Ficha: HIPERESPACIO, autor Michio Kaku, editorial crítica, colección Drakontos de bolsillo, 479 páginas, ISBN:9788484328964
Tras ver su título y echarle una breve ojeada uno puede pensar que este es uno más de los libros de divulgación científica que tratan el tema de moda, la teoría de la gran unificación. Ese sueño que consumió los últimos treinta años de la existencia de Albert Einstein y que se ha convertido en las últimas dos décadas en "El dorado" de la física. Pues si y no.
Michio Kaku aborda el tema de la teoría final de la física desde un punto original, aquí el protagonista no son las innumerables partículas "elementales" descubiertas en los grandes aceleradores, ni tampoco la mecánica cuántica ni la teoría de la relatividad... aunque se va a hablar largo y tendido de ello, sino el espacio mismo, ese marco en el que se despliega el universo y en cuya geometría tal vez esté la clave, o una de las claves, para lograr la tan ansiada teoría. Vemos como el espacio ha pasado en la nueva física de un papel méramente presencial y secundario a adquirir una importancia capital, y es en su estructura dimensional donde podría estar precisamente la clave para llegar a elaborar la tan ansiada teoría.
Cuatro dimensiones.
Que el espacio posee tres dimensiones es algo obvio, podemos localizar cualquier punto en el universo mediante tres coordenadas que nos proporcionen los datos relativos a su altura, anchura y longitud... añadamos el tiempo como cuarta dimensión, algo nada dificil de imaginar y ya tenemos el punto localizado perfectamente, ahora bien ¿hay más dimensiones en el espacio que las que diréctamente percibimos?.
La quinta dimensión.
El tema principal del libro consiste en el añadido de dimensiones "extra" a las teorías matemáticas que intentan conseguir la aparentemente imposible unificación de las leyes descubiertas por Einstein en su teoría de la relatividad y la teoría cuántica. Por lo visto y sin que se explique con demasiado detalle a los simples "mortales" el añadido de dimensiones extra aunque teorícamente complica hasta lo imposible la visualización espacial proporciona una solución simple y elegante a las ecuaciones que tratan de unir las leyes de lo infinitamente grande con lo infinitamente pequeño. Aunque parezca increible en el estado de la física actual son las matemáticas y sus abstracciones las que van por delante de la experimentación y guían esta mostrando a los físicos donde tienen que "mirar". Vamos el sueño de Pitágoras hecho realidad cuando expresó aquello de "todo es número" o el mundo de las ideas de Platón resucitado.
Hay un ejemplo muy sencillo de "ver", todos sabemos o deberíamos saber que la luz posee una naturaleza ondulatoria y a la vez corpuscular, es decir consiste en paquetes de partículas llamados "fotones" que se desplazan en el espacio y a la vez es una onda. Experimentos realizados hace ya cien años prueban tanto una cosa como la otra... ahora bien, si la luz es una onda entonces ¿que es lo que se ondula en el vacío?, las vibraciones sonoras por ejemplo necesitan el aire, el agua o cualquier sólido para transmitirse. Sin embargo la luz puede viajar en el vacío y posee naturaleza ondulatoria... ¿no podría ser una ondulación en una quinta dimensión?.
Dimensiones a go go.
Fué el matemático alemán Riemann quien en el siglo XIX, tras hacer pedazos la geometría euclidiana con su nuevo trabajo sobre el espacio curvo, adelantó la idea de que podría existir una quinta dimensión que vendría a explicar los fenómenos de las fuerzas de la gravedad y el electromagnetismo como deformaciones de dicha fuerza. Si bien aun en nuestros días esto es algo que no se ha podido comprobar experimentalmente si sirvió en cambio para que Albert Einstein echara mano de esta nueva geometría a la hora de explicar la deformación del espacio-tiempo cuando elaboró su teoría general de la relatividad en 1.915.
