Korden teoria: gorpuzten ez den ametsa

Urte asko daramatzagu korden teoriari buruz entzuten (string theory ingelesez). Fisika teorikoaren azken helmugatzat hartu da, naturaren lege fisiko sakonenak azaleratuko dituen teoriatzat.

Fisika teorikoan, eredu estandarra eta erlatibitate orokorra dira gaur egun esperimentu bidez egiaztatu diren bi teoria nagusiak. Lehenak mundu mikroskopikoa eta kuantikoa deskribatzen ditu; bigarrenak eskala astronomikoan eragiten duen elkarrekintza grabitazionala. Hamarkadak daramatzate fisikariek bi teoriak elkartu nahian, guztiaren teoria izango litzatekeenaren bila, eta korden teoria da bilaketa horretan interes gehien piztu duena.

Bederatzi espazio-dimentsio

Korden teoria 1980ko hamarkadan egituratu zen. Harrezkero bi iraultza izan ditu eta etengabeko bilakaeran dago, baina, funtsean, protoiak eta elektroiak baina askoz txikiagoak diren korda dimentsiobakarretan oinarritzen da. Korda horiek izango lirateke materia guztiaren osagai bakar eta ezinbesteko. Kordek dar-dar egingo lukete, eta, bibrazio horren frekuentziaren arabera, korda bakoitzak oinarrizko partikula bat edo beste (elektroiak, grabitoiak, neutrinoak, etab.) irudikatuko luke. Hau da, elektroi bat frekuentzia konkretu batez dar-dar egiten duen korda bat besterik ez litzateke izango.

Arazo bat du, ordea, korden teoriak. Korden deskribapenak emaitza zentzugabeak ematen ditu hiru espazio-dimentsiotan adierazten bada; matematikoki teoria egokia izateko, kordek bederatzi espazio-dimentsiotan bizi behar dute. Non daude dimentsio horiek gure egunerokotasunean hiru besterik ez baditugu? Bada, falta diren sei dimentsioak euren baitan kiribilduta daudela esaten da. Analogia batez ulertzen da hoberen zer esan nahi duen kiribiltze horrek.

1. irudia. Gertutik begiratuta, inurria bi dimentsio espazialetan mugitu daiteke. Dimentsioetako bat kiribildua badago eta oso txikia bada, urrunetik begiratuta inurria dimentsio bakarrean dabilela dirudi. Arg. Aitor Erguin Dorronsoro.

Demagun inurri bat lorategiko ur-tutu baten gainazalean bizi dela. Inurriaren ibilera bi dimentsiotan gertatzen da: tutuan aurrera eta atzera, eta eskuin-ezker. Eskuin edo ezker ekiten badio, tutuaren zirkunferentzian buelta ematen hasiko da, eta, norabidea mantenduz gero, hasierako toki berera itzuliko da. Demagun orain inurriak bizkarrean argi gorri bat duela, eta 10 metro altu den etxe baten teilatutik inurriaren ibilerari begira gaudela. Distantzia horretatik ez zaio antzematen tutuaren lodierari: beraz, ez da ikusten inurriaren eskuin-ezker ibilera. Aurrera eta atzerako ibilera, berriz, tutuaren luzeran egiten denez, bai nabarmentzen da (1. irudia).

Korden teoriaren arabera, gizakiok goiko analogiako teilatuan bizi gara. Teilatutik inurriaren ibilian dimentsio bakarra ikusten bada ere, naturan hiru di­mentsio hautematen ditugu. Baina inurriaren kasuan eskala txikiago batean dimentsio kiribildu gehigarri bat baden moduan, beretzat ezker-eskuin dena, naturan ere sei dimentsio kiribildu mikroskopiko egongo lirateke, hain txikiak ezen ezin ditugun neurtu edo behatu.

Supersimetria

Matematikoki sendoa eta askoren ustez ederra da korden teoria, eta edertasunak balio handia du teoria berriak epaitzeko garaian. Baina, ederra izateaz gain, teoria batek iragarpen egiaztagarriak ere egin behar ditu fisikarien artean onartuko bada, eta hortxe dago korden teoriaren arazo nagusia. 40 urtean ez da behaketa edo esperimenturik egin korden teoria egiaztatuko lukeenik. Erlatibitate orokorrak iragarri zituen grabitazio-uhinak 100 urte geroago behatu ziren lehen aldiz; beraz, oraindik garaiz gaude korden teoria epaitzeko. Arazoa da ez gaudela behaketak egiteko teknologia hobe baten zain, baizik eta korden teoria bera ez dela gai esperimentalki egiazta daitezkeen iragarpen konkretuak egiteko. Oso urrun dago teoria formal eta oso bat izatetik, eta, formulazio zehatzik ez duen heinean, ezin du naturari buruzko iragarpenik eman.

