Aspectos clave de la física teórica

Un granjero tenía una granja con gallinas. Pero las gallinas no ponían huevos. Así que el granjero, preocupado y queriendo encontrar una solución, se fue a visitar a un famoso físico teórico, y le expuso el problema.

El físico teórico, tras varios meses de investigación, llamó al granjero y le dijo: «Tengo una solución para tu problema, pero siempre que las gallinas sean perfectamente esféricas, y estén en un vacío absoluto».

Física teórica: reducción para comprensión.

Básicamente, ese es el problema que tenemos que afrontar cuando hablamos de física teórica, y de investigación básica: poder gestionar los fenómenos físicos de una forma que los podamos reducir para entenderlos, y extrapolar los resultados a la naturaleza en general.

Los físicos teóricos son aquellos que desarrollan teorías sobre la naturaleza básica del universo, de tal forma que luego otros, los físicos experimentales, puedan crear experimentos que confirmen, o refuten, esas ideas. La ciencia básica es aquella rama de la ciencia que no tiene una aplicación inmediata. Pero que es fundamental. Sin ciencia básica no sabríamos nada del universo. Y recordemos: es mejor disponer de un conocimiento aparentemente inútil, que disponer de una ignorancia que nunca nos aportará nada.

Fenómenos complejos.

Pero la física teórica trata con fenómenos muy complejos, a veces que van en contra de lo que se conoce como el sentido común. Las matemáticas empleadas suelen ser bastante complejas, y se requiere de estudios profundos para poder entender la formulación detrás de esas matemáticas, y esas teorías.

Pero no se trata solo de eso: como el físico que quería ayudar al granjero con sus gallinas, muchas veces las matemáticas son tan complejas, e intervienen tantas variables, que los físicos tienen que acotar los modelos, para que sean lo suficientemente sencillos como para poder gestionarlos en computadoras, y en la mente de los propios físicos.

Así, una gallina esférica sería una reducción de un problema de una gallina normal en el pequeño chiste del principio, y el vacío sería un entorno sin fuerzas gravitatorias ni partículas que perturben el experimento. Es, desde cualquier punto de vista, una reducción de un problema a sus términos más básicos. Pero, tal como vemos, esa reducción supone que el problema se ha convertido en un modelo que, en muchos aspectos, no tiene una relación directa con la realidad. Se espera, en ese experimento, que el modelo simplificado pueda dar pistas de lo que ocurre en modelos reales, mucho más complejos.

Entender la base, entender el todo.

Es como tener un puzzle de un millón de piezas, de las cuales tomaríamos solo cinco mil para tener una idea básica de la figura que aparece en dicho puzzle. No es el puzzle real, pero esa simplificación nos ha ayudado a montar esa versión reducida del puzzle. No vemos la imagen completa, pero podemos deducir que aquello que se dibuja es una casa, o una montaña, o un animal.

Los físicos teóricos no son grandes matemáticos. El propio Einstein no era un gran matemático. Pero sí tienen unos conocimientos exhaustivos de esas áreas de las matemáticas que deben aplicar para solucionar un problema. Un caso extremo fue el de Isaac Newton, que, a falta de una herramienta para sus teorías, desarrolló el cálculo infinitesimal, toda una nueva rama de las matemáticas, creadas para buscar soluciones en el mundo real. Con ello desarrolló las bases de las leyes de la gravitación universal.

Matemáticas para la física.

No todas las matemáticas tienen su contrapartida en el mundo real de la física. Pero toda física requiere de un modelo matemático para poder ser consistente con el mundo real. De ahí la dificultad de extraer las matemáticas de los efectos y fenómenos que vemos en el universo, para poder extrapolar teorías que expliquen esos fenómenos, tales como la teoría de la relatividad, o la mecánica cuántica. Modelos físicos que tienen un apoyo matemático muy sólido, aunque también tienen límites, tras los cuales el desconocimiento de lo que ocurre se hace muy complejo de discernir.

Precisamente la física teórica actual trata de ir más allá, en cosas como la unificación de la relatividad y la cuántica, la explicación matemática de la naturaleza de los agujeros negros, la materia oscura, la energía oscura, o el mismo origen del universo. Elementos que siguen siendo estudiados, y que requieren de grandes mentes creando teorías cada vez más sofisticadas para explicar la naturaleza del universo.

No somos físicos, pero somos entusiastas.

¿Cree usted que podría haber sido físico teórico? Lo cierto es que, los que somos aficionados a la ciencia, nos hemos planteado más de una vez y de dos qué hubiese sido de nuestras carreras profesionales si hubiésemos elegido esta materia. Es fácil decirlo, hacerlo es otra cosa; primero hay que estudiar las asignaturas generales de física, y luego especializarse. Pero, además, no solo se trata de ser «físico teórico», sino especializarse en algunas de las materias que se estudian hoy en día.

Otra posibilidad es ser físico experimental, y trabajar en demostrar, o refutar, las teorías de otros, o colaborar en esas ideas, proponiendo experimentos. El acelerador de partículas del CERN, el LHC, en Ginebra, es sin duda el ejemplo más contundente del trabajo de los físicos experimentales. Muchas veces, además, son estos experimentos los que arrojan datos que ayudan a los físicos teóricos a mejorar las teorías existentes, o a crear nuevas teorías.

Una tarea para unos pocos.

En todo caso, ser físico teórico es una tarea titánica. Son pocos los que superan todos los retos, tanto de estudios como de oportunidades profesionales, y consiguen ganarse la vida, de mejor o peor manera, con esta carrera. Una vida sin duda dedicada al estudio constante de la ciencia más básica, intentando desentrañar los misterios del universo. ¿Puede haber algo más apasionante?

Yo, personalmente, si existe la reencarnación, me apunto a la carrera de física en mi próxima vida. Si no hay reencarnación, me conformaré hablando de esta apasionante materia, y estudiando sus progresos. En cualquier caso, habrá valido la pena.