By: Robbert Dijkgraaf
¿Ha alcanzado la física los límites de lo que podemos descubrir, o las posibilidades apenas comienzan?
stá terminada la física? El siglo XXI a menudo se llama la era de la biología. O inteligencia artificial. O cualquier otro campo emergente. Esto relega la física al siglo anterior, los días dorados cuando las revoluciones de la relatividad y la mecánica cuántica sacudieron al mundo y los descubrimientos de partículas elementales llevaron a una serie de premios Nobel. Hoy en día, la gente se preocupa por un “escenario desértico”, en el que no se encontrarán nuevas partículas durante muchas décadas, si es que alguna vez se encuentran.
Creo que este punto de vista está equivocado, al menos en tres formas distintas. En primer lugar, para un tema que supuestamente pasó su mejor momento, las dos primeras décadas de este siglo han sido bastante exitosas para la física. Vimos el descubrimiento de la partícula de Higgs en 2012, la detección de ondas gravitacionales en 2015 (anunciada en 2016) y la primera imagen del horizonte de eventos de un agujero negro en 2019. Los tres fueron casos raros de megaeventos científicos que aterrizaron en el portadas de periódicos y capturó la imaginación del mundo.
Pero, se podría argumentar, las semillas que llevaron a estos descubrimientos fueron plantadas en los buenos tiempos. Los agujeros negros y las ondas gravitacionales son consecuencias directas de las ecuaciones que Albert Einstein descubrió en 1915. ¿Quizás la física se ha quedado sin ideas originales?
Eso nos lleva al segundo argumento. Los recientes avances en cosmología nos permiten afirmar, con bastante certeza, que falta el 95 por ciento del universo. Estas partes faltantes consisten en materia oscura y energía oscura, ambas formas igualmente misteriosas de la nueva física. Mientras permanezcan esos misterios, y haya otros, el trabajo de la física no estará completo. (También podría agregar que comprender el 5 por ciento de un tema es en sí mismo un logro maravilloso).
La tercera razón por la que los informes sobre la muerte de la física son muy exagerados proviene de un error más fundamental y categórico: definir el progreso en términos de descubrimiento de nuevas partículas o fuerzas es una visión miope de la física. Ignora una gran parte de la disciplina y subestima enormemente lo que aún podemos lograr. De hecho, creo que lo que sabemos actualmente es una fracción absolutamente insignificante de la física que está ahí fuera, esperando ser investigada.
El objetivo de la física es comprender de una manera matemática precisa toda la manifestación de la materia y la energía en el universo, y apenas hemos comenzado a explorar esta infinitud de posibilidades. Afirmar que la física está terminada es similar a argumentar que las matemáticas terminaron después de la introducción de los números naturales y la aritmética básica, o que la química terminó con la llegada de la tabla periódica. Aprender las reglas del ajedrez no te convierte en un gran maestro.
Para un tema que supuestamente pasó su mejor momento, las dos primeras décadas de este siglo han sido bastante exitosas para la física.
La verdad es que el reino de las partículas más pequeñas no es el único lugar donde puedes encontrar las leyes fundamentales de la física. También pueden “surgir” del comportamiento colectivo de muchos electores. Un ejemplo sencillo son las ondas sonoras, las oscilaciones sincronizadas de moléculas de materia. Usando las reglas de la teoría cuántica, estas ondas mismas pueden describirse en términos de partículas. Estos “fonones” son paquetes elementales o “cuantos” de sonido, y su comportamiento es similar al de los fotones, los cuantos de luz. Entonces, al igual que el barón ficticio Munchausen que se levantó de un pantano tirando de su propio cabello, la física es autosuficiente: puede usarse para producir nuevas ideas fundamentales, que luego pueden capturarse en matemáticas rigurosas.
Enfrentado con el sinnúmero de sistemas físicos que podríamos fabricar a partir de las piezas fundamentales del universo conocidas actualmente, empiezo a imaginar una visión al revés de la física. En lugar de estudiar un fenómeno natural y, posteriormente, descubrir una ley de la naturaleza, primero se podría diseñar una nueva ley y luego aplicar ingeniería inversa a un sistema que realmente muestre los fenómenos descritos por la ley. Por ejemplo, la física se ha movido mucho más allá de las simples fases de la materia de los cursos de la escuela secundaria: sólido, líquido, gas. Muchas fases “exóticas” potenciales, posibles gracias a las extrañas consecuencias de la mecánica cuántica, han sido catalogadas en exploraciones teóricas, y ahora podemos comenzar a realizar estas posibilidades en el laboratorio con materiales especialmente diseñados.
Todo esto es parte de un cambio mucho mayor en el ámbito mismo de la ciencia, de estudiar lo que es a lo que podría ser. En el siglo XX, los científicos buscaron los componentes básicos de la realidad: las moléculas, los átomos y las partículas elementales de las que está hecha toda la materia; las células, proteínas y genes que hacen posible la vida; los bits, algoritmos y redes que forman la base de la información y la inteligencia, tanto humana como artificial. Este siglo, en cambio, comenzaremos a explorar todo lo que se puede hacer con estos bloques de construcción.
Creo que lo que sabemos actualmente es una fracción absolutamente insignificante de la física que existe, esperando ser investigada.
Pero todo esto está cambiando ahora. El agonizante y lento proceso de descubrimiento de la naturaleza, impulsado por la evolución cosmológica y biológica en escalas de tiempo de millones y miles de millones de años, se acelera a velocidades vertiginosas en el laboratorio. Tal trabajo podría parecer, al principio, una ciencia “artificial”. Pero una bacteria diseñada genéticamente no es menos real ni menos digna de estudio que una que se encuentra en la naturaleza. Tampoco lo son los nuevos materiales unidimensionales y bidimensionales que muestran las curiosidades de la teoría cuántica. Más bien, estas nuevas tecnologías “liberan” efectivamente a la mecánica cuántica de los confines de los átomos y las moléculas y la llevan a las escalas macroscópicas de la vida cotidiana. En algún momento, podremos ordenar todos los elementos del menú de la realidad.
La ciencia concierne a todos los fenómenos, incluidos los creados en nuestros laboratorios y en nuestra cabeza. Una vez que somos plenamente conscientes de este alcance más amplio, surge una imagen diferente de la empresa de investigación. Ahora, finalmente, el barco de la ciencia está abandonando las vías navegables interiores seguras talladas por la naturaleza y se dirige hacia el océano abierto, explorando un mundo nuevo y valiente con materiales, organismos, cerebros “artificiales” y quizás incluso una versión mejor de nosotros mismos.
De modo que mi perspectiva optimista de la física es igualmente cierta para todas las demás ramas de la ciencia: la aventura apenas ha comenzado.