2. irudia. Kordak itxiak edo irekiak izan daitezke, eta zenbait modutan koka daitezke espazioan. Irudian, bi dimentsioko espazio batean, non bat kiribildua dagoen, kordak koka daitezkeen moduetako batzuk. Arg. Aitor Erguin Dorronsoro

Bederatzi dimentsioz gain, zentzua izango badu, fisikariek supersimetria deritzoten ezaugarri bat behar du. Naturak ezaugarri hori baldin badu, gaur egun ezagutzen dugun oinarrizko partikula bakoitzak bikote supersimetriko bat izan behar luke. Elektroiaren bikote supersimetrikoa, adibidez, selektroia litzateke. Esperantza zegoen kordazaleen artean LHCko (Large Hadron Collider, Genevan dagoen partikula-azeleragailu erraldoia) azken esperimentuetan partikula supersimetrikoak azaleratuko zirela, 2012an Higgs bosoia azaleratu zen bezala. Emaitzek, ordea, ez dute partikula horien zantzurik eman, eta supersimetriaren bilaketa energia handiagoko esperimentuen zain geratu da.

Printzipio antropikoa eta multibertsoa

Korden teoriak naturari buruzko egia sakonenak argitaratuko zituela espero zen, eredu estandarrak azaldu ezin dituen galderei erantzungo ziela, hala nola zergatik duen elektroiak duen masa eta ez beste bat. Urteak pasatu ahala, teoria garatzen ari den heinean, badirudi naturari buruzko iragarpen konkretuak egitetik urruntzen ari dela. Azken ikerketek erakutsi dute nola korden teoriaren mekanismo matematiko eder hori gai den naturako lege fisiko erabat ezberdinak eraikitzeko. Hau da, korden teoria erabat garatuko balitz, iragarriko lituzkeen lege fisikoak ez lirateke gaur egun ikusten ditugunak bakarrik izango (eredu estandarrarekin  eta erlatibitate orokorrarekin bateragarriak), baizik eta, beraren dimentsio espazialak kiribiltzen diren moduaren arabera, edozein lege fisiko aurreikusteko gaitasuna izango luke (3. irudia). Beste modu batera esanda, gai da gure lege fisikoak emaitzatzat emateko, baina gai da, halaber, beste unibertso hipotetiko bateko lege fisiko ezberdin batzuk emaitzatzat emateko. Horri korden paisaia deritzo (string landscape), eta ikergai garrantzitsua da gaur egun.

3. irudia. Calabi-Yau barietate bat. Estruktura horiek dimentsio espazialak kiribildu daitezkeen moduak irudikatzen dituzte. Kiribiltze-modu bakoitzak naturaren lege ezberdinak ematen ditu. Arg. WIkimedia Commons (CC BY-SA 2.5)

Korden teoriak edozein lege fisiko ontzat eman badezake, zergatik ditu unibertsoak guk hautematen ditugun lege fisikoak eta ez beste batzuk? Azken batean, denak dira onargarri korden teoriaren barnean.

Arazo hori korden teoria sortu aurretik ere bazegoen. Zergatik du, adibidez, grabitate-indarrak duen indarra eta ez beste bat? Indar handixeagoa balu, Big Bangaren ondoren materia guztia azkarrago trinkotuko litzateke eta galaxiak eta planetak ez lirateke sortuko. Indar txikixeagoa balu, berriz, materia hori azkarrago barreiatuko litzateke eta orduan ere ez litzateke galaxiarik sortuko. Zergatik du justu indar nahikoa galaxiak, planetak eta gizakiak sortzea ahalbidetzeko? Fisikari gehienek erantzuna lege fisiko sakonenetan aurkitu nahiko lukete, non arrazoi fisiko edo matematikoak egongo liratekeen grabitate-­indarra zehazteko. Baina badago beste aukera bat ere, printzipio antropikoa deritzona, zeinak dioen ezinezkoa dela grabitate-indar ezberdin bat izatea, hala balitz bera behatzeko eta neurtzeko gizakirik egongo ez litzatekeelako. Hau da, grabitate-­indar zehatz bat beharrezkoa bada gizakiak dituen unibertso bat izateko, gizakiak dauden unibertsoan grabitate indar hori bera neurtuko da noski.

