Teoría del todo. Los físicos describen con este término simple la posibilidad de encontrar algún día una única y gran ecuación que les permita explicar todos los fenómenos de la naturaleza. Será, caso de hallarse, el Santo Grial que pondrá fin a nuestros esfuerzos por intentar comprender el Universo, el descubrimiento definitivo tras el cual podremos decir que la Ciencia está finalmente completa.
En cierto modo, somos afortunados. Si viviésemos en un Universo de leyes cambiantes, donde nunca pudiésemos saber por dónde saldrá el Sol mañana y donde cualquier intento por descubrir patrones o reglas fuese frustrado por caprichos del azar, la Ciencia no existiría. Si por el contrario nada cambiarse, no tendríamos nada que explicar o predecir y tampoco existiría la Ciencia. Felizmente nos encontramos en un Universo intermedio en el que las cosas cambian de acuerdo a pautas que podemos desentrañar. Los objetos caen al suelo cuando los soltamos, el Sol siempre sale por la misma zona del horizonte, los gatos siempre tienen gatitos. Al abstraer las regularidades que notamos a nuestro alrededor podemos establecer reglas para describir hechos pasados y predecir sucesos futuros.
Conforme nuestras habilidades experimentales mejoran, ocasionalmente descubrimos fallos a las reglas. De inmediato buscamos otras reglas y las ponemos a prueba, siempre bajo la suposición de que el Universo no es caprichoso y sigue actuando según normas definidas. Curiosamente, en ocasiones, mediante un método de tanteo y prueba creamos leyes. Así funciona la Ciencia.
Una de las constantes en la búsqueda de la verdad ha sido el impulso de intentar explicar cuantos más fenómenos posibles con cada vez menos reglas, evitando en lo posible dar un tratamiento particular a un fenómeno o proceso concreto. Está táctica no siempre tiene éxito de nuevos descubrimientos. La norma de que los objetos caen al suelo cuando los soltamos se rompe con el contraejemplo de un gorrión. Enseguida nos preocupamos por estudiar este caso particular y descubrimos el mundo de los fluidos, la presión y la ecuación de Bernoulli. Ahora también el vuelo de los pájaros tiene una explicación. Hemos aprendido algo más.
Sucede, sin embargo, que nadie sabe cuántas leyes naturales existen. Las constituciones y tratados que han de regir el curso de los acontecimientos naturales se redactan pensando en el contenido y la función, no en el número de epígrafes.¿Cómo legisla el Universo? Tal vez sea una copia a gran escala de nuestro mundo caprichoso que necesita distintas leyes en distintos territorios, o por el contrario, quizá sea un todo unido y armónico esperando en algún lugar a que nosotros lo descubramos.
Surge entonces la gran pregunta: si cada vez menos leyes rigen el comportamiento de cada vez más aspectos de la naturaleza, ¿cuántas leyes necesitamos para explicarlo todo, cien, diez, quizá una sola? Averiguar si hay una única ley que lo explique todo, que nos permita hallar todas las respuestas, es uno de los enigmas más profundos a que se ha enfrentado la humanidad .Los mejores pensadores han trabajado intensamente en ello durante siglos, y hasta la fecha solamente tenemos una respuesta honrada: no lo sabemos. Nadie lo sabe.
Lo cierto es que el camino hacia la unificación de la Física era siempre largo e incierto. La tesis aristotélica de los cuatro elementos se basó en deducciones mentales hechas al margen del comportamiento real de la naturaleza, y en ausencia de algo mejor fue aceptada durante cientos de años. Mucho después, en tiempos de la llamada revolución científica, Galileo se dio cuenta de que no había necesidad de ángeles o dioses para dotar de explicación al movimiento de los cuerpos celestes. Empezaba el camino para descubrir que no hay leyes del cielo y leyes de la tierra, sino sencillamente leyes, una forma nueva de entender cómo funcionan las cosas en nuestro mundo.
Con la tranquilidad que da el ver los acontecimientos pasados , en retrospectiva, la senda que siguieron nuestros predecesores nos parece ahora de una sencillez aplastante. Los fenómenos eléctricos y magnéticos que hoy vemos están indisolublemente unidos; no lo parecían en absoluto cuando se estudiaron por vez primera. Un día alguien descubrió que una brújula cambiaba de dirección cerca de un cable por el que circulaba la corriente eléctrica. Cincuenta años después, a mediados del siglo XIX, dos siglos después de los grandes descubrimientos de Newton, se consiguió unir la electricidad y el magnetismo gracias a lo que ahora llamamos ecuaciones de Maxwell.