Riemann fue el primero, pero no el único ni el último, pronto más matemáticos se vinieron a sumar a la creación de teorías sobre espacio multi-dimensional y el tema de una nueva dimensión espacial se puso de moda llegando incluso al mundo de la literatura de la ciencia-ficción y el arte, asunto que el libro de M. Kaku comenta con sumo detalle.
Carta al Sr. Einstein.
Sin embargo todo eran conjeturas y abstracciones y aunque Riemann ya había apuntado la valiosa idea de que estas dimensiones extra podían estar detrás de la explicación de muchos fenómenos observados. Tuvo que llegar el año 1.919 para que el tema de las dimensiones extra
fuese tomado de nuevo en serio y tuviese alguna utilidad práctica. Un matemático alemán desconocido, Theodr Kaluza, envió una carta a Albert Einstein proponiéndole una nueva y revolucionaria idea: unir la teoría de Maxwell de la luz y la teoría de Einstein de la gravedad añadiendo una nueva dimensión espacial. Kaluza al igual que Riemann suponía que la luz no era otra cosa que la perturbación provocada por esta dimensión "inobservable", para ello creaba una nueva teoría de campos donde a través de la nueva dimensión tenían cabida tanto las ecuaciones de campo de Einstein como las de Maxwell... Einstein tardó dos años en contestar esta carta, tan abrumado quedó por la idea.
De pronto dos teorías que poco o nada tenían que ver quedaban unificadas usando una nueva dimensión extra, lo más curioso del caso es que ninguna de las dos teorías tenía que sufrir variación alguna, la idea de Kaluza conseguía juntarlas como las dos piezas de un puzzle.
Einstein no pudo rebatir el argumento y este tuvo el mérito suficiente, a pesar de lo revolucionario de la idea, como para ser publicado aun cuando no hubiera evidencias experimentales de esa nueva dimensión.
Sin embargo había mucho más que "unificar" en la física, incluso aunque la idea de Kaluza fuese esencialmente correcta esta no incluía todo... faltaba la pieza más importante del rompecabezas, la mecánica cuántica y sus alocadas e irrazonables leyes.
La inevitable mecánica cuántica y el sistema estándard.
El libro procede en este pundo a realizar un análisis simple y magistral, otro más, de la mecánica cuántica... y al igual que con los apartados anteriores lo hace con elegancia, mostrando el lado humano de la ciencia y sin emplear una sola ecuación recreándose solo en mostrar las ideas principales. Desde el comienzo de la misma hasta los diagramas de Feinman y la teoría standard con sus innumerables descubrimientos en los aceleradores de partículas. Estas explicaciones son necesarias para entender lo que viene más tarde ya que ¿para que andar elucubrando con dimensiones extra no comprobables experimentalmente si la física no deja de avanzar y descubrir una partícula elemental tras otra? ... para unir dos o más piezas primero ambas deben de estar completas sino el puzzle quedará "cojo".
M. Kaku nos muestra los grandes avances de la teoría estandard en los años setenta y ochenta, y como esta ha llegado a un "punto muerto" en el que ya se sabe con total seguridad que a través de la misma no se conseguirá la tan ansiada teoría de la unificación ya que para empezar no incluye la gravedad y no hay una simetría clara entre las distintas partículas... o más bien existen muchos tipos de simetrías diferentes. Aparte de que no posee la belleza y sencillez que tendría una teoría capaz de explicarlo todo a partir de principios simples y elegantes.
La venganza de Einstein.
El libro prosigue con la teoría denominada de la "supergravedad", aunque actualmente está en la papelera junto con otras teorías descartadas lo cierto es que daba otra vuelta de tuerca al tema de las dimensiones, consiguiendo unificar la teoría de la relatividad, las ecuaciones de Maxwell, los campos de Yang-Mills que describen la iteracción "fuerte" de los núcleos atómicos y el comportamiento de los quarks y leptones... ¡ parecía que se había encontrado por fin !, se había consumado la "venganza de Einstein", así llamado por el sueño de este de aglutinar las fuerzas de la naturaleza en una sola teoría y enterrar para siempre la caótica mecánica cuántica... pero no, todavía no era el momento.
