La Era Oscura de la física teórica

Es posible que el título de esta entrada sea algo catastrofista. Pero no está demasiado alejado de la realidad.

Me explicaré. La física que se conocía y teorizaba hace 70 años disponía de una serie de elementos clave que explicaban las características generales del universo. Esto se puede ver con un ejemplo creo que muy evidente: Peter Higgs, el hombre que desarrolló la idea de la existencia del bosón de Higgs, nació en 1929, y propuso su idea del famoso bosón de Higgs, que algunos llaman con gran error “la partícula de Dios”, en los años sesenta.

Recientemente se ha verificado su idea, pero eso no debe hacer olvidar un aspecto crítico de lo que le ocurre actualmente a la física teórica: en los últimos 50 años, no ha habido pasos significativos. Podemos decir, sin ninguna duda y con entusiasmo, que se han apuntalado muchos de los aspectos de lo que en física se conoce como Teoría Estándar, que explica tres de las cuatro fuerzas conocidas: el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil, y la fuerza nuclear fuerte. Pero deja atrás la cuarta fuerza, la gravedad, que en realidad ni siquiera es una fuerza, sino una distorsión del campo espacio-temporal del universo, como perfectamente explica la teoría de la relatividad general de Einstein. Se han dado avances, pero no se han constatado grandes logros; solo se han resuelto los que ya estaban planteados muchas décadas atrás.

Varios son los retos que la física debe superar actualmente, y que tozudamente se resisten a ser resueltos, por razones que van desde poca inversión, desidia, y obsesión por los resultados rápidos. Explicaré todo esto a continuación.

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A veces, el sueño del progreso produce monstruos

Este es el artículo quinientos (500) en La leyenda de Darwan. La verdad es que creí que el contador estaba mal, pero no. ¿Tanto tiempo pierdo escribiendo? Ahora entiendo por qué no tengo amigos, y las mujeres salen huyendo de mi lado.

Quinientos artículos en este perdido blog de la selva de Internet, pero donde ahí seguimos, fieles a la ciencia y a las humanidades, intentando explorar los conceptos más diversos sobre el ser humano, la vida, y el universo. He hecho de todo en esta vida, algunas de ellas inconfesables. Pero este blog es sin duda un proyecto que ha merecido la pena. No es perfecto por supuesto, ni será merecedor de mención o premio alguno ni así pasen mil años. Pero algo sí es seguro: es sincero. Y el mejor premio es el lector que pueda disfrutar con su lectura, y, sobre todo, y con un poco de suerte, terminar cualquier lectura de cualquiera de las entradas aquí expuestas, pensando que ha merecido la pena.

Ese es premio. El único premio en realidad. El resto, monumentos al ego que todos tenemos, yo también por supuesto. De hecho, es uno de mis mayores defectos. Pero, ¿cómo escribir si no se posee un gran ego? Tiene que ser grande, para que quepan todos los personajes de los universos que llevamos dentro, y que volcamos en el papel de nuestros sueños.

Para celebrarlo, vamos a hablar de Albert Einstein. Ese señor que aparece en las fotos con la lengua fuera, con el pelo blanco, y que es el paradigma del clásico científico algo loco, algo despistado, y que cada mañana descubría algún nuevo hecho científico digno del premio Nobel. Las cosas, por supuesto, nunca son tan sencillas. O casi nunca.

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El mapa de la física en el siglo XXI

Para comenzar esta semana me gustaría presentar este gráfico que he encontrado navegando por esos mundos de Internet. Este mapa me ha parecido muy interesante, porque muestra de forma esquemática todos los campos de la física pasada, presente, y lo que se espera encontrar en el futuro, según el conocimiento actual.

Puede verse el grupo de la física clásica, que fue el único grupo hasta el año 1900, cuando Max Planck inauguró la mecánica cuántica con su problema de la radiación del cuerpo negro. La física clásica se usa actualmente en muchísimas situaciones, y sigue siendo útil para una enorme cantidad de situaciones. Sin embargo, existen problemas donde la física clásica sencillamente no funciona. Por eso apareció la físíca o mecánica cuántica y la relatividad general.

