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Aparecen en películas, novelas de ciencia ficción e incluso en canciones: aunque los agujeros negros son uno de los fenómenos del espacio más conocidos popularmente, para la ciencia todavía resultan bastante misteriosos.
Recién en 2019, de hecho, se pudo registrar la primera imagen de uno: esa famosa esfera de fotones alrededor de un agujero negro supermasivo de la galaxia M87. Antes solo se habían medido de forma indirecta: en 1974, por medio de interferometría, se supo la existencia de Sagitario A*, un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, que se pudo confirmar el 2002 al estudiar el movimiento de una estrella cercana a él. Previo a estas mediciones, los agujeros negros no eran más que predicciones de diferentes teorías.
La mayoría de los agujeros negros, explicados en simple, se producen tras la muerte de una estrella gigante, la que primero explota y luego se comprime al máximo. Esto provoca una inmensa concentración de masa, tan increíblemente densa que genera un poderoso campo gravitacional del que ni siquiera la luz puede escapar, y dentro del cual las leyes físicas que conocemos se rompen.
El problema con los agujeros negros es que son a la vez enormes y pequeños; su horizonte de eventos, que es el límite que lo rodea, puede ser de tremendas dimensiones, pero su singularidad, que es donde se ubica su centro, es apenas un punto matemático.
Para estudiarlos, tanto la teoría general de la relatividad de Einstein —que nos sirve para explicar y predecir los movimientos de las estrellas y galaxias (entre otros)— como la teoría cuántica —que permite entender el comportamiento de los sistemas atómicos y subatómicos—, los dos grandes marcos con los que comprendemos la física, se quedan “cortas”.
¿Qué hacemos entonces? La búsqueda de una “teoría cuántica de la gravedad” provocó que, desde 1960, muchas físicas y físicos estén desarrollando una teoría particular que busca unificar ambas, que hasta ahora son demostrables pero incompatibles.
Se le ha llamado teoría de cuerdas y, junto a una extensión de ésta, la teoría M, pretenden explicar todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza en un solo marco teórico. Nada más y nada menos.
La teoría de cuerdas propone que, en vez de ser partículas puntuales, los objetos básicos de la materia serían hebras o cuerdas que varían de forma —de protón a neutrón, por ejemplo— según cómo vibren. Uno de los modos de vibración fundamentales, dice esta teoría, es el de una partícula llamada gravitón, que es la que transmitiría la interacción gravitatoria.
La teoría de cuerdas aún tiene múltiples desafíos, incógnitas y nuevas predicciones, entre las cuales hay una muy novedosa: proponer un espaciotiempo de diez dimensiones, seis más que las cuatro (largo, ancho, alto y el tiempo) que podemos percibir. En estas dimensiones extra, todavía indetectables con nuestras herramientas, se desenvolverían las zonas de las hebras que no podemos observar.
Al principio me hacían ruido estas otras seis dimensiones extra, pero luego me puse a pensar en que los seres humanos somos físicamente muy limitados sensorialmente. Por ejemplo, con nuestros ojos no podemos ver de noche, mientras que otros animales sí tienen esa capacidad. ¿Será que simplemente aún no tenemos las aptitudes, ni físicas ni tecnológicas, para percibir estas dimensiones adicionales?
Negar su existencia, aunque aún no se pueda demostrar, quizá sea muy precipitado. Einstein, a partir de su teoría de 1915, predijo la existencia de ondas gravitacionales y de agujeros negros. Pero solo después de 100 años se pudo encontrar evidencia experimental de ellos. Es lo que ocurre con todas las teorías disruptivas: cuando las leyes o principios vigentes no alcanzan, hay que buscar unas nuevas. Muchas personas se resisten: ocurrió cuando se planteó que la Tierra no era plana o que el Sol no giraba alrededor nuestro sino que nosotros orbitamos alrededor de él. La teoría de cuerdas puede molestar a algunos, entretener a otros, pero al final se trata de empujar los límites de lo que conocemos.
Si ahora consideramos más de cuatro dimensiones espaciotemporales, podemos encontrar diversos tipos de soluciones de agujeros negros, entre los cuales encontramos “cuerdas negras”. Así tenemos más herramientas para explicarlos y estudiarlos, pues con más dimensiones, las cuerdas negras pueden comportarse de forma diferente a los agujeros negros en 4D, lo que nos amplía los caminos para entenderlos y descifrarlos.
Quienes sospechan de esta teoría me han preguntado: si no puedo medir tus cuerdas negras con más dimensiones, ¿cuál es el beneficio que tiene para la sociedad o para la humanidad? Si bien no se puede medir en términos económicos o en aplicaciones concretas, como un desarrollo de tecnología efectivo, uno está contribuyendo al conocimiento y entendimiento del mundo que nos rodea.
Sé que estas teorías son súper abstractas, y no siempre es fácil conectarlas con la realidad, pero generan un invaluable desarrollo matemático. En la búsqueda de esta unificación de los dos grandes marcos teóricos de la física, se han obtenido muchos beneficios, como nuevas herramientas y conexiones con otras teorías, otras predicciones.
Todavía hay mucho que no sabemos, y se tienen que seguir descubriendo nuevas maneras de explicarlo en el futuro. Por ahora, esta parece ser la teoría más interesante para hacerlo.
Carla Henríquez, doctora en ciencias físicas e investigadora del Centro Multidisciplinario de Física de la Universidad Mayor.
