¿En qué consiste la ‘teoría del todo’? ¿Cómo hacer realidad el sueño de establecer una sola teoría agrupadora de todas las leyes de la naturaleza? Y es que, aunque el universo es uno, pareciera oponer resistencia a que la mente humana lo explique de manera unificada.

Hasta la fecha se sabe que hay cuatro fuerzas fundamentales: electromagnetismo, interacción nuclear débil, interacción nuclear fuerte y gravedad. Se ha podido fusionar la primera con la segunda; sin embargo, las otras dos han quedado como cabos sueltos.

En este sentido, la física moderna es como un conjunto de cuatro hebras que, hasta la fecha, no se ha podido entretejer para formar el tan ansiado tapete de la teoría del todo o también conocida como teoría del campo unificado.

Al respecto, Tec Review entrevistó a tres físicos mexicanos, quienes concuerdan en que encontrar una sola teoría de los fenómenos naturales es una aspiración loable y responsable de la manera en que la física se ha desplegado a lo largo de la historia.

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¿En qué consiste la ‘teoría del todo’? En busca de la unificación de las leyes

“La teoría del todo es una aspiración del ser humano reflexivo, del filósofo, y también del físico cuando pretende comprender el universo”, dice Manuel Torres Labansat, investigador del Instituto de Física, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Esto se observa, por ejemplo, en el siglo XVII, cuando Isaac Newton, físico británico, tuvo el chispazo de unificar la explicación de fenómenos terrestres y celestes bajo una misma ley.

Antes que él, aún prevalecía la idea aristotélica de que las leyes de la Tierra se referían a fenómenos imperfectos y nada tenían que ver con la incorruptibilidad de los movimientos de la bóveda celeste, donde se creía estaban fijas, cual tachuelas clavadas, las estrellas.

“El surgimiento de la mecánica clásica implicó que la descripción de los fenómenos en la Tierra y en los astros fueran descritos con las mismas leyes: las de la gravitación universal. Newton se dio cuenta de que son lo mismo y justamente la caída de una manzana al suelo se da por la misma ley que hace que la Luna gire alrededor de la Tierra. Ese fue un principio unificador fantástico”, comenta este científico de la UNAM.

Esta maravilla teórica también fue percibida por Paul Valéry (1871-1945), poeta francés, quien resumió la misma idea de Torres Labansat en la siguiente frase:

“Uno tenía que ser Newton para darse cuenta de que la Luna está cayendo, cuando todo el mundo ve que no cae”.

El segundo paso se dio en dirección de la unificación de dos fenómenos aparentemente ajenos, la electricidad y el magnetismo, pero que a mediados del siglo XIX, James Clerk Maxwell, físico británico, fusionó en la teoría electromagnética.

“También se dio cuenta de que esa teoría predecía la existencia de ondas electromagnéticas, y cuando calculó la velocidad con la que se propagan estas ondas, se llevó la sorpresa de que lo hacen a la misma velocidad de la luz. Entonces así concluyó que la luz también es un fenómeno electromagnético”, explica Torres.

Entonces, de esta manera, Maxwell logró unir no solo dos fenómenos antes considerados como ajenos, la electricidad y el magnetismo, sino tres, cuando vio que la luz también formaba parte de su teoría.

“Y esto tuvo implicaciones tremendas, no solamente en el entendimiento de la naturaleza, sino también en las aplicaciones. Por ejemplo, la posibilidad de transmitir señales (como las de la televisión o la radio) se basa en la teoría de las ondas electromagnéticas”, detalla Torres.

El tercer gran salto de la física en la senda de la unificación fue la famosa fórmula de energía es igual a masa por velocidad de la luz al cuadrado, formulada por Albert Einstein, genio alemán naturalizado estadounidense, considerado el más brillante físico del siglo XX.

“Con esa fórmula se entiende que de alguna manera la masa es intercambiada con la energía, entonces esto quiere decir que están íntimamente relacionadas. Es otro principio unificador fantástico”, asegura este investigador de la UNAM.

La marcha del tren se ha detenido

Este viaje de perfeccionamiento científico rumbo a una teoría completamente unificadora ha tenido sus discontinuidades y actualmente se encuentra en pausa como un tren en una estación a la espera de ver nuevamente la luz verde  del semáforo, y quizá esto nunca ocurra por razones estructurales de la física que frenan esa tendencia del ser humano de construir teorías totalizadoras en el campo de la ciencia natural.

Esta presunta imposibilidad es explicada por Shahen Hacyan, quien es investigador del Instituto de Física de la UNAM y considerado el mejor divulgador de la física, en México.

“No puede haber una teoría del todo, por una razón muy simple: la física tiene varios niveles. Entonces, por ejemplo, un ingeniero para construir un puente o un edificio necesita de la física de Newton, pero no requiere de la mecánica cuántica ni de la relatividad, mientras que un físico interesado en cómo se comportan los átomos o moléculas utiliza la mecánica cuántica, pero no necesita la física newtoniana. De igual forma, un astrónomo que quiere estudiar fenómenos muy violentos en el universo necesita la teoría de la relatividad general, pero no le sirve la mecánica cuántica ni la teoría de Newton”.

Sin embargo, Hacyan afirma que a los físicos especializados en estudiar las partículas constitutivas de los átomos (protones, neutrones y electrones) sí les gustaría encontrar una teoría unificadora, pero hasta ahora no hay ninguna evidencia de que eso sea posible.

