Del Big Bang a la computación cuántica: los dos mundos irreconciliables de la física, frente a frente

“La física de hoy trata de resolver las preguntas que siempre, desde la Antigüedad, ha tratado de responder la filosofía. ¿De dónde venimos?, ¿por qué suceden las cosas?, ¿tiene un propósito el mundo o no lo tiene? Eso es lo que vuelve tan fascinante a la física, que es una disciplina científica que indaga sobre las preocupaciones eternas del ser humano”, señalaba el escritor mexicano Ricardo Cayuela al comienzo de la conversación que se ha encargado de moderar este martes en la sede de la Fundación Ramón Areces en Madrid bajo el lema La doble escalera: lo macro y lo micro en la física.

Una reflexión pertinente, teniendo en cuenta los ponentes que le acompañaban, grandes referentes de dos teorías de la física contemporánea que describen el universo a gran escala y su dimensión más microscópica. Dos polos opuestos, por tanto, porque todavía a día de hoy no se ha logrado una formulación que unifique ambos campos.

Por un lado, representando el ámbito macroscópico, el mexicano Miguel Alcubierre, especializado en relatividad general y gravitación, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM y conocido por desarrollar un modelo matemático que permitiría viajar más rápido que la luz sin violar el principio físico que sostiene que nada puede superar la velocidad de la luz.

En el lado contrario encontramos al físico teórico español especializado en física de partículas Rolf Tarrach Siegel, en cuyo currículum comprobamos que ha sido presidente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), rector de la Universidad de Luxemburgo y presidente de la Asociación Europea de Universidades.

El encuentro se enmarca en el ciclo de cinco jornadas España y México: un diálogo, organizado por la Fundación Ramón Areces en colaboración con el Instituto de Historia del CSIC —y coordinado por Ricardo Cayuela y Manuel Burón— con el objetivo de fomentar el intercambio de conocimientos y estrechar los lazos culturales y científicos entre España y México a través del diálogo entre grandes figuras de ambos países.

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El físico mexicano tomó primero la palabra para adentrar al auditorio en la escala de lo gigantesco, en los pilares que sostienen el comportamiento del cosmos a gran escala.

Para comprender la revolución conceptual provocada por Albert Einstein, Alcubierre consideró necesario remontarse primero a Galileo Galilei, el primer pensador en comprender que el movimiento absoluto carece de sentido y que las velocidades son siempre relativas a un sistema de referencia. “Las velocidades no las sentimos, las aceleraciones sí”, puntualizó, recordando que la mecánica clásica formulada por Isaac Newton codificó con éxito esta intuición hasta que las leyes electromagnéticas de James Clerk Maxwell a finales del siglo XIX hicieron saltar las alarmas al predecir que la velocidad de la luz era una constante fundamental e invariable.

Aquel atolladero teórico llevó a Einstein en 1905 a postular que el principio de relatividad y la constancia de la velocidad de la luz eran compatibles, pero a un precio drástico: derribar nuestras nociones cotidianas e intuitivas sobre el espacio y el tiempo.

“El tiempo no fluye igual para todo el mundo: la velocidad a la que fluye depende de cómo te muevas”, afirmó Alcubierre, detallando cómo la formulación matemática de Hermann Minkowski unificó ambas dimensiones en un continuo de cuatro dimensiones.

Sin embargo, el salto cualitativo llegó al corregir la ley de gravitación de Newton y su problemática “acción a distancia” instantánea. Alcubierre ilustró cómo Einstein formuló el principio de equivalencia mediante un célebre experimento mental: si una persona cae libremente dentro de un elevador cerrado y suelta objetos, desde su perspectiva estos flotan. “Dejarse caer es equivalente a que no haya gravedad”.

Si todos los cuerpos se desplazan de manera idéntica ante la gravedad, las trayectorias curvas resultantes no pertenecen a las partículas, sino al propio espacio-tiempo que se deforma y se curva.

A partir de 1915, la relatividad general acumuló hitos empíricos incontestables: resolvió la anomalía de la órbita de Mercurio, predijo la desviación de la luz confirmada en el eclipse de 1919 por Arthur Eddington, explicó la dilatación del tiempo gravitacional que hoy ajusta los relojes atómicos de los satélites GPS y anticipó fenómenos como los agujeros negros y la expansión de un universo surgido hace 13.800 millones de años en el Big Bang.

