Hi ha alguna teoria que ho expliqui tot? Tota l’evolució de la matèria a petita i gran escala, el seu comportament i les seves propietats? Una teoria que pugui unificar les 4 forces conegudes? Què va originar el Big Bang? Què va provocar aquesta gran explosió que va suposar la creació de nostre univers? La recerca de la resposta a aquestes preguntes ha donat pas a la investigació de noves i apassionants teories, amb conceptes tant misteriosos com poden ser les dimensions desconegudes o els universos paral·lels. Però com s’ha arribat fins aquest punt? D’on surten aquests conceptes que segurament escapen al nostre enteniment? Com sempre, anem pas a pas.

La relativitat general d’Einstein i la mecànica quàntica (branca de la física sorgida a principis del segle XX) són els dos pilars de la física moderna, però descriuen universos totalment diferents. L’accidental i caòtic món de les partícules subatòmiques que estudia la mecànica quàntica està en contraposició a l’equilibri que ens descriu la relativitat general, respecte a la matèria a gran escala. Les fórmules matemàtiques d’ambdues teories no es poden unir. Einstein ho va intentar sense èxit a finals del anys 70 del segle XX, abans de morir.

La famosa teoria de la relativitat general ha ajudat a estudiar el comportament d’estrelles i galàxies, i la seva relació amb la força de la gravetat. Mentre que la mecànica quàntica ha permés aprofundir en l’estudi de la matèria a petita escala (partícules fonamentals i subatòmiques) i la seva relació amb les altres tres forces conegudes: l’electromagnetisme (força productora de l’electricitat, de la llum i de l’atracció magnética), la força nuclear forta (força encarregada de mantener units els protons i els electrons en els àtoms) i la força nuclear dèbil (força causant de la descomposició radioactiva). Tots els aconteixements del nostre univers, des de la divisió d’un àtom fins a la creació d’una estrella, es deuen a la relació d’aquestes forces amb la matèria.

Trobar una teoria que unifiqui la mecànica quàntica i la relativitat general ha sigut el centre d’interés de gran part dels físics moderns durant les últimes dècades. En aquest context, als anys 80 del segle XX, es van donar a conéixer les bases matemàtiques per a la creació d’una nova teoria que pretenia donar resposta a aquestes qüestions: la Teoria de Cordes.

Aquesta teoria deia que tota la matèria de l’univers i totes les forces conegudes estarien formades per uns minúsculs fils d’energia serpentajants que els físics van anomenar “cordes”. El tamany d’aquestes cordes seria molt més petit que el de les partícules fonamentals. De fet, si agrandíssim un àtom fins a assolir el tamany del Sistema Solar, una d’aquestes cordes seria tant gran com un àrbre. Les diferents formes de serpenteig de les cordes representarien les diferents partícules fonamentals, amb les seves masses i càrregues. És a dir que cada massa o energia quàntica representaria el to armònic de la vibració d’una minúscula corda.

Aquesta extraordinària teoria matemàtica anava molt més lluny d’alló que ens era conegut, ja que plantejava, no només una nova forma d’entendre la matèria i l’energia del nostre univers, sinó també l‘existència de 6 dimensions adicionals a les 4 ja conegudes. És a dir que, per a què les complicades equacions que plantejava la Teoria de Cordes quadressin, era necessària l’existència de 10 dimensions!

Era un moment de gran expectació. Gran part dels físics moderns s’atrevien a pensar que havien descobert les bases matemàtiques per englobar les 4 forces de l’univers. Una teoria del tot era possible!

Però a mesura que es va anar aprofundint en l’estudi d’aquesta teoria els resultats van ser més i més complexos. La Teoria de Cordes no va ser capaç d’explicar com s’havia produït la singularitat del Big Bang. A més, van arribar a aparéixer 5 versions diferents de la teoria en qüestió, la qual cosa resultava una mica incòmode pels seus defensors ja que, pretendre explicar una teoria del tot de 5 formes diferents no tenia gaire sentit.

El 1995 però, en una conferència celebrada al sud de Califòrnia, la Teoria de Cordes va donar un nou gir de la mà del físic teòric de Maryland (EUA) Edward Witten, el qual va exposar una nova versió de la teoria que resultaria revolucionària. Ed Witten, un dels físics teòrics més importants i respectats de l’actualitat, va demostrar que aquelles 5 variants de la Teoria de Cordes eren només 5 enfocs diferents sobre un mateix concepte, 5 manifestacions diferents d’una teoria fonamental i única. Les esperances de consolidar una teoria del tot renaixien de nou.