“Un gran problema para ellos es tener una teoría cuántica de la gravitación, y hubo varios intentos de esto a través de la teoría de las supercuerdas que estuvo en boga en en los años 80 y 90, del siglo pasado, pero no condujo a nada”, precisa.

En los científicos hay un deseo, quizá un hondo anhelo metafísico, de encontrar una sola teoría con muy pocos postulados que lo explique todo.

“Pero quién sabe si exista eso. Y si existe, a lo mejor nada más es como el título de una película”, comenta, entre risas, este científico.

La gravedad, “el coco de la física”

Recapitulando, los científicos lograron darse cuenta de que la electricidad y el magnetismo son un mismo fenómeno: el electromagnetismo; después, de acuerdo con Hacyan, lograron unir esta explicación con una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la fuerza nuclear débil, la cual explica procesos de desintegración atómica. Entonces, como resultado, en el siglo XX surgió la teoría de las interacciones electrodébiles, y ahí se paró el tren de la física.

“Ya no se ha podido integrar bien esto con las interacciones nucleares fuertes (que explican el porqué de la unión entre protones y neutrones). Sí hay una teoría separada que describe bien las interacciones fuertes, pero sus ecuaciones son complicadísimas”, expresa.

Y luego faltaría unificar la fuerza de la gravedad, y eso es el “gran coco de la física”, de acuerdo con este científico de la UNAM. Ha habido grupos de investigación alrededor del mundo que han puesto todo su empeño en lograrlo, pero no lo han conseguido.

Entonces Tec Review le plantea la pregunta esperada por quienes conservan la esperanza de que la ciencia algún día ofrezca una descripción totalizadora del universo.

¿Cuándo cree que se formule una teoría de unificación de todas las fuerzas en la naturaleza? La respuesta de Hacyan es la siguiente:

“Mi opinión es que no se puede lograr. Creo que la gravedad no se puede cuantizar por razones muy de fondo pero, en fin, no todos los científicos piensan eso, por lo cual siguen buscando teorías al respecto”.

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Uno, dos tres… un infinito de universos

Myriam Mondragón Ceballos, investigadora del Instituto de Física de la UNAM, coincide en que alcanzar una teoría del todo pareciera una misión imposible, sobre todo por la jerarquía ineludible entre los niveles de interpretación de la física.

“El problema es que las teorías cuánticas de la gravedad están relacionadas a masas muy pequeñas, mientras que la teoría de la gravedad está concebida para masas realmente grandes, entonces no se sabe si se pueden unificar”.

Mondragón considera que la física seguramente sí llegará a teorías más fundamentales aglutinadores de mayor cantidad de fenómenos de la naturaleza; no obstante, concuerda con Hacyan en el sentido de que hay distintos regímenes que, conforme se hacen más complejos los sistemas físicos, implican fenómenos que forzosamente tienen que describirse con teorías diferentes.

Para sortear este obstáculo de los distintos niveles del escalafón interpretativo, algunos físicos afirman la existencia de universos paralelos y que estamos viendo solamente en uno de esos universos; entonces habría otros universos, cada uno con sus propias leyes.

“¿Entonces qué sería el todo, el que nosotros vivimos o el de absolutamente todo el conjunto infinito de todas las posibilidades de universos? La respuesta lleva a cuestiones que ya no son del ámbito de la física, si no de la filosofía. Por esto, yo creo que es posible describir solamente una parte, pero no el todo”, cuenta esta científica de la UNAM.

Para no caer en especulaciones que nos hagan despegar los pies del suelo, Mondragón recuerda que finalmente la física está basada no solamente en abstracciones, sino también en evidencias tangibles; si están presentes, la física avanza; si no, no puede dar el siguiente paso.

La ciencia platónica

Al respecto, Shahen Hacyan comenta que los físicos muy teóricos suelen confundir las matemáticas con el mundo que solamente se puede medir objetivamente a través de relojes, balanzas, microscopios, entre otros artilugios de laboratorio.

“Las matemáticas son un instrumento poderosísimo para describir fenómenos naturales, pero tienen también sus limitaciones. Sin importar esto, muchos físicos muy teóricos tienen la idea de que con teorías matemáticas van entender todo el mundo”.

Hacyan, haciendo gala de su gran talento como divulgador de la ciencia, explica esta situación diciendo que las matemáticas son como hacer el mapa de una ciudad, que puede ser muy preciso, pero finalmente no es la ciudad.

“Yo soy físico teórico, pero no pretendo que se llegue a lo último, último, por medio de matemáticas, aunque sí me gusta mucho aplicar las matemáticas a problemas de física de mecánica cuántica y de relatividad; las matemáticas son muy poderosas”.

En este punto de la conversación surge uno de los dilemas más añejos de la humanidad. ¿Las matemáticas son un simple instrumento de la ciencia natural o realmente tienen vida propia, como lo afirmaba Platón?

“Es una vieja discusión filosófica si existen las matemáticas independientemente de los seres humanos o no, pues quién sabe, pero por lo pronto a mí me late que son independientes del ser humano. Es la interpretación platónica de que existen otras ideas en un mundo paralelo, en el llamado mundo de las ideas, y ahí estarían las matemáticas”.

Estas reflexiones son hondas y tocan los mismos cimientos de la ciencia que, posiblemente, no surgió junto con el ser humano, sino que antes ya estaba ahí unificada con la poesía, en un mundo completo y eterno. Por ello no fue casual que otra de las famosas pinceladas literarias de Paul Valéry haya sido que “la poesía es la más exacta de las ciencias”.