Gastón Giribert, el físico argentino que investiga la teoría de cuerdas: el desafío de integrar física cuántica y relatividad

La teoría de cuerdas es una de las hipótesis más ambiciosas de la física contemporánea. Desde hace décadas busca resolver uno de los mayores desafíos científicos: construir una teoría capaz de reconciliar la mecánica cuántica, que describe el comportamiento del mundo microscópico, con la relatividad general de Albert Einstein, que explica la gravedad y la estructura del cosmos. Aunque todavía carece de confirmación experimental, continúa siendo uno de los campos de investigación más influyentes de la física teórica.

Para conversar sobre estos temas, Agencia Paco Urondo entrevistó al físico y filósofo argentino Gastón Giribet, profesor de la Universidad de Nueva York (NYU), doctor en Física por la Universidad de Buenos Aires y doctor en Filosofía por la Universidad Católica Argentina. Especialista en teoría de cuerdas y gravedad cuántica, entre otros temas, Giribet es una de las principales referencias latinoamericanas en un área que busca responder algunas de las preguntas más profundas sobre el origen y el funcionamiento del universo.

A lo largo de la entrevista (que se presenta en dos fragmentos, ver la segunda), el investigador explica qué es la teoría de cuerdas, por qué la gravedad sigue siendo el gran problema de la física moderna, cómo interpretar fenómenos de la mecánica cuántica que desafían la intuición cotidiana y cuál es el lugar que ocupan conceptos como el principio holográfico, el multiverso o incluso la idea de Dios dentro del pensamiento científico.

Cuerdas: una teoría para integrar cuántica y relatividad

APU: Para comenzar por el principio, ¿qué es la teoría de cuerdas y qué problema intenta resolver?

DG: La teoría de cuerdas hace una afirmación muy concreta: sostiene que los constituyentes fundamentales de todo lo que existe —es decir, la materia y las fuerzas que actúan sobre ella— no son partículas puntuales, como plantea el modelo estándar de la física, sino objetos extremadamente pequeños parecidos a cuerdas.

Esas cuerdas pueden ser abiertas o cerradas y vibran. Los distintos modos de vibración corresponden a las diferentes partículas fundamentales que observamos en los aceleradores de partículas o en los rayos cósmicos. Según esta teoría, el electrón, el muón y todas las partículas elementales no son más que distintas excitaciones de un mismo objeto fundamental.

APU: Esas cuerdas tienen un tamaño muy muy pequeño.

DG: Cuando hablamos de cuerdas hay que aclarar que estamos hablando de escalas inimaginablemente pequeñas. Una cuerda es al tamaño de un átomo lo que un átomo es respecto del sistema solar. Son dimensiones tan diminutas que hoy no tenemos la tecnología necesaria para explorarlas experimentalmente. Por eso, quienes investigamos teoría de cuerdas trabajamos sobre su consistencia matemática, sus consecuencias teóricas y las predicciones que surgirían en distintos escenarios, pero todavía no contamos con una comprobación experimental directa.

Ahora bien, la pregunta es por qué formular una hipótesis de este tipo si no podemos comprobarla. La respuesta tiene que ver con un problema muy profundo de la física contemporánea.

APU: ¿Cuál es el problema que busca resolver la física?

DG: Hoy entendemos prácticamente todos los experimentos de física de partículas mediante el llamado modelo estándar (mecánica cuántica), que describe la materia y las fuerzas como partículas elementales. Es una teoría extraordinariamente exitosa y probablemente la mejor comprobada experimentalmente de toda la historia de la ciencia.

Sin embargo, tiene un límite fundamental: funciona para todas las fuerzas conocidas excepto una, la gravedad. Cuando intentamos describir la gravedad como una interacción mediada por partículas, aparecen inconsistencias matemáticas que hacen fracasar la teoría. Dicho de otra manera, la relatividad general de Einstein y la mecánica cuántica no logran convivir dentro de un mismo marco teórico.

Lo notable es que, cuando se reemplaza la hipótesis de las partículas puntuales por la de pequeñas cuerdas vibrantes, esa incompatibilidad desaparece. La gravedad pasa a ser compatible con la mecánica cuántica. Esa es la principal razón por la cual la teoría de cuerdas resulta tan atractiva para la física teórica: ofrece un camino posible hacia una teoría unificada capaz de describir todas las fuerzas fundamentales del universo.

APU: Para quienes no venimos del mundo de la física, se podría resumir de este modo: existen dos grandes teorías para explicar el universo: la relatividad y la mecánica cuántica. El problema es que ambas parecen incompatibles entre sí. ¿Es correcto decirlo así?

DG: Sí, exactamente. Podemos pensarlo de esa manera. La mecánica cuántica describe con enorme precisión el comportamiento del mundo microscópico: las partículas elementales, los fenómenos que observamos en los aceleradores de partículas e incluso buena parte de la electrónica moderna o de tecnologías médicas como algunos estudios por imágenes.

Por otro lado, la relatividad general describe el mundo macroscópico, donde la gravedad desempeña un papel central. Es la teoría que explica desde el movimiento de los planetas hasta las estrellas de neutrones, los agujeros negros y la evolución del universo.

El problema es que ambas teorías, aunque funcionan extraordinariamente bien en sus respectivos ámbitos, son incompatibles entre sí. Y eso plantea una pregunta inevitable: ¿cómo es posible que los dos pilares fundamentales sobre los que construimos toda la física no puedan integrarse en una única descripción de la naturaleza?

La respuesta práctica es que, en la mayoría de los casos, no necesitamos usar las dos teorías al mismo tiempo. Cuando estudiamos partículas elementales, la gravedad es tan débil que podemos ignorarla. La fuerza gravitatoria entre dos electrones, por ejemplo, es completamente despreciable. En cambio, cuando analizamos objetos gigantescos, como agujeros negros o estrellas de neutrones, los efectos gravitacionales dominan el fenómeno y los efectos cuánticos suelen ser secundarios.

Por eso, durante décadas la física pudo avanzar utilizando una u otra teoría según el problema que quisiera estudiar.

Sin embargo, existen situaciones donde ambas son imprescindibles al mismo tiempo. El ejemplo más importante es el origen del universo. En las primeras fracciones de segundo después del Big Bang había enormes concentraciones de materia y energía en un espacio extremadamente pequeño. Ahí la gravedad era fundamental, pero también lo eran los efectos cuánticos.

Para comprender ese momento necesitamos una teoría de gravedad cuántica, es decir, una teoría capaz de unificar la relatividad general con la mecánica cuántica. Y la teoría de cuerdas constituye, justamente, una de las propuestas más desarrolladas para intentar lograr esa unificación.