¿Ha alcanzado la física los límites de lo que podemos descubrir, o las posibilidades apenas comienzan?
Se acabó la física? El siglo XXI a menudo se llama la era de la biología. O la 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 el mundo, y los descubrimientos de las partículas elementales llevaron a una serie de premios Nobel. Hoy en día, la gente se preocupa por un “escenario desértico”, donde no se encontrarán nuevas partículas durante muchas décadas, si es que alguna vez se encuentran.
Creo que este punto de vista es erróneo, al menos en tres formas distintas. En primer lugar, para un tema supuestamente pasado de moda, 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 (anunciado en 2016) y la primera imagen del horizonte de eventos de un agujero negro en 2019. Los tres fueron instancias raras de megaeventos científicos que aterrizaron en el portadas de periódicos y capturó la imaginación del mundo.
Pero, se podría argumentar, las semillas que condujeron a estos descubrimientos se plantaron en los viejos tiempos. Los agujeros negros y las ondas gravitatorias 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 avances recientes 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 nueva física. Mientras permanezcan tales misterios, y hay 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 se exageran enormemente los informes sobre la muerte de la física proviene de un error más fundamental y categórico: definir el progreso en términos de descubrir 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 afuera, esperando ser investigada.
El objetivo de la física es comprender de manera matemática y precisa todas las manifestaciones de la materia y la energía en el universo, y apenas hemos comenzado a explorar esta infinidad 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 el advenimiento de la tabla periódica. Aprender las reglas del ajedrez no te convierte en un gran maestro.
Para un tema supuestamente pasado de moda, 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 constituyentes. Un ejemplo simple son las ondas de sonido, las oscilaciones sincronizadas de las moléculas de materia. Usando las reglas de la teoría cuántica, estas ondas 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, como el ficticio barón Munchausen que se levantó de un pantano tirando de su propio cabello, la física es autosuficiente: puede usarse a sí misma para producir nuevos conocimientos fundamentales, que luego pueden capturarse en matemáticas rigurosas.
Confrontado con el sinfín de sistemas físicos que podríamos fabricar a partir de las piezas fundamentales del universo actualmente conocidas, empiezo a imaginar una visión de la física al revés. 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 ha ido mucho más allá de las simples fases de la materia de los cursos de secundaria: sólido, líquido, gas. Muchas fases “exóticas” potenciales, posibles gracias a las extrañas consecuencias de la mecánica cuántica, se han catalogado 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 alcance 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 está ahí afuera, esperando ser investigada.
Incluso con 14 mil millones de años de un universo en expansión y casi 4 mil millones de años de vida en la Tierra, la naturaleza ha explorado solo la fracción más pequeña de todos los diseños posibles. Como le gusta señalar al biólogo Richard Dawkins, los seres humanos, junto con cualquier otro organismo que haya existido, somos todos los afortunados ganadores de una lotería cósmica. De un número alucinante de posibles planos genéticos, nuestros códigos fueron elegidos por casualidad para ser realizados como un prototipo vivo. Lo mismo ocurre con todas las formas de materia que nos rodean. Los procesos naturales en la Tierra y en el universo han producido solo una pequeña muestra del menú completo de moléculas y formas de materia y, en consecuencia, de las correspondientes leyes de la física que tendrán que obedecer.
Pero todo esto ahora está cambiando. El angustiosamente 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. Dicho trabajo podría sentirse, al principio, como 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 novedosos materiales uni y bidimensionales que muestran las curiosidades de la teoría cuántica. Más bien, estas nuevas tecnologías “liberan” efectivamente 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 pedir todos los elementos del menú de la realidad.
La ciencia se refiere a todos los fenómenos, incluidos los creados en nuestros laboratorios y en nuestras cabezas. 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 dejando las seguras vías navegables interiores 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 mejor versión de nosotros mismos.
Así que mi visión optimista de la física es igualmente válida para todas las demás ramas de la ciencia: la aventura no ha hecho más que empezar.
