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2 de Febrero de 2021
Filosofía de la ciencia

Contemplando el final de la física

¿Ha alcanzado la física los límites de lo que podemos descubrir, o las posibilidades no han hecho más que empezar?

James O'Brien/Quanta Magazine

¿Está acabada la física? El siglo XXI suele calificarse como la era de la biología. O de la inteligencia artificial. O de cualquier otro campo emergente. Eso relega a la física al siglo pasado: a los días dorados en que las revoluciones de la relatividad y la mecánica cuántica sacudieron el mundo, y en que el descubrimiento de todo tipo de partículas elementales condujo a una larga serie de premios Nobel. Hoy, sin embargo, crece la preocupación ante un «escenario desértico», en el que no se encontrarán nuevas partículas durante décadas, si es que se encuentra alguna más.

Creo que este punto de vista es erróneo por al menos tres razones. En primer lugar, para ser una disciplina que supuestamente ha dejado atrás su mejor momento, las dos primeras décadas de este siglo se han revelado bastante exitosas para la física. En 2012 vimos el descubrimiento de la partícula de Higgs; en 2015 tuvo lugar la primera detección de ondas gravitacionales (anunciada en 2016), y en 2019 se obtuvo la primera imagen de un agujero negro. Todos estos hitos fueron raros casos de grandes acontecimientos científicos que coparon portadas de periódicos y cautivaron la imaginación del mundo.

Sin embargo, cabría argumentar que el germen de todos esos hallazgos se remonta a los años dorados de la física. Los agujeros negros y las ondas gravitacionales constituyen consecuencias directas de las ecuaciones que Albert Einstein descubrió en 1915. ¿Significa eso que la física se ha quedado sin nuevas ideas?

Esto nos lleva al segundo aspecto. Los últimos avances en cosmología nos permiten afirmar, con bastante certeza, que ignoramos el contenido del 95 por ciento del universo. Estas partes ausentes se conocen como materia y energía oscuras, y ambas representan formas igualmente misteriosas de nueva física. Mientras estos enigmas sigan existiendo —y no son los únicos—, la tarea de la física no habrá concluido. (Aquí cabría añadir que entender el 5 por ciento de un área es, en sí mismo, un logro maravilloso.)

La tercera razón por la que los rumores sobre la muerte de la física han sido enormemente exagerados se debe a un error más fundamental y categórico. Definir el progreso en términos del descubrimiento de nuevas partículas o interacciones es una visión miope de la física. Una que hace caso omiso de gran parte de la disciplina y que subestima en gran medida lo que aún podemos conseguir. De hecho, creo que lo que hemos aprendido hasta ahora no representa más que una fracción insignificante de la física que aún nos queda por descubrir.

La física persigue comprender de forma precisa y matemática todas las manifestaciones de la materia y la energía en el universo. Y, por ahora, apenas hemos comenzado a explorar esa infinidad de posibilidades. Afirmar que la física está acabada equivaldría a sostener que las matemáticas concluyeron con la introducción de los números naturales y la aritmética básica, o que la química llegó a su fin con la aparición de la tabla periódica. Aprender las reglas del ajedrez no convierte a nadie en un gran maestro.

En realidad, el ámbito de las partículas subatómicas no es el único lugar en el que podemos encontrar las leyes fundamentales de la física. Estas pueden también emerger a partir del comportamiento colectivo de un gran número de constituyentes. Un ejemplo sencillo lo hallamos en las ondas sonoras, las oscilaciones sincronizadas de las moléculas que componen la materia. Si aplicamos las leyes de la teoría cuántica, tales ondas pueden describirse en términos de ciertas partículas denominadas «fonones». Estos son paquetes elementales, o «cuantos», de sonido, y su comportamiento resulta similar al de los fotones, o cuantos de luz. De modo que, de manera similar al ficticio barón de Munchausen, que consiguió salir de un pantano tirando de su propia coleta, la física es autosuficiente: puede usarse a sí misma para generar nuevos conocimientos fundamentales, los cuales pueden después plasmarse en matemáticas rigurosas.

