La teoría físico-matemática de las supercuerdas. Entrevista

Dos entrevistas recientes con el joven físico y matemático Marcos Mariño, miembro del Consejo Editorial de SINPERMISO, uno de los 11 españoles invitados como conferenciantes en el último Congreso Internacional de Matemáticas, celebrado en agosto pasado en Madrid.

1 Entrevista en el Boletín del Congreso Internacional de Matemáticos (agosto 2006): sobre la teoría físico-matemática de las supercuerdas

Marcos Mariño Beiras (Santiago de Compostela, 1970) se doctoró en física teórica en su ciudad natal en 1996. Tras realizar estancias de investigación en Yale, Rutgers y Harvard, en la actualidad es investigador del Departamento de Física del CERN, en Ginebra, y profesor asociado en Lisboa. Su campo de trabajo es la teoría de cuerdas, el más ambicioso intento de descripción del mundo físico y de unificación de las interacciones, incluida la gravedad. De los últimos avances en este tema hablará en el ICM2006 como conferenciante invitado.

La teoría de cuerdas gozó de cierta popularidad hace casi dos décadas, pero en los medios de comunicación ya no se habla mucho de ella ¿sigue ofreciendo trabajo en la actualidad a los investigadores?
La teoría de cuerdas sigue gozando de una gran popularidad entre los físicos y los matemáticos. Hay que recordar que surgió como la única teoría unificada de las partículas y las interacciones entre partículas capaz de incorporar la  gravedad de manera consistente con las leyes de la mecánica cuántica. Antes incluso de plantearse si una teoría de este tipo está de acuerdo con la realidad física, hay que establecer que es internamente consistente. Lo que ocurrió hace dos décadas fue que tuvimos las primeras indicaciones claras de que la teoría de cuerdas sí lo era. Este hecho despertó un interés enorme por esta teoría, y desde entonces no ha dejado de desarrollarse en direcciones muy variadas. Hoy por hoy, sigue siendo la única teoría unificada consistente que conocemos, y a mi entender, aunque hay físicos que no estarían de acuerdo con mi afirmación, la única teoría cuántica de la gravedad consistente.
¿En qué cuestiones concretas se trabaja?
Esquematizando un poco, podríamos decir que hoy en día ofrece cuatro grandes grupos de problemas o líneas de investigación: primero, como una  teoría unificada de partículas e interacciones; fuente de inspiración para nuevos desarrollos en física de partículas. Segundo, como teoría cuántica de la gravedad, con aplicaciones a la física de agujeros negros. Tercero, como una descripción de los aspectos más complicados de la interacción llamada fuerte, que es la responsable de las fuerzas que mantienen unidos los núcleos atómicos. Y por último, como fuente de problemas y conjeturas en varias áreas de la matemática, en particular la geometría algebraica, la teoría de nudos, la teoría de representaciones, e incluso algunos aspectos de la teoría de números.
¿Tienen aplicación en otras disciplinas los desarrollos matemáticos de la
teoría de cuerdas?
La teoría de cuerdas ha tenido desde sus comienzos un diálogo muy fructífero con otras disciplinas de la física, como la física estadística, la cosmología, la relatividad general... Al tratarse de una teoría fundamental, ha tenido menos impacto en la física aplicada y en otras ciencias naturales. Pero estas interacciones con otras disciplinas básicas de la física la heredó de la física de partículas, que también ha tenido una relación de fertilización mutua con la física estadística y la cosmología. Lo que es cualitativamente nuevo en la teoría de cuerdas es la relación con áreas de la matemática como la topología de bajas dimensiones y la geometría enumerativa. Tradicionalmente, la teoría de campos ha tenido como interlocutor matemático el análisis funcional, que en la teoría de cuerdas juega actualmente un papel muy secundario.
¿Hasta qué punto cree usted que la realidad última del mundo físico se ajusta a la teoría de cuerdas?
En cierto sentido, el mundo que predice la teoría de cuerdas se parece
mucho al mundo que observamos. Por ejemplo, no 'asume' que existe la fuerza de la gravedad, sino que la 'predice' como una consecuencia inevitable de su estructura. Sin embargo, hay muchas cosas en el mundo que conocemos que a priori no son como la teoría de cuerdas nos dice. Por ejemplo, que el universo tiene nueve dimensiones espaciales, mientras que nosotros sólo observamos tres. Es posible que estas seis dimensiones extra predichas por la teoría estén ahí, pero que sean demasiado pequeñas para ser observadas, y quizá los experimentos en el LHC (el acelerador que se está construyendo en Ginebra) nos den alguna indicación sobre esas dimensiones extra.
Muchos colegas míos tienen una fe inquebrantable en la pertinencia de la teoría de cuerdas como descripción fundamental del mundo físico, pero en este punto yo me considero más bien un agnóstico. Es posible que las versiones de la teoría de cuerdas que conocemos no sean la respuesta última al problema de la unificación y de la gravedad cuántica, pero estoy tentado a pensar que si la respuesta es radicalmente distinta, entonces será también radicalmente distinta a la mecánica cuántica y a la relatividad general. En cualquier caso, mi agnosticismo se refiere mayormente a los aspectos de descripción unificada de fuerzas y partículas incluyendo la gravedad. Incluso si esto resultase no ser completamente cierto, la teoría de cuerdas tal y como la conocemos ahora sobrevivirá con toda seguridad como uno de los objetos matemáticos más ricos y productivos que se conocen, y muy probablemente también como una teoría de las interacciones fuertes. Estos son aspectos que se olvidan a veces cuando se habla de la teoría de cuerdas y que para mí justifican con creces por sí solos la inversión de talento y recursos que se hace en ella.
¿Conseguirán algún día que la teoría de cuerdas genere una predicción que pueda ser comprobada experimentalmente?
Esperemos que sí.