“La relatividad general funciona para lo macro, pero seguramente no es la última teoría”, advirtió Alcubierre, señalando que la incompatibilidad matemática al intentar aplicar las reglas cuánticas a la gravedad constituye hoy el problema abierto más importante de la física teórica fundamental.

Tras este recorrido por la estructura del cosmos, Rolf Tarrach tomó el relevo para descender a las profundidades de la materia, dividiendo la gestación del mundo cuántico en cuatro grandes fases históricas.

La primera, la de los “balbuceos cuánticos” (1900-1925), arrancó cuando Max Planck introdujo la hipótesis de que la energía en la radiación del cuerpo negro se emite en paquetes discretos.

A continuación, Einstein recurrió a estos cuantos de luz —los fotones— para explicar el efecto fotoeléctrico, mientras Ernest Rutherford revelaba que el átomo está esencialmente vacío al concentrarse su masa en un núcleo 100.000 veces más pequeño. Completaron esta etapa Niels Bohr con la cuantización de las órbitas electrónicas, Wolfgang Pauli al incorporar el espín y Louis de Broglie al postular la dualidad onda-partícula.

La segunda fase, iniciada en 1925 tras una crisis de alergia de Werner Heisenberg en la isla de Helgoland, alumbró la mecánica cuántica formal y el principio de incertidumbre. Al demostrarse la imposibilidad de medir simultáneamente y con precisión la posición y la velocidad de una partícula, la física tuvo que sustituir las trayectorias clásicas por orbitales probabilísticos. A ello se unieron las formulaciones de Erwin Schrödinger y Paul Dirac, junto con el principio de exclusión de Pauli y el entrelazamiento cuántico planteado en la paradoja EPR de 1935.

La tercera era dio el salto a las teorías cuánticas de campos mediante la ecuación relativista de Dirac, que predijo el espín y la antimateria. Progresivamente, la física unificó el electromagnetismo en la electrodinámica cuántica —capaz de calcular el momento magnético del electrón con una precisión de hasta once cifras significativas— y describió las fuerzas nucleares débil y fuerte mediante la cromodinámica cuántica, que reveló cómo los quarks se mantienen confinados en el núcleo por una interacción 10³⁹ veces más intensa que la gravedad.

Con los cimientos teóricos expuestos, el diálogo moderado por Ricardo Cayuela viró hacia los desafíos tecnológicos y filosóficos contemporáneos. Tarrach analizó la computación cuántica, ideada por Richard Feynman en 1982 al comprender que simular la materia exige ordenadores que operen en el inmenso espacio de Hilbert.

Frente al bit tradicional, arguyó el físico español, el qubit aprovecha el principio de superposición para ejecutar un paralelismo masivo de cálculos. Sin embargo, Tarrach remarcó que la “decoherencia” representa el gran obstáculo práctico: cualquier mínima perturbación del entorno destruye el estado cuántico y degrada el sistema en un ordenador clásico.

Por su parte, Alcubierre reflexionó sobre el papel de la inteligencia artificial en la investigación científica. Aunque destacó la reciente resolución algorítmica de cientos de problemas matemáticos abiertos, lanzó una seria advertencia sobre los límites del aprendizaje humano: “Si tú tienes una máquina que te dice que este enunciado es cierto pero no entiendes por qué es cierto, ¿qué aprendiste?“.

Recurriendo a una metáfora sobre el gimnasio —donde de nada sirve construir un mecanismo que levante las pesas por ti si lo que buscas es ejercitar tus propios músculos—, el físico mexicano concluyó su reflexión citando la ya célebre sentencia de la escritora Joanna Maciejewska: “Queremos la inteligencia artificial para que lave los platos y doble la ropa mientras nosotros hacemos arte y ciencia, no queremos que la inteligencia artificial haga arte mientras nosotros lavamos los platos”.

En el cierre de la jornada, al abordar la convergencia entre las escalas macroscópica y microscópica, Tarrach subrayó que los fenómenos cuánticos no están confinados de manera exclusiva a lo microscópico, citando experimentos recientes de doble rendija realizados con moléculas compuestas por millones de átomos. “Las leyes cuánticas son válidas siempre; el problema es si somos capaces de construir los instrumentos para descubrir su carácter cuántico sin que la decoherencia los transforme en clásicos”, concluyó el investigador español.

Un encuentro magistral que demostró que, más allá de la brecha entre lo infinitamente grande y lo infinitamente pequeño, la física sigue nutriéndose de la misma fascinación filosófica por comprender el cosmos.

Source – Elespanol