jueves, octubre 20, 2011

La "Teoría del Todo" o sobre cómo construir panaceas científicas

Manuel David Morales

Hace algunos meses analizamos de manera muy general la problemática del fine-tuning, y cómo dentro del contexto de la nueva teología natural constituye un interesante indicador de la presencia divina en la naturaleza1. También señalamos, que como esta explicación no constituye una prueba concluyente, existen otras alternativas, las cuales se formulan como propuestas metafísicas en conexión con ciertas teorías científicas especulativas. Una de éstas es la llamada Teoría del Todo (TdT), considerada por muchos como el verdadero "santo grial" de la física teórica, ya que no solo aspiraría a unificar las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza (gravitación, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil)2; sino también a transformarse en la explicación última para el origen, evolución y futuro de nuestro universo. Algunos argumentan que con una TdT ya sería posible explicar todos los parámetros contingentes que hoy encontramos en la física, y que parecieran estar delicadamente ajustados para favorecer la existencia del homo sapiens. Así entonces, la ciencia tendría el asombroso potencial para explicar nuestra propia naturaleza, finalidad y existencia; solamente a través del bello y elegante lenguaje de las matemáticas.

En la actualidad, uno de los candidatos naturales más importantes para transformarse en la explicación científica última para nuestro universo es la teoría de supercuerdas3. La historia de dicha propuesta se ha ido configurando gradualmente, por lo que para conocer un poco acerca de sus orígenes es necesario remontarnos al año 1968, cuando el físico italiano Gabriele Veneziano presenta su modelo de resonancia dual para las interacciones fuertes, es decir, aquellas que permiten que los componentes del núcleo atómico, protones y neutrones, se mantengan unidos. Trabajando en el laboratorio de altas energías CERN, Veneziano descubrió que la conocida función beta, formulada y estudiada inicialmente por el matemático Leonhard Euler, curiosamente se ajustaba a los resultados experimentales obtenidos. Lo interesante es que en 1970, los físicos Yoichiro Nambu, Leonard Susskind y Holger Nielsen, de manera totalmente independiente descubrieron que el modelo desarrollado por Veneziano, y específicamente la función beta, describía la mecánica cuántica de cuerdas vibrantes relativistas: la teoría de cuerdas había nacido. Sin embargo, nótese que inicialmente hemos hecho alusión a super-cuerdas. ¿De donde proviene este prefijo? La respuesta es simple, y radica en el hecho de que posteriormente la teoría se pudo configurar para que incluyera dentro de sus propiedades físicas la supermetría. En otras palabras, se aplicó la teoría de cuerdas a los bosones y fermiones, partículas con espín entero y semi-entero respectivamente. Este avance teórico, fue realizado por los físicos Pierre Ramond, André Neveu y John Schwarz.

El que los físicos nos refiramos a “cuerdas”, muchas veces se vuelve confuso para el sentido común, por lo que creo se hace necesario explicarlo de una manera un poco más ilustrativa. Imaginemos que hacemos un viaje al micromundo, con el fin de observar las propiedades fundamentales de la materia. Hoy es bien sabido que todos los objetos que conforman el universo consisten en moléculas, y éstas a su vez en átomos. Estos últimos, están formados de electrones (o de manera mas precisa, de una “nube electrónica”) orbitando el núcleo. También sabemos que dicho núcleo consiste en protones y neutrones, los cuales finalmente están constituidos por quarks. Hasta allí llega nuestro conocimiento experimental acerca de la composición de la materia. Ahora bien, lo que postula la teoría de supercuerdas a muy grandes rasgos, es que dichos quarks esta constituidos por cuerdas fundamentales. Entonces, lo que daría forma y característica a los objetos que constituyen nuestro universo, desde las partículas atómicas hasta una bola de billar, un edificio, un planeta e incluso una galaxia, sería el modo de vibración de dichas cuerdas. Nuestro universo, en lo más profundo de su naturaleza, escondería los sonidos de una verdadera y asombrosa “sinfonía cósmica”.

