Astrofísica: “La motivación principal es comprender cómo surge el universo”

San Carlos de Bariloche. El físico argentino Juan Martín Maldacena, residente en Estados Unidos, abordó temas como los agujeros negros y la “teoría del todo”. Lo hizo junto con su director de tesis de Licenciatura en Física, Gerardo Aldazabal.

Egresado del Instituto Balseiro (IB), Maldacena regresa periódicamente a esta ciudad para visitar a sus colegas del grupo de Física de Partículas del Centro Atómico Bariloche (CAB). En la actualidad, es investigador y docente del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, donde trabajó Albert Einstein.

Es un referente a nivel mundial de la teoría de cuerdas y de las preguntas alrededor de la “gravedad cuántica”. Generó un importante impacto en el ámbito de la física cuando planteó la conjetura de correspondencia AdS/CFT, que son las siglas de “Anti-de Sitter” y “Conformal Field Theory” (o teoría de campos). Si bien la “Conjetura Maldacena” es una propuesta teórica, se suele mencionar a su autor como “candidato” a Premio Nobel.

Por su parte, Gerardo Aldazabal egresó de la misma carrera del Balseiro en 1981 y es profesor en este instituto e investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) en el Centro Andino Bariloche.

En esta entrevista, Maldacena y Aldazabal entablan un diálogo sobre la física de los agujeros negros y el fenómeno del “horizonte”, entre otras cuestiones, algo complejas, pero que resultan una aproximación a las ideas de la física teórica relatadas por fuentes de “primera mano”.

-¿Por qué es tan importante encontrar una “teoría del todo”, que combine la teoría de la mecánica cuántica y la relatividad general?

-Maldacena: La naturaleza, a distancias muy pequeñas, se comporta de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. Todas las partículas elementales que están dentro de los átomos se gobiernan bajo esas leyes de interacción cuántica. Son unas nuevas leyes de la mecánica que trascienden las de Newton; son un poco distintas. La teoría de Einstein, por otro lado, habla de qué pasa con objetos muy pesados, como la Tierra, y que curvan el espacio-tiempo. En la teoría de Einstein, el espacio-tiempo se vuelve dinámico: puede oscilar, tener sus vibraciones y, como cualquier otro sistema dinámico, esperamos que a distancias muy pequeñas se comporte de forma cuántica.

-¿Cuál es la motivación principal de pensar una teoría “del todo”?

-Maldacena: La motivación principal es comprender el principio del Big Bang, o sea, cómo surge el universo. Porque, al inicio, todo el universo estaba ocupando un espacio muy pequeño. Entonces las leyes de la mecánica cuántica eran importantes. De hecho, hay efectos cuánticos que se cree que son cruciales para la formación de la estructura del universo, como la que se está viendo ahora con la radiación cósmica de fondo. Si el universo hubiera sido perfectamente uniforme, no se hubieran formado las galaxias… Unas pequeñas inhomogeneidades que, después, las interacciones gravitatorias fueron amplificando, fueron creando las galaxias, las estrellas, los planetas, etcétera. Se cree que esas fluctuaciones primordiales se deben a efectos cuánticos.

-¿Por qué se llama teoría de “cuerdas”?

-Aldazabal: Cuando uno quiere estudiar las interacciones entre partículas, como decía Juan Martín, en general a velocidades relativistas, es decir mucho más grandes que las usuales, cercanas a la velocidad de la luz, uno tiene una herramienta que es la teoría de campos. En esta teoría, los objetos más importantes o fundamentales son partículas puntuales. Hablamos de cuerdas porque los objetos ya no son puntuales sino que son objetos extendidos, como hilitos, que vibran y que interactúan.

-¿Por qué siempre se menciona a los agujeros negros al hablar de teoría de cuerdas?

-Maldacena: Habíamos hablado al principio de la teoría del Big Bang, donde todo el universo era muy pequeño y luego se expande. En el interior del agujero negro, también todo el espacio se contrae.

-El espacio-tiempo se curva o se “hunde” cuando hay algo con mucha masa, como un agujero negro…

-Maldacena: Sí, provoca esto que llamamos agujero negro, que es una región del espacio en donde la fuerza gravitatoria es tan importante que hay regiones que no pueden comunicarse con el exterior. En una superficie imaginaria, a la que llamamos “el horizonte”, si uno la cruza no puede volver a salir. Pero nada especial ocurre en el horizonte. Uno pasa y no siente nada. Pero una vez que uno lo cruza, todo el espacio alrededor se empieza a contraer y uno termina siendo aplastado en el centro. En vez de un Big Bang, hay un Big Crunch…

-Einstein lo intentó explicar con el tema de la singularidad gravitacional, ¿no?

-Maldacena: Einstein realmente no entendió qué eran los agujeros negros. Acá vamos a la historia de los agujeros negros. Poco tiempo después de que Einstein escribiera sus ecuaciones, Schwarzschild encontró la solución que ahora llamamos agujero negro. Él la encontró en unas coordenadas donde parecía que el horizonte era singular. A Einstein no le gustó que sus ecuaciones no funcionaran en el horizonte y pensó que quizás se debía a que Schwarzschild había asumido que todo era esféricamente simétrico y que por ahí si no fuera simétrico no pasaría… Dio lugar a discusiones.

-¿Qué tipo de discusiones?

-Maldacena: Lemaitre y otros encontraron que el horizonte en realidad no era singular, o sea que uno podía pasar a través del horizonte y nada le pasaba. En los años 30, Oppenheimer y Snyder encontraron que una estrella podía colapsar en un agujero negro y que nada especial pasaba cuando uno cruzaba el horizonte. Después realmente no se estudió demasiado hasta los ’60, cuando mucha gente los empezó a estudiar y encontraron que era algo genérico; que, en general, aunque no fuera esféricamente simétrico, se producía el agujero negro.

-¿Cómo sigue la historia de los agujeros negros?

-Maldacena: Hawking se da cuenta de que cuando uno considera los efectos cuánticos en la cercanía del horizonte, haciendo un cálculo muy parecido al que se hace para las fluctuaciones primordiales, se puede encontrar que los agujeros negros emiten radiación. Esto es, que los agujeros negros se están como evaporando. No es entonces esta visión clásica que todo lo que cae dentro de un agujero negro se lo traga y listo, sino que el agujero negro está emitiendo…

-Hay una pérdida de información…

-Maldacena: Había dos posibilidades. Una es que la mecánica cuántica tenía que ser modificada para incorporar estos efectos; y otra posibilidad es que la mecánica cuántica no se modificaba pero que había que modificar el cálculo de Hawking de alguna manera. Así la gente que trabajaba en teoría de cuerdas logró entender cómo se comportaban los agujeros negros dentro de esa teoría porque, según la teoría de cuerdas, por cómo se la entiende hasta ahora, no modifica la mecánica cuántica. Especialmente, cuando uno ve un agujero negro desde lejos.

-¿Esto está relacionado entonces con el planteo de la “Conjetura Maldacena”?

-Aldazabal: Sí, Juan Martín planteó una equivalencia entre la teoría de campos, que es una teoría de partículas, lo que decía al principio sobre objetos puntuales, con la gravedad de un espacio Anti-de Sitter, que es el origen de la Conjetura, que relaciona la teoría de campos con una teoría de la gravedad en un espacio particular: el Ads, el Anti-de Sitter, un espacio de curvatura negativa. Entre otras cuestiones, una de las motivaciones es ver cómo surge el universo.

* Comunicación y Prensa. Instituto Balseiro. CNEA-UNCuyo.

- Producción y edición: Miguel Títiro.