Luego vinieron tiempos fascinantes para ser físico. El electromagnetismo exigía que la velocidad de la luz fuese siempre la misma ¿pero cómo es eso posible? La luz debería viajar más velozmente si la linterna se mueve, eso era algo de sentido común. Fue entonces cuando los nuevos físicos aprendieron una importante lección: si quieres seguir adelante, debes dejar tu sentido común a la entrada. Quizá por eso Einstein tuvo tanto éxito.
El gran maestro consiguió dejar al margen el sentido común para construir la nueva Física. Luchó duramente para conseguir un mundo en que la velocidad de la luz fuese una constante universal...y lo consiguió. Extendió sus conceptos geométricos del espacio-tiempo para explicar la gravedad más allá de Newton y también lo consiguió. Su siguiente meta, unificar los campos gravitatorio y electromagnético, parecía un objetivo fácil de alcanzar, casi inevitable. Sin embargo, jamás lo consiguió y murió intentándolo.
Hay que reconocer que los retos a los que se enfrentaron él y sus colegas fueron colosales. Primero apareció la Física cuántica con sus probabilidades, sus incertidumbresy sus partículas fantasma. Luego fue el turno de la relatividad, sus límites de velocidad, sus agujeros negros y su espacio-tiempo curvo. Por si no era suficiente, aparecieron las interacciones nucleares. De repente, las fuerzas a unificar pasaron de dos a cuatro. Las teorías físicas se fueron haciendo más y más complejas para acomodar un verdadero zoo de partículas y sus partículas que poblaba nuestros colisionadores. Cuerdas, simetrías, branas ,rupturas espontáneas ,espuma cuántica ,Universos multidimensionales. Mientras tanto, los experimentos diseñados para descubrir los secretos del cosmos nos traen respuestas pero también nos plantean nuevas preguntas.
En la actualidad disponemos de dos grandes conjuntos de leyes para explicar todos los fenómenos del Universo. Por un lado tenemos la teoría de la relatividad, por el otro la Física cuántica. La primera se concibió para entender porque la luz siempre tiene la misma velocidad cualquiera que sea el estado de movimiento del observador. La segunda fue impuesta por la necesidad de explicar un conjunto de descubrimientos experimentales a los que la Física clásica era incapaz de dar explicación. Ambas teorías han sido elevadas a la categoríade leyes (a pesar de que la inercia nos puede y seguimos llamándolas teorías), y forman parte imprescindible de la Física.
Pero a pesar de su indudable valía, de que reproducen gran cantidad de fenómenos naturales con un grado de precisión altísimo, las teorías de la relatividad y la cuántica adolecen de un grave problema de fondo: no son mutuamente compatibles. Cada una de esas dos grandes teorías resulta de gran utilidad por sí sola, pero no pueden mezclarse. Los grandes descubrimientos realizados durante el siglo XX se basaron en la suposición de que podíamos utilizar ambas teorías por separado. Cuando las necesitamos a ambas, tenemos un problema.
Como amantes caprichosas, la Física cuántica y la relatividad pugnan por conseguir nuestra atención exclusiva, pero el Universo las necesita a las dos. ¿Por qué? Muy sencillo: porque rigen nuestras vidas conjuntamente. Por mucho que no podamos entender la combinación de sus elementos, ambas teorías se aplican en cualquier tiempo y lugar, de modo que deben coexistir, les guste o no. Eso significa que algún sistema de ecuaciones aún por descubrir nos está esperando para darnos un cuadro completo del comportamiento del Universo en que vivimos.
El descubrimiento de la gran teoría única será la constatación definitiva de que los hombres y mujeres de esa mota azul pálido llamada Tierra pueden aspirar a comprenderlo todo. Es posible que algún día lleguemos a esa meta, pero conviene no dejarse llevar por la arrogancia. En el año 1900, un confiado Lord Kelvin anunció que la Física era ya un campo completo. La Ciencia del nuevo siglo se ocuparía de la obtención de un nuevo decimal en las mediciones, y poco más. Kelvin tan solo vio dos pequeñas nubes oscuras: el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley y la catástrofe ultravioleta. Muy pocos años después, esas dos nubecillas se extendieron de tal forma que dieron lugar a la teoría de la relatividad y a la Física cuántica.