Todavía quedaban partículas subatómicas que se resistían a quedar "encasilladas", por esto y una serie de problemas matemáticos aparentemente irresolubles la teoría de la supergravedad quedó abandonada... pero no era el fin de las dimensiones del espacio, quedaba la teoría más extraña, monumental y compleja ideada por la mente humana.
Tras ver su título y echarle una breve ojeada uno puede pensar que este es uno más de los libros de divulgación científica que tratan el tema de moda, la teoría de la gran unificación. Ese sueño que consumió los últimos treinta años de la existencia de Albert Einstein y que se ha convertido en las últimas dos décadas en "El dorado" de la física. Pues si y no.
Michio Kaku aborda el tema de la teoría final de la física desde un punto original, aquí el protagonista no son las innumerables partículas "elementales" descubiertas en los grandes aceleradores, ni tampoco la mecánica cuántica ni la teoría de la relatividad... aunque se va a hablar largo y tendido de ello, sino el espacio mismo, ese marco en el que se despliega el universo y en cuya geometría tal vez esté la clave, o una de las claves, para lograr la tan ansiada teoría. Vemos como el espacio ha pasado en la nueva física de un papel méramente presencial y secundario a adquirir una importancia capital, y es en su estructura dimensional donde podría estar precisamente la clave para llegar a elaborar la tan ansiada teoría.
Cuatro dimensiones.
Que el espacio posee tres dimensiones es algo obvio, podemos localizar cualquier punto en el universo mediante tres coordenadas que nos proporcionen los datos relativos a su altura, anchura y longitud... añadamos el tiempo como cuarta dimensión, algo nada dificil de imaginar y ya tenemos el punto localizado perfectamente, ahora bien ¿hay más dimensiones en el espacio que las que diréctamente percibimos?.
La quinta dimensión.
El tema principal del libro consiste en el añadido de dimensiones "extra" a las teorías matemáticas que intentan conseguir la aparentemente imposible unificación de las leyes descubiertas por Einstein en su teoría de la relatividad y la teoría cuántica. Por lo visto y sin que se explique con demasiado detalle a los simples "mortales" el añadido de dimensiones extra aunque teorícamente complica hasta lo imposible la visualización espacial proporciona una solución simple y elegante a las ecuaciones que tratan de unir las leyes de lo infinitamente grande con lo infinitamente pequeño. Aunque parezca increible en el estado de la física actual son las matemáticas y sus abstracciones las que van por delante de la experimentación y guían esta mostrando a los físicos donde tienen que "mirar". Vamos el sueño de Pitágoras hecho realidad cuando expresó aquello de "todo es número" o el mundo de las ideas de Platón resucitado.
Hay un ejemplo muy sencillo de "ver", todos sabemos o deberíamos saber que la luz posee una naturaleza ondulatoria y a la vez corpuscular, es decir consiste en paquetes de partículas llamados "fotones" que se desplazan en el espacio y a la vez es una onda. Experimentos realizados hace ya cien años prueban tanto una cosa como la otra... ahora bien, si la luz es una onda entonces ¿que es lo que se ondula en el vacío?, las vibraciones sonoras por ejemplo necesitan el aire, el agua o cualquier sólido para transmitirse. Sin embargo la luz puede viajar en el vacío y posee naturaleza ondulatoria... ¿no podría ser una ondulación en una quinta dimensión?.
Dimensiones a go go.
Fué el matemático alemán Riemann quien en el siglo XIX, tras hacer pedazos la geometría euclidiana con su nuevo trabajo sobre el espacio curvo, adelantó la idea de que podría existir una quinta dimensión que vendría a explicar los fenómenos de las fuerzas de la gravedad y el electromagnetismo como deformaciones de dicha fuerza. Si bien aun en nuestros días esto es algo que no se ha podido comprobar experimentalmente si sirvió en cambio para que Albert Einstein echara mano de esta nueva geometría a la hora de explicar la deformación del espacio-tiempo cuando elaboró su teoría general de la relatividad en 1.915.