No cabe duda que la teoría de supercuerdas es una apuesta unificadora muy elegante y seductora, debido a su hermosa estructura matemática. Sin embargo, una de las mayores dificultades que ha enfrentado desde sus inicios, es que en la práctica, detectar las supercuerdas es algo extremadamente difícil, si acaso imposible. Cuando se trabaja con estos entes físicos, nos situamos en órdenes de magnitud que ningún aparato construido hasta ahora puede detectar, aprox. 10-35 metros. En otras palabras, si el átomo lo ampliáramos hasta alcanzar el tamaño de nuestro sistema solar, una cuerda fundamental ¡tendría el tamaño de un automóvil! Otro aspecto muy preocupante, es que todavía no se tiene claro cómo esta teoría podría proporcionarnos predicciones sólidas que avalen el marco general en el cual se encuentra cimentada. Esto radica esencialmente en el hecho de que su naturaleza matemática nos impide formular un único modelo de manera unívoca. En la divulgación científica, a veces se habla de pruebas indirectas, como por ejemplo las asociadas a futuras mediciones del Large Hadron Collider (LHC). Sin embargo lo que rara vez se dice, es que dichas evidencias apuntarían a modelos muy particulares, pero no el marco completo de la teoría, el cual consta de una cantidad enorme de modelos. Considerando que las ciencias físicas hace mucho tiempo que abandonaron la metodología de tipo inductivista, estas pruebas se tornan muy débiles.

Por razones como las antes mencionadas, y aun cuando en el ámbito de la divulgación existen algunos científicos que se mantienen exageradamente optimistas, hoy en la academia se guardan muchas reservas en cuanto a la viabilidad de esta propuesta teórica. Por supuesto, existe la posibilidad de que sea verdadera, sin embargo hoy sigue siendo una teoría especulativa. Por ejemplo para Michio Kaku, físico teórico y co-creador de la teoría de cuerdas, es poco creíble que no exista forma alguna de compatibilizar concepciones tan diferentes como lo son la relatividad general y la mecánica cuántica, considerando que a lo largo de la historia de la ciencia la tendencia natural ha sido siempre la unificación de teorías4. El cosmólogo inglés Stephen Hawking, aludiendo a la teoría M, generalización de la teoría de supercuerdas, sostiene que estas explicaciones científicas tendrían el enorme potencial para responder la pregunta profunda “¿por qué existe algo en vez de nada?”, volviendo redundante cualquier tipo de explicación teológica5. Steven Weinberg, premio nobel de física y ferviente ateo-militante, en una línea cientificista dura, considera que una teoría final terminará por extinguir de nuestra comprensión de la realidad, la filosofía y la religión6. En virtud de este tipo de opiniones, convendría preguntarnos ¿qué implicaciones tendría para la teología, y en especial para el argumento del fine-tuning, una potencial TdT? Para abordar esta problemática necesitaremos explorar algunos aspectos importantes.

Constantes finamente ajustadas. Por lo general se ha sostenido que una TdT tendría la capacidad para relacionar a través de una o más ecuaciones fundamentales todas las “coincidencias antrópicas” asociadas a los valores de las constantes de la naturaleza. Así entonces, nuestro universo más que ser el resultado de un “plan” establecido previamente, constituiría el resultado inevitable de las mismas leyes de la física. Desde el punto de vista metafísico, se nos presenta un panorama fuertemente determinista, en el cual nuestro universo constituye un sistema autocontenido y autopredeterminado. Aun cuando en principio pareciera una alternativa razonable, en la práctica en realidad no es algo para nada garantizado. Resulta interesante considerar una propuesta desarrollada hace algunos años, precisamente por uno de los creadores de la teoría de cuerdas, Leonard Susskind, en la cual sugiere que de ser efectiva dicha teoría, existiría un verdadero paisaje antrópico7. En términos generales, y dentro del contexto teórico de la teoría cuántica de campos, dicho paisaje estaría constituido por un importante número “falsos vacíos”, de los cuales solo una pequeña cantidad sería adecuada para sostener la vida humana. Lo curioso, es que como este panorama pareciera sugerir una explicación teleológica, Susskind y otros físicos teóricos se han visto forzados a moverse a otra de las explicaciones en competencia, y que en un próximo artículo exploraré con más detalle, a saber: la hipótesis del multiverso.

Teorías científicas contingentes. Otro aspecto que resulta bastante perturbador, es que aún considerando el caso hipotético de que se encontrara una TdT que permitiera explicar nuestro universo como el resultado de la necesidad, la pregunta "¿por qué existe algo en vez de nada?" seguiría vigente. Si lo pensamos más detenidamente, una teoría altamente determinista a lo más podría explicarnos por qué nuestro universo es necesariamente de esta manera y no de otra, pero no por qué es, ya que podría existir o no existir después de todo. Aquí la problemática de fondo, es que en realidad ninguna teoría científica que aspire a eliminar la contingencia de los valores numéricos de todas las constantes y propiedades físicas fundamentales, podrá remover la contingencia asociada a su propia existencia. El problema de por qué nuestro universo y nosotros mismos existimos, en realidad es algo que nunca podrá explicar la ciencia, ya que el no-ser, la nada, es un concepto que escapa de sus límites. La ciencia experimental tiene como objeto de estudio exclusivamente los cambios que ocurren dentro del mundo natural, y que necesitan de estados previamente existentes.

