A comienzos de los años setenta, cualquier físico que intentara aplicar a la vez las dos grandes teorías del siglo veinte a un mismo problema se topaba, tarde o temprano, con el mismo muro. La relatividad general de Einstein describía con enorme precisión la gravedad y el movimiento de los astros, mientras que la mecánica cuántica explicaba con idéntica exactitud el comportamiento de las partículas más pequeñas. El problema surgía cuando alguien intentaba usar ambas herramientas sobre el mismo objeto, por ejemplo el interior de un agujero negro o el primer instante del universo. Entonces los cálculos, en lugar de arrojar un número razonable, empezaban a devolver infinitos, un resultado que en física equivale a admitir que la teoría, sencillamente, ha dejado de tener sentido.

Detrás de ese callejón sin salida había un supuesto que casi nadie ponía en duda, la idea de que las partículas más elementales, el electrón, el fotón, el quark, eran puntos diminutos sin ningún tamaño ni forma. La teoría de cuerdas propuso abandonar ese supuesto. Según esta idea, lo verdaderamente básico no sería un punto, sino un filamento minúsculo, muchísimo más pequeño que un átomo, que vibra igual que la cuerda de un violín. Cada nota que esa cuerda es capaz de producir correspondería a una partícula distinta, de modo que el electrón y el fotón no serían cosas diferentes en su origen, sino la misma cuerda vibrando de dos maneras distintas.

Lo llamativo de esta idea es que nadie la buscaba. En 1968, el físico italiano Gabriele Veneziano trabajaba en un problema muy distinto, encontrar una fórmula matemática capaz de describir cómo se comportaban ciertas partículas sometidas a la fuerza nuclear que mantiene unido el núcleo de los átomos. Veneziano dio con una expresión que funcionaba sorprendentemente bien, aunque nadie entendía del todo por qué. Dos años más tarde, tres físicos que trabajaban por separado, Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen y Leonard Susskind, llegaron a la misma conclusión inesperada, esa fórmula describía, en realidad, el comportamiento de diminutas cuerdas vibrantes.

El entusiasmo, sin embargo, duró poco. A lo largo de esa misma década, otra teoría explicó mejor y con más precisión la fuerza nuclear, y la idea de las cuerdas quedó arrinconada, tratada como una curiosidad matemática sin futuro. Habría terminado probablemente en el olvido de no ser por un detalle que dos físicos, Joël Scherk y John Schwarz, decidieron no pasar por alto en 1974. Entre las notas musicales que esa cuerda hipotética podía producir había una que nadie sabía qué hacer con ella, una partícula sin masa que jamás se había observado en los experimentos sobre el núcleo atómico. Scherk y Schwarz repararon en que esa partícula sobrante tenía exactamente las características que, según la teoría, debería tener el gravitón, la partícula encargada de transmitir la fuerza de la gravedad. Lo que parecía un defecto de la teoría era, en realidad, su mayor virtud. Ese giro convirtió a la teoría de cuerdas, de la noche a la mañana, en la primera candidata seria para explicar la gravedad en términos cuánticos.

Un espacio con dimensiones ocultas

El precio de esa promesa resultó ser, sin embargo, muy alto. Las ecuaciones de la teoría solo se sostenían en pie si el espacio tenía muchas más dimensiones de las tres que percibimos. Las primeras versiones exigían hasta veintiséis, una cifra que se redujo a diez cuando los físicos incorporaron un principio llamado supersimetría, según el cual toda partícula de materia tendría una pareja de naturaleza distinta que todavía nadie ha detectado. Para explicar por qué solo vemos tres dimensiones si el espacio tiene realmente diez, los físicos recurrieron a una imagen sencilla, la de una manguera de jardín vista desde muy lejos. A distancia parece una simple línea, pero de cerca se descubre que en realidad tiene una segunda dimensión enrollada sobre sí misma, la circunferencia del tubo. Las seis dimensiones sobrantes de la teoría de cuerdas se imaginan enrolladas de un modo parecido, aunque en formas geométricas de una complejidad extraordinaria, tan diminutas que ningún instrumento actual podría llegar a detectarlas.

Dos crisis, dos renacimientos

La teoría atravesó todavía un tropiezo serio antes de consolidarse. Sus ecuaciones escondían contradicciones matemáticas capaces de hacerla colapsar por completo. En 1984, dos físicos, Michael Green y John Schwarz(nuevamente), demostraron que esas contradicciones se cancelaban entre sí en una versión concreta de la teoría, hallazgo que provocó una verdadera fiebre entre los teóricos. En apenas un año, distintos grupos de investigación completaron un catálogo de cinco versiones diferentes de la teoría de cuerdas, todas matemáticamente coherentes, todas aparentemente válidas, y ninguna de ellas más verdadera que las demás.