Riemann fue el primero, pero no el único ni el último, pronto más matemáticos se vinieron a sumar a la creación de teorías sobre espacio multi-dimensional y el tema de una nueva dimensión espacial se puso de moda llegando incluso al mundo de la literatura de la ciencia-ficción y el arte, asunto que el libro de M. Kaku comenta con sumo detalle.
Carta al Sr. Einstein.
Sin embargo todo eran conjeturas y abstracciones y aunque Riemann ya había apuntado la valiosa idea de que estas dimensiones extra podían estar detrás de la explicación de muchos fenómenos observados. Tuvo que llegar el año 1.919 para que el tema de las dimensiones extra
fuese tomado de nuevo en serio y tuviese alguna utilidad práctica. Un matemático alemán desconocido, Theodr Kaluza, envió una carta a Albert Einstein proponiéndole una nueva y revolucionaria idea: unir la teoría de Maxwell de la luz y la teoría de Einstein de la gravedad añadiendo una nueva dimensión espacial. Kaluza al igual que Riemann suponía que la luz no era otra cosa que la perturbación provocada por esta dimensión "inobservable", para ello creaba una nueva teoría de campos donde a través de la nueva dimensión tenían cabida tanto las ecuaciones de campo de Einstein como las de Maxwell... Einstein tardó dos años en contestar esta carta, tan abrumado quedó por la idea.De pronto dos teorías que poco o nada tenían que ver quedaban unificadas usando una nueva dimensión extra, lo más curioso del caso es que ninguna de las dos teorías tenía que sufrir variación alguna, la idea de Kaluza conseguía juntarlas como las dos piezas de un puzzle.
Einstein no pudo rebatir el argumento y este tuvo el mérito suficiente, a pesar de lo revolucionario de la idea, como para ser publicado aun cuando no hubiera evidencias experimentales de esa nueva dimensión.
Sin embargo había mucho más que "unificar" en la física, incluso aunque la idea de Kaluza fuese esencialmente correcta esta no incluía todo... faltaba la pieza más importante del rompecabezas, la mecánica cuántica y sus alocadas e irrazonables leyes.
La inevitable mecánica cuántica y el sistema estándard.
El libro procede en este pundo a realizar un análisis simple y magistral, otro más, de la mecánica cuántica... y al igual que con los apartados anteriores lo hace con elegancia, mostrando el lado humano de la ciencia y sin emplear una sola ecuación recreándose solo en mostrar las ideas principales. Desde el comienzo de la misma hasta los diagramas de Feinman y la teoría standard con sus innumerables descubrimientos en los aceleradores de partículas. Estas explicaciones son necesarias para entender lo que viene más tarde ya que ¿para que andar elucubrando con dimensiones extra no comprobables experimentalmente si la física no deja de avanzar y descubrir una partícula elemental tras otra? ... para unir dos o más piezas primero ambas deben de estar completas sino el puzzle quedará "cojo".
M. Kaku nos muestra los grandes avances de la teoría estandard en los años setenta y ochenta, y como esta ha llegado a un "punto muerto" en el que ya se sabe con total seguridad que a través de la misma no se conseguirá la tan ansiada teoría de la unificación ya que para empezar no incluye la gravedad y no hay una simetría clara entre las distintas partículas... o más bien existen muchos tipos de simetrías diferentes. Aparte de que no posee la belleza y sencillez que tendría una teoría capaz de explicarlo todo a partir de principios simples y elegantes.
La venganza de Einstein.El libro prosigue con la teoría denominada de la "supergravedad", aunque actualmente está en la papelera junto con otras teorías descartadas lo cierto es que daba otra vuelta de tuerca al tema de las dimensiones, consiguiendo unificar la teoría de la relatividad, las ecuaciones de Maxwell, los campos de Yang-Mills que describen la iteracción "fuerte" de los núcleos atómicos y el comportamiento de los quarks y leptones... ¡ parecía que se había encontrado por fin !, se había consumado la "venganza de Einstein", así llamado por el sueño de este de aglutinar las fuerzas de la naturaleza en una sola teoría y enterrar para siempre la caótica mecánica cuántica... pero no, todavía no era el momento.