Els nous càlculs matemàtics que va exposar Ed Witten van fer anar la Teoria de Cordes un pas més enllà, ja que descrivia l’existència d’una onzena dimensió. Aquesta permetria que les esmentades cordes s’estiressin formant una mena de membranes de 3 o més dimensions les quals, amb l’energia suficient, podrien assolir un tamany gegantí, potser tan gran com el nostre univers! La Teoria de Cordes derivava, per tant, en una teoria més complexa: la Teoria M (la M pot fer referència a diferents termes com: membrana, màgia, misteri, etc).

Segons la Teoria M el nostre univers podria estar dins d’una membrana allotjada en un espai molt més gran i amb més dimensions. En aquest context, hi podria haver un nombre infinit de membranes en moviment cada una de les quals, representaria un univers paral·lel. Alguns d’aquest universos paral·lels podrien ser com el nostre, amb matèria i amb diferents formes de vida existents. D’altres però, podrien ser molt més extranys als nostres ulls, i estar regits per unes lleis de la física totalment diferents a les nostres.

Tots aquests universos paral·lels existirien en les dimensions adicionals que contempla la Teoria M. Però, per què no en som conscients? Com és que no podem veure ni tocar aquestes “altres” dimensions? Si una membrana està situada en una altra dimensió de l’espai (que no podem veure) i els àtoms que conté no en poden sortir, seria com volguer tocar quelcom que no podem assolir. Imagineu-vos que el nostre univers és una torrada i que tota la matèria que conté és mantega escampada per sobre. Aquesta matèria es pot extendre per tota la torrada, però està adherida a ella, no la pot abandonar per molt que es mogui.

Quelcom molt diferent podria passar amb la gravetat. Lisa Randall, física teòrica novaiorquesa que imparteix classes a la Universitat de Harvard, va reflexionar sobre el fet que la gravetat era una força molt dèbil en comparació a les demés forces conegudes. Podria ser que la gravetat repartís la seva força per cada una de les dimensions existents. En aquest cas, i tornant al símil de la torrada, podríem entendre la gravetat com si fos sucre enlloc de mantega. Aquesta es podria desprendre sense problemes de la superficie de la torrada repartint la seva força.

Però per què la gravetat podria tenir un comportament tant diferent? La Teoria M dóna una resposta a aquesta pregunta. Es tracta de la forma. Des del principi els estudiosos de la Teoria de Cordes es van centrar en l’anàlisi de cordes elàstiques tancades, com si fossin llaços vibrants. Però amb la Teoria M l’interés va anar cap a un altre tipus de cordes. Actualment es creu que tant la matèria com la llum es composen de cordes obertes els extrems de les quals estan subjectes a la nostra membrana tridimensional. La gravetat diferiria en aquest sentit ja que estaria representada per cordes tancades anomenades gravitons. Al formar un cercle tancat aquestes cordes serien lliures d’escapar cap a altres dimensions. La força de la gravetat s’aniria diluïnt i semblaria més dèbil que les demés forces.

Sembla que la Teoria M podria convertir-se en la desitjada teoria de tot però, com explica la singularitat que va originar el Big Bang? Els universos paral·lels no serien estàtics, podrien moure’s però no tindrien gaire espai per a fer-ho. Per tant, podria ser que xoquessin entre ells. La colisió entre aquestes membranes podria produir totes les condicions d’un univers primitiu. El Big Bang seria, per tant, la conseqüència d’un xoc entre universos paral·lels. Les membranes no serien del tot planes sinó que efectuarien un moviment ondulatori xocant entre elles en diferents punts i moments. Les ones provocades per aquestes colisions es transmetrien en forma de matèria real. Així, si la Teoria M quedés demostrada, potser s’estaria produïnt un Big Bang en aquest moment.

Per tant, es vol abandonar la idea del punt de partida sorgit del no res, aquella singularitat a partir de la qual s’originaria el Big Bang. La Teoria M pretén portar les lleis de física fins a explicar l’abans del Big Bang, convertint-se, així, en l’anhelda teoria del tot. Qui sap, potser només som una membrana més enmig d’un multivers infinit.

Aquesta apassionant teoria segueix avançant en l’actualitat, però val a dir que les seves bases només són matemàtiques. No està complentament desenvolupada. Tot són hipòtesis matemàtiques no demostrades en la vida real. Ningú ha vist mai una corda i ningú sap com comprovar-ne l’existència amb seguretat. Aquest fet però, no impedeix que sigui un dels temes en què més es treballa avui en dia.