¿Hasta qué punto es importante poder realizar dicha comprobación?
Por supuesto, si la teoría de cuerdas pretende describir la realidad, debe ser capaz de hacer en algún momento alguna predicción falsable, en el sentido
popperiano. Mi escenario preferido es aquel en que haga una predicción sobre el comportamiento de la fuerza de la gravedad que no se puede justificar de ningún otro modo y que sea observado experimentalmente. Teniendo en cuenta que la teoría de cuerdas es el único marco que conozco que nos permite describir de manera precisa el comportamiento cuántico de los agujeros negros, es posible que sea la física de agujeros negros el dominio donde tenga lugar esa tan ansiada verificación experimental. Pero insisto de nuevo en que esto afecta mayormente a los dos primeros puntos que señalé antes. En cierto sentido, la teoría de cuerdas ha hecho ya un gran número de predicciones en las matemáticas, que han resultado ser sorprendentemente ciertas.

¿Se vislumbra alguna aplicación práctica de semejante trabajo?
Mientras no haya evidencia experimental de la teoría es difícil que haya  aplicaciones prácticas en el sentido corriente de la palabra...

A lo largo de la historia, la física y la matemática han mantenido un diálogo fructífero para ambas. En ocasiones la matemática se ha adelantado proponiendo ideas abstractas que han encontrado acomodo en la física, y en otras la física ha planteado problemas que ha obligado a los matemáticos a desarrollar nuevas herramientas para responderlas. ¿En qué momento nos encontramos ahora mismo?
En lo que respecta a la teoría de cuerdas y a algunos desarrollos muy próximos a ella, como las llamadas teorías topológicas de campos, se dan ambos aspectos de este diálogo que usted menciona. Pero creo que además se produce una relación bastante novedosa: la teoría de cuerdas plantea a la matemática, además de problemas, respuestas, es decir, conjeturas extremadamente precisas que los matemáticos eventualmente llegan a probar rigurosamente, desarrollando a veces técnicas nuevas para ello. Por ejemplo, en 1994 Edward Witten conjeturó, utilizando argumentos basados en la teoría topológica de campos, que los llamados invariantes topológicos de Donaldson (que éste había introducido desde un punto de vista matemático y que eran notoriamente difíciles de calcular) podían expresarse en términos de unos invariantes nuevos, llamados de Seiberg-Witten, mucho más fáciles de calcular. Esto revolucionó la topología diferencial de los espacios de cuatro dimensiones, y aunque nadie duda de que esta conjetura de Witten sea cierta, todavía no se tiene una prueba completa desde un punto de vista matemático. En conclusión, la teoría de cuerdas ha tenido y sigue teniendo un impacto enorme  en la matemática pura. Es importante notar que muchos de los matemáticos que han sido galardonados con la medalla Fields en los últimos años lo han sido por trabajos muy relacionados con la teoría de cuerdas: Kontsevich, Donaldson, Borcherds, Jones, y por supuesto el propio Witten. Esperemos que esta relación continúe siendo igual de fértil en el futuro.