En cierta ocasión, Einstein, cuando niño, deseó saber qué se sentía viajando junto a un rayo de luz. Fue su revelación, la que le llevó de la mano y le dio aliento durante el resto de su vida. Eso le llevó a una vida de búsqueda en pos de lo que él califico como "conocer los pensamientos de Dios". Lo demás, decía, es accesorio. En ello siguen sus herederos intelectuales.
El hombre ha recorrido un largo camino para la comprensión del cosmos más allá de la concepción bíblica de ángeles y demonios. Ha descubierto las cuatro fuerzas fundamentales, ha explorado las fronteras de lo infinitamente pequeño y lo infinitamente lejano, ha realizado tentadores esfuerzos para unificar las leyes de la naturaleza, y en estos momentos se encuentra en la frontera de lo desconocido, listo para emprender la búsqueda de la verdad última del Universo y el todo.
¿Significa eso que la Ciencia nunca dejará de hacer descubrimientos nuevos? La única respuesta que podemos dar hoy a esa pregunta es que nadie lo sabe.
Aún.
Los límites de la Ciencia
A lo largo de los siglos hemos descubierto que la naturaleza tiene pautas que podemos codificar de forma matemática. Inventamos teorías, las contrastamos con un experimento, comprobamos si son o no válidas ,las perfeccionamos o modificamos y,a lo largo del proceso, nuestras herramientas de hacer Ciencia se van haciendo cada vez más útiles, más poderosas, más válidas.
Este es el procedimiento que, de un modo u otro ,ha seguido la humanidad durante milenios y llamamos método científico. Se trata de un camino, no de un destino, y ni siquiera sabemos si ese camino tiene un final. Algunos científicos opinan que no, y averiguar las leyes de las Ciencias es como pelar una cebolla con infinitas capas. Otros, por el contrario, creen que hay un núcleo último de conocimiento y que ,en principio, algún día podríamos llegar a él y determinar todas las leyes que rigen el Universo. ¿Podemos siquiera demostrar que la Ciencia es una cebolla infinita? ¿podemos demostrar que no lo es?
Durante siglos ha circulado lo que se conoce como paradoja del mentiroso, que se explica a partir de la siguiente oración: "Esta frase es falsa". La paradoja consiste en plantearse si esa declaración es cierta o falsa. Si es cierta, entonces lo que dice es verdad, la frase es falsa. Por otro lado, si fuese falsa, lo que dice es mentira y por tanto será verdadera. De ese modo llegamos a una contradicción. Si es cierta, es falsa, y si es falsa es cierta. Según los principios de la lógica, la frase es cierta y falsa a la vez, o bien no es ni cierta ni falsa.
Algo similar sucede en el campo de las matemáticas. Habitualmente se establecen ciertas verdades por definición, llamadas axiomas, y se construyen resultados a partir de ellos. A veces un conjunto de axiomas puede conducir a una paradoja similar a la del mentiroso, y para evitarlo, en 1920 el matemático David Hilbert propuso una nueva formalización de las matemáticas que permitiera basarlas en un conjunto de axiomas capaces de demostrar o refutar cualquier afirmación matemática sin que aparezcan paradojas o contradicciones.
Sin embargo, en 1931, el matemático austríaco Kurt Gödel demostró que un sistema matemático así será necesariamente indecible en algunos casos. Es decir que , aunque plantee afirmaciones verdaderas ,su certidumbre no podrá demostrarse ni refutarse. Pocos años después, el matemático Alan Turing demostró la imposibilidad de demostrar o refutar todas las afirmaciones de un sistema matemático mediante un ordenador. Ni la mente humana ni la del ordenador pueden crear un sistema matemático completo y libre de paradojas.
¿Existe la posibilidad de que suceda algo así en Física? O lo que es lo mismo, ¿hay algún problema físico que no pueda en principio ser resuelto mediante teorías y matemáticas? A día de hoy tenemos muchas preguntas sin responder. Pero ¿podremos responderlas mañana? No lo sabemos. La actitud de los científicos es seguir trabajando como si algún día pudiésemos acceder a todo el conocimiento sobre el cosmos.
Hasta ahora no hemos encontrado una contradicción básica que no se tenga en la búsqueda de más y mejores leyes físicas, de modo que el progreso científico sigue adelante.
© 2021 Javier De Lucas