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¿Pueden las ondas gravitacionales resolver la Teoría de Cuerdas?

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El observatorio de ondas gravitacionales de interferometría láser (LIGO) confirmó en 2015 una de las predicciones más importantes hechas por Albert Einstein: la de la existencia de ondas gravitacionales. Estas son unas perturbaciones del espacio-tiempo que recorren el Universo a la velocidad de la luz y que se originan cuando objetos muy masivos se mueven a altas velocidades. Lo más importante es que, con este hallazgo, otro experimento volvió a confirmar la vigencia de la Relatividad General de Einstein y su concepción de un Universo de cuatro dimensiones, las tres espaciales y la temporal.
Sin embargo, la Relatividad y la Física Cuántica siguen teniendo problemas a la hora de explicar el funcionamiento de objetos donde la física de lo más grande y la física de lo más pequeño, respectivamente, tienen importancia, como pueden ser los agujeros negros. Por ello, entre otras cosas, científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, Alemania, han publicado un artículo en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics en el que se han planteado cómo serían las ondas gravitacionales si el Universo fuera explicado por la Teoría de Cuerdas y tuviera más de cuatro dimensiones. Esto podría ayudar a unificar la física de lo pequeño y lo grande.
«Una consecuencia de la existencia de dimensiones adicionales es que las ondas gravitacionales tendrían una forma un poco diferente respecto a lo predicho por la Relatividad General de Einstein», ha explicadoGustavo Lucena Gómez, coautor del estudio. Y lo más interesante es que, según los autores, estas diferencias podrían ser detectadas incluso con los instrumentos actuales.
Pero si LIGO confirmó la Relatividad de Einstein en 2015, ¿cómo es posible que las ondas gravitacionales ahora dijeran que hay que ir más allá y «buscar mas dimensiones»?
Esto podría ocurrir si, sencillamente, los detectores no tuvieran sensibilidad suficiente y hubieran enmascarado las sutiles diferencias provocadas por las dimensiones extra de la Teoría de Cuerdas. Para confirmarlo o descartarlo, «harían falta detectores superiores», ha explicado Lucena Gómez. Un logro que se podría alcanzar en cuestión de años con las ampliaciones de LIGO y la entrada en funcionamiento de su contraparte europea, el VIRGO.

Un Universo distinto

Al tener en cuenta algunas predicciones y cálculos de la Teoría de Cuerdas, los físicos del instituto Max Planck de Física Gravitacional hicieron un modelo matemático para describir la forma que tendrían las ondas gravitacionales. Según este, no serían como las describe la teoría de Einstein. En su lugar tendrían una onda base ligeramente distinta, cuyas diferencias se podrían captar en el plazo de años, y una serie de ondas secundarias de muy alta frecuencia, cuyas características hoy en día estarían muy lejos del rango de detección de los instrumentos actuales. Y eso que LIGO tiene una sensibilidad capaz de medir la milésima parte del grosor de un protón.

Simulación por ordenador de la fusión de dos agujeros negros y de ondas gravitacionales liberadas.

Pero, ¿qué pasaría si los detectores pudieran detectar esas diferencias en la onda base de las ondas gravitacionales? ¿Significaría que la Relatividad de Einstein quedaría descartada y que la Teoría de Cuerdas, con su Universo con dimensiones extra, sería el nuevo marco de la Física? «Desgraciadamente, ese descubrimiento no tendría consecuencias a la hora de confirmar la existencia de dimensiones adicionales en el Universo, porque existen otras muchas teorías candidatas que van más allá de la Relatividad General de Einstein sin necesidad de aumentar el número de dimensiones», ha explicado el físico.
Sin embargo, «el descubrimiento sería revolucionario, porque sería la primera confirmación experimental de que hay que ir más allá de Einstein», ha resaltado el investigador.

Un Universo con más dimensiones

Ese interés por superar la teoría de Einstein tiene una sólida justificación. Tal como ha recordado Lucena Gómez, el mayor problema de la Física actual es unificar las teorías de los átomos con las de la gravedad. «Hace falta una teoría que unifique ambas»: la llamada Teoría Cuántica de la Gravedad. Gracias a esta ansiada unificación, en principio se podrían explicar los agujeros negros, el principio del Universo y los componentes básicos de la materia, entre otras muchas cosas.
En todo caso, los lectores no deben inquietarse por las posibles dimensiones extra del Universo, porque, si existieran, estas no le afectarían de ningún modo. «Las dimensiones extra son dimensiones a las que no podemos entrar, son, por así decirlo, demasiado pequeñas», ha explicado Lucena Gómez. «No se trata de algo material o visible, son nuevas direcciones a las que quizás podrían acceder solo algunas partículas u ondas, como las ondas gravitacionales».

¿Acabar con las singularidades?

Si bien las cuatro dimensiones familiares del Universo no cambiarían, con las dimensiones extra los físicos podrían plantearse los problemas de una forma distinta. Quizás podrían resolver misterios que hoy en días les traen de cabeza, como las singularidades de los agujeros negros, esas características que les hacen tener, por ejemplo, densidad infinita.
«Las singularidades suelen ser indicios de que el modelo está mal», ha dicho el físico. «Por ejemplo, si no se tuviera en cuenta la viscosidad de los fluidos, la aerodinámica consideraría que la presión en las alas de un avión es infinita. Y eso no tiene sentido».
Aunque se confirmase que existen dimensiones extra, esto tampoco implicaría que existen los universos paralelos. «El multiverso es una especulación total y completamente teórica, y de hecho, no está claro si alguna vez se podrá falsar o confirmar», en opinión de Gustavo Lucena Gómez. Por tanto, este asunto se aleja bastante de la Física y se adentra en el campo de la Filosofía.
De momento, habrá que esperar a las nuevas observaciones de los observatorios de ondas gravitacionales. Ahora parecen ser, junto a los grandes aceleradores de partículas, las ventanas más prometedoras para asomarse a los misterios del Universo.