La Teoría de Cuerdas predice que el Universo ocupa al azar un "valle" de entre una colección casi infinita (10⁵ºº para ser precisos) de hondonadas en un inmenso paisaje de posibilidades.
Según la Relatividad General, la Gravedad equivale a la Geometría del Espacio-Tiempo. Cualquier cuerpo dotado de masa deja una huella en la conformación de éste, curvando el Espacio y ralentizando el Tiempo.
NOTA.- Por eso en el interior de un agujero negro nada puede escapar ni el Tiempo puede transcurrir.
Visto lo acertado que fue reemplazar la Fuerza Gravitatoria por la dinámica del Espacio y el Tiempo ¿Por qué no buscar una explicación geométrica para las demás fuerzas de la Naturaleza, incluidas las partículas elementales?
En esa búsqueda se empeñó Einstein gran parte de su vida. Puso gran atención a los trabajos del alemán Theodor Kaluza y del sueco Oskar Klein.
Mientras la gravedad refleja la forma de las cuatro dimensiones espacio-temporales que nos resultan familiares, el electromagnetismo, sostenían estos dos grandes físicos, resulta de la geometría de una quinta dimensión adicional que, lamentablemente no se había detectado (y que sigue sin dar señales de vida).
La concepción de Kaluza-Klein ha sido desenterrada y ampliada por la física actual, incorporándola a la Teoría de Cuerdas.
Antes de seguir diremos que, en realidad, no es una teoría sino varias, cinco como mínimo. Y que no es una teoría sino una hipótesis.
Kaluza y Klein propusieron postularon la existencia de esta quinta dimensión, a principios del s. XX, cuando sólo se conocían 2 fuerzas elementales: electromagnetismo y gravedad.
Ambas decaen proporcionalmente al cuadrado de la distancia de su fuente; resultaba tentador imaginar que estaban relacionadas.
Tal relación podría ser cierta de existir una quinta dimensión.
La Relatividad General describiría entonces la geometría de un espacio-tiempo de 5 dimensiones.
Se pueden distinguir en esta geometría 3 elementos:
- La forma de las 4 dimensiones grandes del espacio-tiempo
- El ángulo entre la 5ª dimensión y la otra.
- La circunferencia de la 5ª dimensión
(El espacio-tiempo grande se comporta según la Relatividad General Clásica).
En cada uno de sus puntos el ángulo y la circunferencia poseen determinado valor, como dos campos definidos en Espacio-Tiempo que tomen ciertos valores en cada punto.
Sorprendentemente, el campo del ángulo reproduce un campo electromagnético que vive en el mundo de cuatro dimensiones. Dicho de otra manera, las ecuaciones que gobiernan su comportamiento son idénticas a las del electromagnetismo.
La "circunferencia" determina las intensidades relativas de las fuerzas electromagnéticas y gravitatorias.
Así pues de una teoría de sólo la gravedad en 5 dimensiones se obtiene una teoría, tanto de la gravedad como del electromagnetismo, en cuatro.
En la Teoría de Cuerdas las partículas son en realidad objetos unidimensionales, pequeñas hebras o anillos en vibración.
El tamaño típico de una cuerda es del orden de la longitud de Planck, 10^-35 m.
Para que las ecuaciones de la Teoría sean matemáticamente coherentes, la cuerda ha de vibrar en 10 dimensiones, o sea, las cuatro conocidas más seis adicionales, demasiado pequeñas éstas para que se las detecte (jejé, el viejo truco...)
Además de las cuerdas puede haber en el Espacio-Tiempo más láminas de varias dimensiones conocidas como "branas", amén de otras muchas de variada complejidad.
Pero en esencia la Teoría de Cuerdas retiene la noción principal de la Hipótesis de Kaluza-Klein: las leyes físicas que vemos dependen de la geometría de dimensiones adicionales ocultas.
Cuantas más dimensiones, mayores posibilidades existen para que surjan distintas topologías y cada topología es una nueva estructura geométrica con sorprendentes propiedades.
Sin embargo, las soluciones de esta vasta colección no son equivalentes: cada configuración tiene una energía potencial, determinada por los flujos, las branas y la curvatura misma de las dimensiones enroscadas: Es la famosa Energía de Vacío, la energía del Espacio-Tiempo cuando las cuatro dimensiones grandes carecen por completo de materia-energía o de campos. La geometría de las dimensiones pequeñas intentará acomodarse para minimizar esta energía, al igual que una bola colocada en lo alto de una pendiente rodará hasta una posición más baja.