Korden teoriaren jarraitzaile asko printzipio antropikoaren aldeko hautua egiten ari dira. Kordek unibertso ezberdin asko esplika ditzakete, baina guk ikus ditzakegun lege fisikoak gizakiok bizirik egotea ahalbideratzen dituzten legeak izango dira, eta ez beste batzuk. Fisikari batzuek diote jarrera hori lege fisiko sakonenen bilaketan etsitzea dela; korden teoria hasieran espero zen emaitzetara iritsi ez denez, oinarrizko lege fisikoak aurkitu ez dituenez, gure naturaren azalpena printzipio antropikoaren arabera uztea dela.

Azken urteetan printzipio antropikoaren erabilerari ere azalpen zientifikoak eman zaizkio. Multibertsoa da horietako bat, non gure unibertsoa beste milioika unibertsoetako bat besterik izango ez litzatekeen. Korden teoria, mekanika kuantikoaren ziurgabetasuna eta inflazio kosmikoari buruzko teoria berrienak uztartuz, zientzialari batzuek uste dute teorikoki posible dela unibertso batetik beste unibertso batzuk sortzea, lege fisiko antzekoak baina ez berberak izango lituzketenak. Hala, bizidunen eboluzioaren teoriaren antzeko prozesu bat gertatuko litzateke unibertsoen artean, eta emaitza milioika unibertso izango lirateke, non bakoitzak lege fisiko ezberdinak lituzkeen. Ikuspegi horretan erraz txertatzen da printzipio antropikoa: lege ezberdinak dituzten unibertso ezberdinak badaude, noski gu gizakiok gizakiak ahalbideratzen dituzten legeak dituen unibertsoan egongo gara.

Teoria berrien beharra

Bere edertasun matematikoaz eta edozein unibertso posible deskribatzeko ahalmenaz gain, korden teoriari iragarpen egiaztagarri bat egitea falta zaio. Orain arte behatu ez den zerbait iragarri edo jada behatu den baina oraingoz azaltzeko gai ez garen efektu bati azalpena eman arte, korden teoria gorpuztu gabeko ideia bat besterik ez da izango, agian erabat okerra errealitatea deskribatzeari dagokionez.

Zientzialari askok galdetzen dute ea zergatik pizten duen oraindik hainbeste interes, 40 urtean iragarpen bakar bat egin ez duenean, eta inoiz iragarpenik egiteko gai izango den ere zalantzan denean. Erantzunetako bat hau da: ez dagoelako egiazko alternatibarik. Badago grabitate kuantikoaren arloa, zeinak grabitatea kuantizatu nahi duen mekanika kuantikoaren barnean txertatzeko eta eredu estandarreko bestelako indarrekin formalismo berean tratatzeko, baina ez daude askoz ideia gehiago eredu estandarretik harago joateko.

Kritikoenak korden teoria erabat baztertzearen alde daude. Programa erabat ahitua dela diote, eta ez duela inoiz emaitzarik lortuko, eta, hala ere, fisikari gazte onenak erakartzen ditu. Ikertzen jarraitzearen errua unibertsitate-sistemari egozten diote: egungo fisika teorikoko departamentuetako buruak korden teorian buru-belarri ibiliak direnez, kordak ikertzeari uztea beren ikerketa-ibilbide osoari muzin egitea izango litzateke, eta korden inguruko gaietara bideratuko lituzkete beka eta laguntza gehienak.

Korden teoriak bere bideari jarraitzen dio, eta hala jarraituko du luzaroan. Inoiz gure natura azaltzeko gai izango den ez dakigunez, ezinbestekoa da beste bide batzuk jorratzeari ez uztea. Ezin da jakin noiz eta nola agertuko den ideia zoro zein berritzaile bat oraindik ditugun misterio eta galderei erantzuteko ahalmena izango duena.

Bibliografia

1. Greene, Brian. 2003. The elegant universe: superstrings, hidden dimensions, and the quest for the ultimate theory.  New York / London: W. W. Norton.
2. Woit, Peter. 2006 Not even wrong. London: Jonathan Cape.
3. Susskind, Leonard. 2006. The cosmic landscape. New York: Hachette Book Group.
4. Kinney, Will. 2022. An infinity of worlds: cosmic inflation and the beginning of the universe. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press.
5. Mukhi, Sunil. 2011. “String theory: a perspective over the last 25 years”.  Classical and Quantum Gravity, 28. 153001.