e instituciones que hizo el hallazgo. Veamos de qué se trata.

MAPA LUNAR: LOS PUNTOS BLANCOS SEÑALAN DONDE FUERON ENCONTRADAS LAS ESCARPAS QUE DELATAN LA CONTRACCION LUNAR.

–¿Que encontraron exactamente en la Luna?

–Encontramos unas formaciones llamadas “escarpas lobulares”. Son una especie de escalones que se elevan sobre el paisaje lunar. Hasta ahora identificamos catorce en las imágenes del LRO. Estas escarpas tienen formas lineales a curvilineales, y miden varios kilómetros de largo y unas decenas de metros de alto.

–¿Es la primera vez que se ven estas formaciones?

–No, en realidad fueron vistas por primera vez en fotografías de alta resolución tomadas por las “Cámaras Panorámicas” de las misiones tripuladas Apolo 15, 16 y 17...

–Pero eso fue hace cuarenta años... ¿qué es lo novedoso de este anuncio, entonces?

–Le explico: la cobertura de las fotos de las misiones Apolo se limitó solamente a la zona ecuatorial de la Luna. Esas imágenes cubrieron sólo el 20% de su superficie lunar. Pero esta vez lo que descubrimos es que las escarpas lobulares están distribuidas globalmente. De hecho, siete de las catorce que descubrimos están en latitudes muy altas de la Luna, cercanas a los polos. Y eso es verdaderamente significativo...

–¿Por qué?

–Porque son signos geológicos que, dada su amplia distribución, nos dicen que la Luna sufrió una contracción global.

–Vamos despacito, porque me parece que llegamos al quid de la cuestión: ¿cuál es el mecanismo geológico que está detrás de las escarpas lobulares?

–Las escarpas se forman por fallas de empuje, es decir, zonas de fractura de la corteza donde la superficie es comprimida de ambos lados. Entonces, el material de la corteza es empujado y levantado hacia un lado, y todo a lo largo de la falla. Así se forma una especie de escalón, que es la escarpa. Y estas que encontramos parecen haberse formado muy recientemente.

–¿Cómo lo saben?

–Porque parecen muy jóvenes. Están poco desgastadas, se las ve nítidas y marcadas, y atraviesan pequeños cráteres, que deben ser jóvenes porque los cráteres chicos no duran mucho. Calculamos que estas escarpas lobulares se formaron hace menos de 1000 millones de años. Quizá mucho menos, apenas hace 100 millones de años...

–Claro, para la Luna, que tiene unos 4500 millones de años, es hace poco. Siga...

–Las escarpas son signos de contracción de la corteza lunar. Y como aparecen globalmente distribuidas, nos indican que toda la Luna se contrajo en tiempos recientes.

–¿Pero, por qué se fue achicando la Luna?

–Desde su nacimiento, el interior de la Luna se fue enfriando muy lentamente. Y mientras se fue enfriando, también se fue contrayendo cada vez más, obligando al manto y a la corteza a tener que ajustarse continuamente a esa disminución de volumen interno. La corteza lunar se resquebrajó, y las fallas de empuje levantaron las escarpas que hoy vemos.

–Todo cierra. ¿Y cuánto se achicó?

–El tamaño de las escarpas lobulares y las fallas de empuje que las formaron, y su cantidad, son una expresión directa de la cantidad de acortamiento de la corteza lunar. Nuestros resultados sugieren que desde la formación de las escarpas lobulares, la contracción radial de la Luna fue de alrededor de 100 metros.

–Radial: o sea, unos 200 metros de diámetro. Y no 100, como decían algunas fuentes locales e internacionales...

–Cien metros es lo que se redujo la distancia entre el centro de la Luna y su superficie.

–No es lo mismo, claro. Aun así, dado que la Luna mide casi 3500 kilómetros de diámetro, y que la reducción ocurrió a lo largo de tantos millones de años, no parece algo tan abrupto, ni dramático, tal como se malinterpretó en algunos lugares. Ni tampoco es algo exclusivo de la Luna, ¿no?

–Efectivamente, hemos visto muchas escarpas lobulares en las superficies de otros mundos del Sistema Solar, incluyendo a Mercurio...

–Aclaremos que usted también está directamente involucrado en la misión Messenger, de la NASA, que ya realizó algunos sobrevuelos a Mercurio, y que el año que viene se colocará en órbita del planeta. A propósito: ¿las escarpas de Mercurio se parecen a las de la Luna?

–No, allí son mucho más grandes. Las escarpas lobulares de Mercurio son formaciones geológicas que también están asociadas a fallas y a procesos de tectónica, pero miden cientos de kilómetros de largo, y hasta más de una milla de altura (1600 metros). Y eso nos indica que, a medida que se fue enfriando y contrayendo, este planeta pudo haberse contraído ya no cientos de metros sino varios kilómetros.

UNA DE LAS ESCARPAS DE LA LUNA.

–Volvamos a la Luna. Parece que de a poco aquella imagen de un cuerpo inerte desde la época de los bombardeos meteóricos, y la formación de sus “mares”, hace 3 y 4 mil millones de años, ha ido cambiando. ¿Hay otros signos de posible actividad lunar, relativamente reciente?

–Sí, al parecer, los sismógrafos que los astronautas de las misiones Apolo pusieron en la superficie lunar registraron temblores. Y unos treinta habrían ocurrido en la corteza más superficial. La verdad es que la mayoría pueden atribuirse a impactos de meteoros, a mareas gravitatorias provocadas por la Tierra, y a los violentísimos cambios de temperatura superficial entre el día y la noche lunar...

–Pero...

–Pero, también existe una pequeña probabilidad de que algunos de esos terremotos lunares puedan estar asociados a procesos actuales de tectónica, como la formación actual de escarpas.

–¿Entonces, a lo mejor, la Luna aún está viva?

–Nuestra estudio sugiere que sí. Las escarpas lobulares que descubrimos parecen ser muy jóvenes. Tanto que dejan abierta la posibilidad real de que la Luna aún hoy sea tectónicamente activa. Y que todavía se esté contrayendo...

–Cercana. Cotidiana. Y tan sorprendente.