La relatividad y la mecánica cuántica son dos mundos todavía separados, y desde hace 70 años se trabaja para unir ambas. Pero ambas son extremadamente eficaces en sus áreas. Por ejemplo, el GPS no podría funcionar si no se aplicase la relatividad general a los relojes que orbitan la Tierra, que se retrasan con respecto a los relojes del suelo. No es que funcionen mal. Simplemente el campo gravitatorio que sufren es menor, y de ahí que funcionen más lentamente. Es así, y si no se tuviese en cuenta, no habría GPS.

La mecánica cuántica, bueno, qué decir. Usted está leyendo esto gracias a la mecánica cuántica. Hace funcionar toda la electrónica actual, y muchos aparatos esenciales en hospitales. Cuando le hagan un TAC o un escáner de positrones o una radiografía o una ecografía o radioterapia o le analicen con un microscopio de efecto túnel entre otros, piense en mecánica cuántica.

Arriba a la derecha está la filosofía. Mucha gente dirá para qué sirve. Respondo rápidamente: sirve para aprender a pensar. La filosofía nos enseña los mecanismos del pensamiento racional. Sin filosofía no hay pensamiento, solo hay datos. La filosofía es la máquina que hace funcionar el cerebro cuando se plantea el universo. De la filosofía nace la ciencia. Sin filosofía, ni hay ciencia, ni hay sociedades, ni hay pensamiento. Es así de sencillo y directo. Así que lo repito: la filosofía es la base de la mente racional.

Y luego queda el abismo de la ignorancia, que es grande, pero se ha estrechado mucho en los últimos tres siglos. Y el futuro, que es apasionante, y que debe responder a muchas preguntas muy importantes. Que serán respondidas, si no hacemos explotar el planeta primero claro. Esperemos que eso no suceda, y podamos crear finalmente una sociedad avanzada y respetuosa con la Tierra y con la vida. Ese sería el mejor colofón para este diagrama, sin ninguna duda.

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Lee Smolin: Las dudas de la física en el siglo XXI

Hoy voy a traer una recomendación muy especial para mí. Un libro de ciencia divulgativa del genial Lee Smolin, con el título “las dudas de la física en el siglo XXI”. Y con un subtítulo muy sugerente: “¿es la teoría de cuerdas un callejón sin salida?”

Este libro tiene unos años, pero sigue siendo completamente actual. Además, no solo habla de la física teórica actual de forma brillante, sino de sociología de la ciencia, y de cómo el sistema científico actual adolece de cierto rigor para el análisis de sus propios métodos de trabajo. Por ello, Smolin considera que una teoría como la de cuerdas, que debería estar muy cuestionada, sin embargo sigue teniendo grandes apoyos.

Una obra brillante, inteligente, y propia del genio que es Lee Smolin, uno de los padres de la teoría de la gravedad cuántica de bucles, teoría que él sabe no es definitiva, pero que es más valiente y directa afrontando el problema de unir la relatividad general con la mecánica cuántica. Lectura muy recomendable para cualquier interesado en conocer el estado actual de las ciencias físicas.

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75 años de Stephen Hawking

Hoy celebramos el 75 aniversario de Stephen Hawking, sin duda uno de los científicos más conocidos y populares de esta época. Comparado con Einstein en muchos aspectos, es un hombre que ha destacado también en su vida gracias a su persistencia en combatir una enfermedad degenerativa terrible sin duda, pero que no le ha impedido llevar a cabo grandes logros, tanto científicos como personales.

Quizás en el plano científico una de sus mayores contribuciones sea la radiación Hawking. Se pensaba que los agujeros negros son completamente opacos e impermeables. Pero Hawking teorizó que realmente se evaporan, en una fórmula que trata esa evaporación como la inversa de la masa del agujero negro.

El asunto está relacionado con el horizonte de sucesos, esa línea donde todo lo que entra, incluso la luz, ya no puede volver a salir. Sin embargo, la mecánica cuántica nos dice que una partícula tiene una probabilidad determinada de encontrarse en diversos puntos del espacio. Si una de esas partículas, cerca del horizonte de sucesos, se encuentra de pronto fuera de dicho horizonte de sucesos, la partícula podrá escapar y seguir su camino. Esa sucesión de partículas que escapan, y que restan masa al agujero negro, es la radiación Hawking.