Esa multiplicación resultaba incómoda para una teoría que aspiraba a explicarlo todo, y durante una década nadie supo qué hacer con ella. La respuesta llegó en 1995, cuando el físico estadounidense Edward Witten demostró que esas cinco versiones no eran, en realidad, cinco teorías distintas, sino cinco maneras distintas de mirar una misma estructura más profunda, a la que denominó teoría M. Witten mostró además que la teoría necesitaba admitir, junto a las cuerdas, otro tipo de objetos de mayor tamaño, bautizados como branas, indispensables para entender cómo se relacionaban entre sí las cinco versiones originales.

El universo como un holograma

El resultado más sorprendente de todo ese proceso llegó en 1997, cuando el físico argentino Juan Maldacena descubrió algo todavía más arrebatador, que una teoría de cuerdas con gravedad, formulada en un espacio determinado, resultaba matemáticamente idéntica a otra teoría, sin gravedad alguna, formulada únicamente en la superficie que envuelve ese espacio. La comparación que los propios físicos suelen emplear es la de un holograma, esa imagen tridimensional que puede codificarse por completo en una superficie plana de dos dimensiones. La idea sugiere que el universo entero podría entenderse, en algún sentido profundo, como la proyección de algo que ocurre en su frontera. Un año antes de ese hallazgo, dos físicos, Andrew Strominger y Cumrun Vafa, ya habían usado herramientas muy parecidas para resolver, con una precisión asombrosa, un problema que llevaba dos décadas abierto, explicar de dónde procede exactamente el calor y el desorden interno de un agujero negro.

Pese a toda esa fertilidad matemática, la teoría de cuerdas arrastra un problema que ningún físico ha logrado resolver todavía, el enorme número de formas distintas en que pueden enrollarse esas dimensiones ocultas. Cada una de esas formas produciría un universo con constantes físicas propias, y el número total de posibilidades resulta tan descomunal que ni siquiera admite una explicación intuitiva. El propio Leonard Susskind, uno de los físicos que originalmente identificó las cuerdas en 1970, bautizó esa multitud de posibilidades como el paisaje de la teoría de cuerdas, y llegó a proponer que habitamos precisamente el universo compatible con nuestra propia existencia, entre todos los demás posibles, idea tan sugerente como difícil de comprobar. Esa incapacidad para señalar una única predicción verificable en un acelerador de partículas ha convertido a la teoría en blanco de una crítica constante, resumida sin rodeos por el físico Richard Feynman.

«Los teóricos de cuerdas no hacen predicciones, inventan excusas para explicar por qué su teoría no encaja con los experimentos [...]»

Esa misma objeción ha alimentado ensayos críticos por parte de físicos como Lee Smolin y Peter Woit, donde cuestionan el lugar dominante que la teoría de cuerdas ocupa en las universidades pese a cuatro décadas sin confirmación experimental. Frente a esa recensión, el filósofo de la ciencia Richard Dawid ha defendido que la coherencia interna de una teoría, su capacidad para resolver problemas antiguos sin haber sido diseñada para ello, como ocurrió con la entropía de los agujeros negros, puede considerarse por sí misma un indicio razonable de que algo cierto hay en ella, incluso sin experimentos que lo confirmen directamente. El propio Witten, defendiendo su disciplina frente a esas dudas, ha repetido con frecuencia una idea que se ha vuelto célebre entre los físicos teóricos, la de que la teoría de cuerdas es un fragmento de la física del siglo veintiuno que, por pura casualidad, cayó en manos de físicos del siglo veinte.

No se trata, por lo demás, del único intento de unir la gravedad con el mundo cuántico. Un grupo distinto de físicos, entre ellos Carlo Rovelli y Lee Smolin, desarrolla desde los años ochenta una alternativa llamada gravedad cuántica de lazos, que prescinde de dimensiones adicionales y de cuerdas, y propone en cambio que el propio espacio está formado por unidades diminutas y discretas. Esa alternativa tampoco cuenta todavía con confirmación experimental, lo que sugiere que el obstáculo no es exclusivo de la teoría de cuerdas, sino que refleja lo extraordinariamente difícil que resulta poner a prueba cualquier teoría sobre una escala de energía tan alejada de lo que nuestros instrumentos pueden alcanzar.

Ello no ha impedido que se hayan intentado comprobaciones indirectas. Algunos modelos que suponen dimensiones ocultas de tamaño relativamente grande se han puesto a prueba mediante balanzas de extrema precisión, sin que se haya detectado hasta ahora ninguna desviación respecto a la gravedad tal como Newton la describió hace más de tres siglos.

Nada de esa falta de confirmación, sin embargo, ha vaciado a la teoría de cuerdas de su influencia. Su desarrollo ha empujado a los matemáticos a resolver problemas de geometría que llevaban décadas resistiéndose a cualquier solución, y ha ofrecido a otras ramas de la física, ajenas por completo a la gravedad, herramientas de cálculo que hoy se emplean para estudiar desde el plasma que se forma en las colisiones de partículas hasta ciertos materiales cuyo comportamiento eléctrico todavía desconcierta a los físicos. Más allá de sus dilemas metodológicos pendientes y a medio siglo de su origen, la teoría de cuerdas sigue siendo la pregunta abierta más elaborada que la física ha sabido formular hasta ahora sobre la arquitectura última del universo.