Ante la infinidad de sistemas físicos que podríamos construir a partir de los bloques fundamentales del universo que ya conocemos, cabe imaginar una visión invertida de la física. En lugar de estudiar un fenómeno natural y descubrir a partir de él una ley de la naturaleza, podríamos comenzar concibiendo una nueva ley para, después, diseñar un sistema que reproduzca los fenómenos que esta describe. Por ejemplo, la física ha ido mucho más allá de las fases de la materia que se enseñan en la escuela secundaria (sólido, líquido y gas). Las exploraciones teóricas han catalogado todo tipo de potenciales fases «exóticas», posibles gracias a las extrañas consecuencias de la mecánica cuántica, y que ahora podemos comenzar a reproducir en el laboratorio con materiales diseñados a tal efecto.

Todo lo anterior forma parte de un cambio mucho mayor en el propio alcance de la ciencia; un cambio consistente en pasar de estudiar lo que es a estudiar lo que podría ser. Los científicos del siglo XX buscaban los bloques básicos de la realidad: las moléculas, los átomos y las partículas elementales que componen toda la materia; las células, las proteínas y los genes que hacen posible la vida; los bits, los algoritmos y las redes que constituyen la base de la información y la inteligencia, tanto la humana como la artificial. En este siglo, en cambio, comenzaremos a explorar lo que podemos hacer con esos bloques básicos.

Porque, incluso tras 14.000 millones de años de expansión cósmica y tras casi 4.000 millones de años de vida en la Tierra, la naturaleza tan solo ha explorado una pequeñísima fracción de todos los diseños posibles. Como le gusta señalar al biólogo Richard Dawkins, los seres humanos —junto con todos los demás organismos que jamás han existido— somos los afortunados ganadores de una lotería cósmica. De entre un número inconcebible de diseños genéticos posibles, el nuestro fue elegido al azar para materializarse en un prototipo viviente. Lo mismo ocurre con todas las formas de materia que nos rodean. Los procesos naturales que han ocurrido en la Tierra y en el universo solo han generado una pequeña muestra del repertorio posible de moléculas y formas de la materia, y, en consecuencia, de las correspondientes leyes físicas que han de obedecer.

Todo esto está cambiando. La desesperante lentitud del proceso de descubrimiento que emplea la naturaleza, impulsado por una evolución cósmica y biológica que transcurre en escales de millones y miles de millones de años, puede acelerarse de manera vertiginosa en el laboratorio. En un principio esto puede parecernos una ciencia «artificial». Sin embargo, una bacteria diseñada genéticamente no es en absoluto menos real, ni menos digna de estudio, que una hallada en la naturaleza. Tampoco lo son los nuevos materiales unidimensionales y bidimensionales cuyo comportamiento refleja las excentricidades de la teoría cuántica. Antes al contrario, estas nuevas tecnologías «liberan» a la mecánica cuántica de su confín atómico y molecular y le permiten llegar a las escalas macroscópicas de la vida cotidiana. Antes o después, llegará el momento en que podamos pedir todos los ingredientes que componen el menú de la realidad.

La ciencia concierne a todos los fenómenos, también a aquellos creados en el laboratorio y en nuestra mente. Si somos plenamente conscientes de este mayor alcance, veremos emerger una nueva imagen de la empresa investigadora. Por fin, el barco de la ciencia abandona el curso seguro de los ríos trazados por la naturaleza y se dirige al mar abierto, donde le espera un nuevo mundo de materiales, organismos y cerebros «artificiales», y puede que hasta una versión mejor de nosotros mismos.

Esta visión optimista de la física resulta igualmente válida para las demás ramas de la ciencia. La aventura no ha hecho más que empezar.

Robbert Dijkgraaf

Artículo original traducido por Investigación y Ciencia con el permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión pública de la ciencia.

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