Felicidades al gran científico, y esperemos seguir disfrutando de su ciencia y su personalidad durante muchos años. Vive una situación difícil, y ya casi no puede mover ningún músculo, pero es un ejemplo de superación que siempre nos asombrará. Una lección de vida para todos.

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Stephen Hawking

Al universo no le preocupamos, en absoluto

El cartel reza: “Departamento de físicas Heisenberg. Usted probablemente está aquí”. Y el chiste tiene algo de razón. Probablemente estamos en algún lugar de casa leyendo esto, o en el trabajo, o donde sea. Pero solo en parte.

Porque… ¿sabía usted que, según la mecánica cuántica y de la función de ondas de Heisenberg, existe una probabilidad mínima, pero mayor de cero, de que alguna de sus partículas se encuentre al otro lado del universo?

El universo es como es, y no le importan ni le interesan nuestros prejuicios y convicciones. Las partículas son ondas de probabilidad, no se puede medir su estado completo con total seguridad. Cuando analizamos una partícula, solo obtenemos una cierta certeza de su naturaleza. No se trata de un problema con los instrumentos. El universo es así. 

Por eso, cuando afirmemos algo con seguridad y rotundidad, recordemos que esa seguridad no puede aplicarse al universo.

Todo es relativo, es cierto. Pero, además, todo es probable, no seguro. Podemos tener un cien por cien de seguridad en nuestra moral y ética. Pero, cuando aplica al mismo universo, toda esa seguridad desaparece. Esa es la maravilla de la mecánica cuántica. Y ese es, probablemente, uno de los mejores descubrimientos de la historia de la ciencia.

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Imagen de la semana: agujeros negros

La imagen de la semana es para un agujero negro. Uno cualquiera, son todos iguales. ¿Cómo de iguales? Se diferencian en la masa que contienen. Pero nada más. El resto de características los convierte en copias perfectas. ¿Por qué?

Porque la entropía en un agujero negro es la máxima posible. Esto significa una cosa: el desorden dentro de un agujero negro es total. La gravedad es tan potente que todo queda demolido literalmente.

Pero, de todas formas, y por mucho que nos hablen de los agujeros negros, y de sus características, la verdad es que hay preguntas importantes que no podemos contestar todavía. Nos cuentan historias de “qué pasaría si cayésemos dentro” etc. Está bien, pero la gran pregunta permanece: ¿cuál es la naturaleza del universo dentro de un agujero negro? O, dicho de otro modo: ¿qué leyes físicas son las que gobiernan el interior de un agujero negro?

Nadie lo sabe. Todavía. En los agujeros negros se entremezclan la teoría de la relatividad general, y la impredecibilidad de la mecánica cuántica. Ambas se fusionan en una teoría mayor, más completa, que engloba ambas, y que después de setenta años sigue siendo un misterio. La teoría que prometía contestar a esa pregunta, las cuerdas, ha sido ya un fracaso. Sí, ha aportado cosas interesantes, pero ni siquiera sus partículas, las partículas supersimétricas, han aparecido. El CERN de Ginebra lo ha intentado. Pero no están ahí. Agujero negro 1: teoría de cuerdas 0. Gol en el último minuto de Stephen Hawking por la escuadra.

Yo personalmente creo que la respuesta de la física de los agujeros negros conllevará una nueva revolución en la física, como la que ocurrió con la relatividad y la mecánica cuántica. Y lo creo porque se habrá respondido a una pregunta que dará muchas vías nuevas de investigación, especialmente la comprensión de la gravedad cuántica, esa parte de la física que se resiste una y otra vez. Claro que podría estar equivocado. Ya veremos.

Lo que es cierto es que el futuro promete ser interesante, y esperemos que no sea negro como los agujeros. Queda un camino importante por recorrer. Pero creo que una nueva generación de físicos traerán respuestas. Los actuales… Bueno, me guardo la respuesta. Tengo mis razones. Pero están enterradas en un agujero negro.

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