En busca de la "teoría del todo"

Afortunadamente, el mundo macroscópico en el que nos movemos es previsible. Sabemos dónde están las cosas y la velocidad a la que se mueven, y podemos calcular dónde estuvieron una fracción de tiempo anterior, o dónde estarán una fracción de tiempo posterior si conocemos todas las fuerzas que actúan sobre ellas («determinismo»). Eso nos da confianza y configura nuestra forma de ver el mundo y de movernos en él, porque la física newtoniana sigue siendo aplicable hasta llegar a escalas atómicas.

En el año 1913, el físico danés Niels Bohr propuso un modelo atómico sencillo y comprensible. El átomo era como un diminuto sistema solar con un núcleo (protones y neutrones) y unas órbitas (caracterizados por diferentes niveles energéticos) en los que se movían los electrones. Parecía que, por fin, conocíamos los «ladrillos» del universo y la forma de colocarlos.

Afortunadamente, el átomo de Bohr no fue el final del viaje, ya que en la ciencia las respuestas son siempre provisionales. Ya en 1900, Planck había preconizado que en los sistemas atómicos la energía no era una magnitud continua, sino que estaba formada por paquetes discretos a los que se llamó «cuantos». Por su parte, Einstein descubrió en 1905 la naturaleza corpuscular de la luz (efecto fotoeléctrico), que le valió el Premio Nobel de Física en 1921 (no lo logró por sus teorías especial y general de la Relatividad, donde estableció el concepto «espacio-tiempo» y la equivalencia «masa-energía»), y en 1925, Schrödinger desarrolló la ecuación de onda, que describe el comportamiento probabilístico de los sistemas cuánticos que luego perfeccionó Dirac (1930), al incluir en ella conceptos relativistas.

Habían nacido la física cuántica y relativista: ni los electrones se movían en órbitas precisas (se mueven en zonas probabilísticas llamadas orbitales —«superposición»—), ni las partículas elementales se comportaban siempre como tales, sino que también se pueden comportar como ondas en función del experimento (de Broglie formulo la hipótesis de que toda «la materia presenta características tanto ondulatorias como corpusculares»), ni era posible determinar con precisión simultáneamente su posición y velocidad (principio de «incertidumbre» de Heisenberg), ni el tiempo era «absoluto» (depende de la velocidad y el campo gravitatorio), lo que abría un campo absolutamente nuevo en la física muy difícil de visualizar, porque va contra nuestra experiencia e intuición, aunque la interpretación de Copenhague estableció un marco conceptual consensuado.

Si en los primeros años del siglo XX se desarrolló la mecánica cuántica y la física relativista experimentando con electrones (descubiertos por Thomson en 1897) y fotones (1905), poco después se descubrió que protones y neutrones no eran partículas elementales. Los bosones fueron postulados en 1924 por Nath Bose (nunca obtuvo el reconocimiento que merecía), se descubrieron a lo largo del pasado y el presente siglo (el bosón de Higgs se descubrió en 2012 y aún falta el gravitón), son los portadores de las fuerzas fundamentales, mientras que los fermiones, intuidos por Fermi en 1925, se descubrieron el siglo pasado y son los responsables de dotar de “masa” a las partículas. Había nacido la física a nivel subatómico; la física de partículas.

Parece imposible, pero los rayos X (1915), el microscopio electrónico (1931), el transistor (1948) y todo lo que supuso su miniaturización (circuitos integrados, microprocesadores), los láseres (1960), la tomografía por emisión de positrones (1961), los LED (1962), la resonancia magnética nuclear (1973), o la computación cuántica y la encriptación de datos son posibles gracias al «comportamiento probabilístico» de las partículas que forman la materia. Si la física cuántica permitió esos avances, la relativista permitió el aprovechamiento de la energía nuclear de «fisión» en 1942, aunque no solo con fines pacíficos (esperemos que la de «fusión» sea pronto una realidad comercial y se convierta en una fuente inagotable de energía limpia), y también los sistemas de navegación (1978) una vez resuelta la sincronización de los relojes terrestres y orbitales.

Así es como avanzamos. La ciencia básica explora la naturaleza en busca del conocimiento con el que la ciencia aplicada resuelve problemas específicos y la tecnología desarrolla sistemas que materializan las soluciones que satisfagan necesidades humanas. Hoy en día, más de un tercio del PIB de los países desarrollados está basado directamente en la mecánica cuántica y relativista (semiconductores, medicina, energía, comunicaciones…).

Vivimos en un escenario en el que conviven la física newtoniana, la cuántica, la relativista y la de partículas (aunque a esta última la «decoherencia» le permita la transición desde un comportamiento cuántico al clásico), pero todavía no disponemos de una «teoría del todo» que unifique las leyes que rigen en todos estos ámbitos. De momento, la “teoría de cuerdas” es una candidata, aunque no ha conseguido todavía ser considerada plenamente al no haber sido confirmada experimentalmente.

Un escenario complejo, aparentemente newtoniano, al que hemos incorporado soluciones cuánticas que facilitan nuestra vida. Esta dicotomía entre el mundo newtoniano (aparentemente determinista) y el cuántico (probabilístico) tiene profundas implicaciones científicas y filosóficas al enfrentar el «determinismo» (del que Einstein era ferviente partidario) con el «libre albedrío». No es extraño, porque tanto la ciencia (que solo pretendía ser una «filosofía más rigurosa» utilizando ecuaciones para describir la realidad) como la filosofía (utilizando la palabra) buscan la verdad y tratan de explicar el mundo en que vivimos, aunque a partir del siglo XIX se hayan dado la espalda en algunos momentos.

Cada día sabemos cómo funcionan más cosas, aunque seguimos ignorando por qué lo hacen. En el futuro la inteligencia artificial, la computación cuántica y otras herramientas que incorporemos nos ayudarán a obtener respuestas provisionales hasta que seamos capaces de desentrañar completamente todas las leyes que rigen el universo que están esperando pacientemente que las descubramos. ¿Llegaremos? No lo sé, pero quizá nos ayude a visualizarlo si pensamos que la vida de Cleopatra transcurrió más cerca de la física cuántica y relativista que del momento en el que se construyeron las pirámides de Egipto.