2 Entrevista sobre el estado de la ciencia en España (Faro de Vigo, 27 de agosto de 2006)

Mariño, uno de los once españoles invitados a dar una conferencia en el Congreso Internacional de Matemáticos, fue rechazado como profesor de Física en Santiago
Vaqueros, camiseta y zapatillas. Así se enfrentó ayer Marcos Mariño (Santiago, 1970) al numeroso público que acudió a escuchar su disertación en el marco del Congreso Internacional de Matemáticos. Experto en la abstrusa teoría de cuerdas, nacionalista y de izquierdas, ejerce de gallego, como demuestra el texto de su camiseta ( I love polbo, faga o favor de pasarme o sal ), pero no ha sido profeta en su tierra. Tras doctorarse en Santiago, completó su formación en Yale, Rutgers y Harvard, y actualmente trabaja en el departamento de Física del CERN de Ginebra y en el de Matemáticas del Instituto Superior Técnico de Lisboa. Es uno de los once españoles que tienen el privilegio de pronunciar una conferencia en el congreso.
­­¿Llama la atención que alguien con un currículo como el suyo no tenga cabida en Santiago?
Irse fuera de España para hacer investigación es muy bueno, el problema es volver. Se habla de la fuga de cerebros porque los tientan de otros lugares, pero a veces es al contrario, la gente quiere volver a su país y no le dejan. Yo me presenté a una plaza de profesor titular de Física en Santiago en 1999 y no me la dieron. En el 2003 pensé en repetirlo, pero no lo hice, porque me llegaron señales de que no me la iban a dar.
¿Cuáles son los motivos?
Hay personas en el departamento de Santiago que piensan que la línea de investigación en la que yo trabajo, la teoría de cuerdas, no es interesante y no la quieren fomentar. No se atiende a los méritos de los candidatos, las plazas están dadas de antemano y consideran un desafío si te presentas sin que te hayan llamado. Por eso me han puesto en la lista negra.
Pero debe ser importante cuando a usted lo han invitado a dar su conferencia. ¿En qué consiste la teoría de cuerdas?
Es la única teoría que hace compatibles la fuerza de la gravedad que describió Einstein con la física cuántica. Normalmente los científicos ven las partículas como puntos que no tienen dimensión, pero la teoría de cuerdas las ve como círculos cerrados, como cuerdas. Esto hace que milagrosamente la teoría de la gravedad y las leyes de la física cuántica casen. El problema es que aún no se ha verificado experimentalmente de una forma clara.
Es decir, que lo que la comunidad científica considera muy relevante se desprecia en Santiago.
No es muy corriente que alguien doctorado allí, al que se le ha ofrecido un posdoctorado en Harvard y ha estudiado Yale y Rutgers, que son la elite en EE.UU., no consiga un puesto de trabajo en Santiago, que sea más fácil lograrlo en Harvard que en una universidad española.
¿Desperdicia Galicia a sus talentos científicos?
Galicia ha hecho un enorme esfuerzo por formar gente que no encuentra trabajo allí. Hemos pasado del nivel de subdesarrollo 1 al nivel de subdesarrollo 2: Galicia produce mucha gente formada para la exportación. Hay un flujo de gente, decenas de miles de jóvenes, que no encuentran trabajo en Galicia. Se ha producido una perversión que consiste en educar a mucha gente sin tener un tejido productivo, económico y cultural que permita que se integre.

Marcos Mariño, miembro del Consejo Editorial de SINPERMISO, trabaja en el Centro de investigación en física teórica de Ginebra (CERN)

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