Todavía quedaban partículas subatómicas que se resistían a quedar "encasilladas", por esto y una serie de problemas matemáticos aparentemente irresolubles la teoría de la supergravedad quedó abandonada... pero no era el fin de las dimensiones del espacio, quedaba la teoría más extraña, monumental y compleja ideada por la mente humana.
Supercuerdas.
El autor de este libro es uno de los principales impulsores de la teoría de cuerdas, realmente uno de tantos a estas alturas, de ahí que nos hable emocionado del desarrollo de esta compleja y fascinante teoría. Nos muestra como fue encontrada casi por casualidad y los problemas que ha tenido desde sus inicios. Nada nuevo ya tratado ámpliamente en "El universo elegante" de Brian Greene, ya comentado extensamente aquí. A destacar los datos biográficos del "lider" de los investigadores en este campo el Sr. Edward Witten, unos apuntes de lo más interesantes.
El capítulo dedicado a las mismas si bien no puede compararse en amplitud a lo expresado por Greene posee la misma sencillez e interés, y posiblemente un mayor nivel de "sinceridad" al dejar claro desde el principio la imposibilidad actual o futura de que las diez dimensiones de las que consta la teoría de cuerdas, actualmente ampliadas a 11 a través de la teoría "M" por Witten, puedan comprobarse experimentalmente.
Hay una idea muy bella en esta teoría que puede ser entendida incluso por alguien tan ignorante como yo... si existen comportamientos en las partículas que sencillamente no "casan" con la lógica y si la teoría cuántica parece tan errática y falta de lógica es porque hay algo más que no vemos, ¿y no podrían ser otra cosa que dimensiones extra? solo el tiempo y las pruebas experimentales lo dirán ya que como muy bien expresó E. Witten "la teoría de cuerdas es física del siglo XXI que cayó accidentalmente en el siglo XX"... las ideas posiblemente sean válidas pero falta por desarrollar el aparato matemático necesario para su conclusión y estamos muy lejos de su verificación experimental.
El autor de este libro es uno de los principales impulsores de la teoría de cuerdas, realmente uno de tantos a estas alturas, de ahí que nos hable emocionado del desarrollo de esta compleja y fascinante teoría. Nos muestra como fue encontrada casi por casualidad y los problemas que ha tenido desde sus inicios. Nada nuevo ya tratado ámpliamente en "El universo elegante" de Brian Greene, ya comentado extensamente aquí. A destacar los datos biográficos del "lider" de los investigadores en este campo el Sr. Edward Witten, unos apuntes de lo más interesantes.
El capítulo dedicado a las mismas si bien no puede compararse en amplitud a lo expresado por Greene posee la misma sencillez e interés, y posiblemente un mayor nivel de "sinceridad" al dejar claro desde el principio la imposibilidad actual o futura de que las diez dimensiones de las que consta la teoría de cuerdas, actualmente ampliadas a 11 a través de la teoría "M" por Witten, puedan comprobarse experimentalmente.
Hay una idea muy bella en esta teoría que puede ser entendida incluso por alguien tan ignorante como yo... si existen comportamientos en las partículas que sencillamente no "casan" con la lógica y si la teoría cuántica parece tan errática y falta de lógica es porque hay algo más que no vemos, ¿y no podrían ser otra cosa que dimensiones extra? solo el tiempo y las pruebas experimentales lo dirán ya que como muy bien expresó E. Witten "la teoría de cuerdas es física del siglo XXI que cayó accidentalmente en el siglo XX"... las ideas posiblemente sean válidas pero falta por desarrollar el aparato matemático necesario para su conclusión y estamos muy lejos de su verificación experimental.
