Dijo Dios: ¡Hágase Newton!

El otro día estaba comentando con un familiar una frase muy antigua, que me gustó mucho cuando la escuché hace como un millón de años. La frase en cuestión dice:

«Todo era caos en el universo, y dijo Dios: ¡Hágase Newton! Entonces todo fue orden. Pero entonces apareció el Demonio, que dijo a su vez: ¡Hágase Einstein! Y todo fue caos otra vez.»

El sentido de la frase.

Esta frase resume muy bien lo que fue la ciencia desde el siglo XVII hasta el XIX, cuando la física era un conjunto de ideas y ecuaciones con formulaciones sencillas, coherentes y, como se suele decir, «de sentido común». Lo que se conoce como «física determinista».

El ejemplo más claro es la ley de la gravedad de Newton: F = G/m1*m2/d2. Es decir, la fuerza de atracción de dos cuerpos es igual a la constante gravitatoria G multiplicada por el producto de las masas y dividida por la distancia de esas masas al cuadrado. Sencillo, fácil, y rápido.

Entonces llegó Einstein, y, con su teoría general de la relatividad, demostró que la fuerza de la gravedad no actúa de forma instantánea, sino que lo hace a la velocidad de la luz. Es decir, el efecto gravitatorio tiene un origen y una expansión que no son infinitas, y que vale C. También demostró algo realmente importante: que la energía es igual a la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado, e=mc2. Atención: esta ecuación, de todas formas, es un caso especial, cuando la masa está en reposo, tal como se explica en este vídeo.

Visto lo visto, la relatividad general es una ampliación de la física gravitatoria de Newton, o bien, si se quiere, la gravedad de Newton se puede entender como un caso especial de la relatividad general. Y las ecuaciones de Newton se siguen usando en muchos casos, porque son suficientes para muchos problemas de mecánica celeste. Es como tener que viajar con un mapa del mundo cuando solo nos vamos a mover por un país. Ahora bien, si queremos salir de ese país y viajar por todo el planeta, el mapa del mundo se hace necesario.

El error de la frase.

La frase anteriormente comentada es genial, y me encanta. Pero, a fuer de ser sinceros, sufre de un problema: no detalla la naturaleza real de la física en su totalidad, ni del mundo descrito por las ecuaciones de Einstein.

Veámoslo: Einstein amplió el horizonte de la física gravitatoria de Newton. Y lo hizo de forma magistral. Einstein nos mostró que el espacio y el tiempo son dos caras de una misma idea, es decir: que no podemos hablar de espacio, o de tiempo; tenemos que hablar de espacio-tiempo, porque ambos son parte de un concepto superior: el tejido del espacio y el paso del tiempo están íntimamente relacionados.

Física clásica.

El problema de las ecuaciones de Newton, y, por extensión, de las ecuaciones de Einstein, es que pertenecen a lo que en física se denomina «Física clásica». Por «clásica» no hablamos de «antigua», sino de «antes de». ¿Antes de qué?

La mecánica cuántica es la respuesta. Las dos teorías, la menor, gravedad de Newton, y la mayor, relatividad de Einstein, carecen de un elemento primordial: no tienen en cuenta los efectos cuánticos de la naturaleza en sus formulaciones. Y eso es un problema grave.

Así como la mecánica de Newton es una forma partícula de la relatividad general de Einstein, la relatividad general de Einstein debe ser una particularidad de una teoría mayor; una teoría que integre la mecánica cuántica y la relatividad general. ¿Qué teoría es esa?

Teoría del todo.

No existe todavía ninguna «teoría del todo» que englobe a las dos, a pesar de los muchos esfuerzos llevados a cabo. Existen teorías que intentan aproximarse a la fusión de la relatividad general con la mecánica cuántica: una muy popular, y que va perdiendo fuerza, es la teoría de cuerdas. Otra, menos popular, es la gravedad cuántica de bucles.

Ambas son intentos de fusionar relatividad general y mecánica cuántica. Ambas son incompletas. Y ambas nos han dado solo una parte de la respuesta a un universo que debe ver nacer una teoría de gravedad cuántica, es decir, una teoría donde la gravedad se integre con la mecánica cuántica, en un todo único, y que contemple las casuísticas de sus partes.

Teniendo en cuenta que se suele considerar a Max Planck como el padre de la mecánica cuántica (aunque en realidad tiene muchos padres), la frase anterior se podría modificar. Por ello, me atrevo a contemplar la frase anterior de este modo:

«Todo era caos, y dijo Dios: ¡Hágase Newton! Entonces todo fue orden. Pero entonces apareció el Demonio, que dijo a su vez: ¡Hágase Einstein! Y todo fue caos otra vez. Entonces apareció Max Planck, y dijo: ¡Hágase la mecánica cuántica! Y Dios y el Diablo se dieron por vencidos».

Vemos, de este modo, que la frase ha quedado más completa. No saltará a la fama como la otra, es evidente. Pero, sin duda, es más acertada, en mi modesta opinión, y más directa con el objetivo de definir lo que está siendo la física del siglo XXI.

Veremos qué ocurre en el futuro, porque los problemas a resolver en física teórica son, sin duda, complejos, y muy desafiantes. Una «teoría del todo» espera a ser descubierta. Si es que somos capaces de encontrarla. Dinero, personal, y tiempo, son los elementos para resolver esa ecuación. Si se dan las tres, puede que demos el paso más grande en la historia de la ciencia.