La cantidad de la energía dependerá del tamaño total del espacio oculto.
Calcular la Energía de Vacío es un problema difícil, y en la Teoría de Cuerdas hay muchísimos espacios, gran parte de ellos inviables.
Se calcula que puede haber 10⁵⁰⁰ configuraciones matemáticas posibles, de las cuales sólo 10¹⁵⁰ serían posibles; y por supuesto cada una de ellas con su cantidad y tipo de partículas determinadas, y lo mismo respecto de fuerzas presentes y leyes fundamentales.
Así pues, cada vacío estable se caracteriza por su número de asas, branas y cuantos de flujo. Pero debemos tener en cuenta que cada uno de estos elementos se puede crear y destruir de modo que tras períodos de estabilidad el mundo puede saltar a otra configuración diferente.
Es lo que tiene la Mecánica Cuántica, que espacios vacíos, inviables, pueden llegar a desarrollar sistemas de "realidad".
Realmente, de los 10⁵⁰⁰ "vacíos", la gran mayoría no logran sus 15' de gloria.
Pero hemos pasado por alto una parte clave de esta historia: El efecto de la Energía de Vacío en la evolución seguida por el Universo. Los objetos ordinarios -estrellas, galaxias, nebulosas, agujeros negros...-tienden a frenar el Universo en expansión, debido a la clásica Ley de Gravitación de Newton. Una energía de Vacío positiva, sin embargo, actuaría a modo de anti-gravedad.
Según la Ecuación de Einstein, dicha Energía ocasionaría una aceleración inflacionaria de las tres dimensiones espaciales.
Esta rápida expansión tiene un importante y sorprendente efecto cuando las dimensiones ocultas saltan a una nueva configuración.
Y es que el Universo entero es, en realidad, una espuma de burbujas que surgen espontáneamente del vacío y se expanden. Pero cada burbuja alberga nuevas burbujas que surgen en su interior y se expanden. Este proceso se prolonga hasta el infinito.
Cada burbuja cuenta con sus propias constantes y leyes físicas. De entre ellas son poquísimas las apropiadas para la formación de estructuras complejas como las galaxias y la vida. Nuestro Universo, de 50 mil millones de años luz de radio, es una pequeña región de una de esas burbujas.
Ya hemos dicho que en principio podrían existir 10⁵⁰⁰ burbujas.
En nuestro esquema, lo que tomamos por la Gran Explosión que originó el Universo no es sino el salto más reciente a una nueva configuración de cuerdas en este lugar, que se ha dilatado ya hasta contar con 13.790 millones de años de antigüedad y 10¹¹ a.l. de diámetro.
Algún día de éstos -probable y afortunadamente demasiado lejano como para inquietarse- esta parte del Universo Mundo experimente una transformación cuántica que lo haga desaparecer.
El esquema que hemos expuesto explica cómo llegan a existir los diferente vacíos estables del paisaje de las cuerdas en diversos lugares del Universo, con la consiguiente formación de innumerables sub-universos.
Este resultado puede resolver uno de los problemas más importantes y pertinaces de la Física Teórica, relacionado, precisamente con la Energía de Vacío.
Para Einstein lo que ahora imaginamos como Energía de Vacío era un término matemático arbitrario -una "constante cosmológica", como la Gravitación Universal- que se podía añadir a su Ecuación de la Relatividad General para que concordase con su convicción (imperante en ese momento) de que el Universo es estático.
El resto de la historia ya la conocemos. Con el santo advenimiento de la Teoría Cuántica de Campos, el Espacio vacío -o "Vacío", sin más- se convirtió en un concurrido lugar de partículas virtuales y campos de todo pelaje brotando y desapareciendo sin cesar, poseyendo de paso cada partícula y cada campo (valga la redundancia, pues toda partícula viene a ser "la excitación de un campo" o, dicho de modo matemático, "una representación irreductible del Grupo de Poincaré") una energía asociada que podría ser positiva o negativa. Según los cálculos más simples basados en esta Teoría, esas energías sumadas alcanzarían la densidad de 10⁹⁴ grs/cm³.
O sea, toda la materia del Universo condensada en 1cm³.
En realidad, la Energía de Vacío tiene un valor cercano a cero, para ser exactos es menor de 10ˉ¹²º Λp ( Λp es la masa de Planck por cada longitud cúbica de Planck), dicho valor es ideal para albergar universos viables ¿Por qué nuestro Universo tiene ese valor?
Probablemente por una lógica ley antrópica.