Agujeros negros, de gusano, viajes en el tiempo y multiuniversos.
En su tercera parte el libro abandona casi definitivamente el terreno de la ciencia y se embarca en el de la pura especulación, ahí nos habla de los agujeros negros y su formación predicha por la teoría de la relatividad y su posible naturaleza de puerta a otros universos. Aquí entramos ya en el atractivo terreno de los agujeros de gusano que posibiliten los viajes espaciales "burlando" la barrera de la velocidad de la luz. Se habla más adelante también de los viajes en el tiempo usando precisamente estas abstracciones, porque no son otra cosa, y su uso como puerta a otros universos... finalmente el libro nos habla de la posibilidad de los viajes en el tiempo en un apartado súmamente entretenido dedicado a las paradojas temporales.
Queda en esta parte de la obra la afición por la ciencia ficción de su autor... algo inevitable cuando nos lanzamos a especular sobre el futuro de la física ya que esta cada vez se parece más a este subgénero literario, no me cabe la menor duda de que Michio debió divertirse mucho aquí ;-)
Queda en esta parte de la obra la afición por la ciencia ficción de su autor... algo inevitable cuando nos lanzamos a especular sobre el futuro de la física ya que esta cada vez se parece más a este subgénero literario, no me cabe la menor duda de que Michio debió divertirse mucho aquí ;-)
El libro abandona ya definitivamente las especulaciones dimensionales de la parte anterior y entra en su recta final donde se abordan uno tras otro los temas del futuro desarrollo de la humanidad y su posible contacto con otras civilizaciones extraterrestres, la muerte del universo y el significado de la ciencia y la investigación. Temas profundos que para mi gusto constituyen de lejos lo mejor de esta obra que alterna de forma muy acertada el rigor científico, la historia de la ciencia, la mera especulación y el mundo del arte sin llegar a cansar en ningún momento y dejando satisfechos tanto a los apasionados de la ciencia ávidos de datos y teorías como a los que como es mi caso simplemente desean tener una idea de "hacia donde" nos conduce la investigación científica. Interesantísima la exposición de las dos corrientes principales de la ciencia, reduccionismo y holismo, donde se nos muestra el punto débil y fuerte de cada una de las dos y como la investigación sobre la teoría de cuerdas necesita ambos enfoques y puede conseguir la síntesis de ambas.
Para terminar las palabras finales del libro:
"En una escala cósmica, aún estamos despertando al mundo mayor que nos rodea. Pero aun así, la potencia de incluso nuestro limitado intelecto es tal que podemos abstraer los secretos de la naturaleza. ¿Da esto un significado a la vida?. Algunas personas buscan un significado a la vida a través del beneficio personal, a través de las relaciones personales, o a través de experiencias propias. Sin embargo, creo que el estar bendecido con el intelecto para adivinar los últimos secretos de la naturaleza da significado suficiente a la vida."
Amén.
Lo mejor: Un libro excepcional, a la altura de lo mejor que se haya escrito en los últimos veinte años sobre divulgación científica. Sencillo de leer, ameno y a la vez profundo, riguroso y apasionante... en él se destila la inmensa pasión de este físico americano que ya de crío en su época de estudiante le montó un acelerador de partículas casero a su familia, que cada vez que se conectaba hacía saltar los plomos, con la peregrina idea de buscar antimateria... quien crea que la ciencia es aburrida no conoce este libro.
Lo peor: El tiempo transcurrido desde su publicación, dieciseis años, le ha hecho "envejecer" un poco, hubiera sido deseable un anexo con los últimos avances de la teoría de cuerdas, sobre todo porque toca diréctamente el tema principal del libro, el espacio, sus dimensiones y la utilidad de las mismas a la hora de la construcción de una gran teoría de unificación. Da la impresión de que al libro le sobran muchas páginas, Michio podía haber expresado lo mismo con la mitad de espacio... aunque en ese caso nos hubiera restado mucho placer a sus lectores.
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