La respuesta a la eterna pregunta de qué es lo más pequeño del universo ha evolucionado junto con la humanidad. Antes se pensaba que los granos de arena eran los bloques de construcción de lo que vemos a nuestro alrededor. Luego se descubrió el átomo, y se pensó que era indivisible, hasta que se dividió para revelar protones, neutrones y electrones en su interior. Estos también parecían partículas fundamentales, antes de que los científicos descubrieran que los protones y los neutrones están formados por tres quarks cada uno.

«Esta vez no hemos podido ver ninguna prueba de que haya algo dentro de los quarks», dijo el físico Andy Parker. «¿Hemos llegado a la capa más fundamental de la materia?»

Y aunque los quarks y los electrones sean indivisibles, dijo Parker, los científicos no saben si son los trozos de materia más pequeños que existen, o si el universo contiene objetos aún más diminutos.

Parker, profesor de física de altas energías en la Universidad inglesa de Cambridge, presentó recientemente un especial de televisión en el canal británico BBC Two titulado «Horizonte: ¿Qué tan pequeño es el universo?»

¿Cuerdas o puntos?

En los experimentos, partículas diminutas como los quarks y los electrones parecen actuar como puntos individuales de materia sin distribución espacial. Pero los objetos puntuales complican las leyes de la física. Al poder acercarse infinitamente a un punto, las fuerzas que actúan sobre él pueden ser infinitamente grandes, y los científicos odian los infinitos.

Una idea llamada teoría de supercuerdas podría resolver este problema. La teoría postula que todas las partículas, en lugar de ser puntuales, son en realidad pequeños bucles de cuerda. Nada puede acercarse infinitamente a un bucle de cuerda, porque siempre estará ligeramente más cerca de una parte que de otra. Esa «laguna» parece resolver algunos de estos problemas de infinitud, lo que hace que la idea sea atractiva para los físicos. Sin embargo, los científicos aún no tienen pruebas experimentales de que la teoría de las cuerdas sea correcta.

Otra forma de resolver el problema de los puntos es decir que el propio espacio no es continuo y liso, sino que en realidad está hecho de píxeles discretos, o granos, a los que a veces se denomina espuma del espacio-tiempo. En ese caso, dos partículas no podrían acercarse infinitamente la una a la otra porque siempre tendrían que estar separadas por el tamaño mínimo de un grano de espacio.

Una singularidad

Otro aspirante al título de cosa más pequeña del universo es la singularidad en el centro de un agujero negro. Los agujeros negros se forman cuando la materia se condensa en un espacio lo suficientemente pequeño como para que la gravedad se imponga, haciendo que la materia tire cada vez más hacia dentro, condensándose finalmente en un único punto de densidad infinita. Al menos, según las leyes actuales de la física.

Pero la mayoría de los expertos no creen que los agujeros negros sean realmente infinitamente densos. Creen que esta infinidad es producto de un conflicto inherente entre dos teorías reinantes -la relatividad general y la mecánica cuántica- y que cuando se pueda formular una teoría de la gravedad cuántica, se revelará la verdadera naturaleza de los agujeros negros.

«Mi opinión es que son bastante más pequeños que un quark, pero no creo que tengan una densidad infinita», dijo Parker a LiveScience. «Lo más probable es que sean tal vez un millón de veces o incluso más pequeñas que las distancias que hemos visto hasta ahora».

Eso haría que las singularidades tuvieran aproximadamente el tamaño de las supercuerdas, si es que existen.

La longitud de Planck

Las supercuerdas, las singularidades e incluso los granos del universo podrían resultar ser del tamaño de la «longitud de Planck».

Una longitud de Planck es 1,6 x 10^-35 metros (el número 16 precedido de 34 ceros y un punto decimal) – una escala incomprensiblemente pequeña que está implicada en varios aspectos de la física.

La longitud de Planck es, de lejos, demasiado pequeña para que la pueda medir cualquier instrumento, pero más allá de eso, se cree que representa el límite teórico de la longitud más corta medible. Según el principio de incertidumbre, ningún instrumento debería ser capaz de medir nada más pequeño, porque en ese rango, el universo es probabilístico e indeterminado.

También se cree que esta escala es la línea de demarcación entre la relatividad general y la mecánica cuántica.

«Corresponde a la distancia en la que el campo gravitatorio es tan fuerte que puede empezar a hacer cosas como crear agujeros negros con la energía del campo», dijo Parker. «A la longitud de Planck esperamos que la gravedad cuántica tome el control».

Tal vez todas las cosas más pequeñas del universo tengan aproximadamente el tamaño de la longitud de Planck.

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