Sobre nuestra naturaleza humana. Muchos ideólogos señalan a la TdT como una explicación que daría sentido a nuestra propia humanidad, esta última con todos sus complejos matices que hasta ahora han abordado las áreas de corte humanista. Sin embargo, este panorama en extremo optimista nos lleva a paradojas profundas, imposibles de solucionar vía teorías científicas. Pensemos por un instante: si nuestra naturaleza humana de antemano estaba predeterminada desde antes del big bang por simples ecuaciones matemáticas ¿dónde queda nuestra libertad y responsabilidad moral? Ahora no solo del ámbito de las neurociencias se formularían argumentos mecanicistas con pretensión de eliminar nuestras mas profundas dimensiones humanas, sino también de la física cosmológica. Al margen de nuestra postura al respecto, lo realmente relevante es que extrapolar el poder explicativo de una TdT a las humanidades es algo insostenible en la práctica. Aspectos básicos de nuestra realidad como el apelar a valores éticos fundamentales, nuestra autonomía como seres sociales e incluso nuestra capacidad intuitiva y sensible quedarían reducidas a simples mecanismos deterministas. Dentro de este panorama oscuro y macabro, ámbitos como el derecho, la política y el arte, se volverían totalmente redundantes.

Es innegable que la búsqueda de una TdT es algo legítimo, y por supuesto, muy apasionante. La unificación de las interacciones fundamentales de la naturaleza es una problemática interesante, que en lo personal considero se resolverá a futuro con teorías físicas realmente revolucionarias. Sin embargo, la cuestión de raíz es que dentro de este problema se requiere hacer una contextualización que diferencie adecuadamente entre ciencia, filosofía e ideología, ya que existen aspectos que una TdT difícilmente podrá explicar. La contingencia del universo y de nuestras teorías científicas, nuestra propia existencia e incluso nuestra naturaleza humana son cuestiones que escapan de los límites de la ciencia, por lo que tomar actitudes “científicamente expansionistas” se vuelve problemático e inconsistente. Sigamos disfrutando de la ciencia, y del fascinante estudio de las propiedades fundamentales de nuestro universo; pero sin caer en el dogmatismo sesgado que convierte teorías legítimas en verdaderas panaceas científicas.

Referencias
  • GREENE, Brian R. El Universo Elegante: Supercuerdas, dimensiones ocultas y la búsqueda de una teoría final. España, Editorial Crítica, 2006
  • KAKU, Michio. Hiperespacio: Una odisea científica a través de universos paralelos, distorsiones del tiempo y la décima dimensión. España, Editorial Crítica, 2007
  • BARROW, John D. Teorías del Todo: Hacia una explicación fundamental del Universo. España, Editorial Crítica, 2004.
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  1. MORALES, Manuel David. ¿Qué es el “ajuste fino” del universo? [en línea] Revista RYPC. 20 de enero 2011 <http://www.revista-rypc.org/2011/01/que-es-el-ajuste-fino-del-universo.html> [consulta: 10 septiembre 2011]
  2. El estatus actual es el siguiente: contamos con un esquema que unifica la interacción nuclear débil y el electromagnetismo dando como resultado la interacción electrodébil. Sin embargo, todavía se trabaja en la unificación de esta última con la interacción nuclear fuerte, que daría como resultado una Teoría de la Gran Unificación. Una vez determinada esta teoría, y acoplando la relatividad general, ahi recién estaremos en condiciones de consolidar una Teoría del Todo.
  3. Existen otros dos casos también muy populares: la Teoría M, que esencialmente consiste en una generalización de la teoría de supercuerdas; y la llamada Loop Quantum Gravity, que básicamente se erige como una teoría cuántica del espacio-tiempo.
  4. Entrevista dada por Michio Kaku en el popular programa britanico Closer to Truth, conducido por Robert Lawrence Kuhn: http://www.closertotruth.com/video-profile/What-is-a-Theory-of-Everything-Michio-Kaku-/1136 
  5. HAWKING, Stephen y MLODINOW, Leonard. The Grand Design. New York, Bantam Books, 2010.
  6. WEINBERG, Steven. Dreams of a Final Theory: The Scientist's Search for the Ultimate Laws of Nature. New York, Vintage Books, 1992.
  7. SUSSKIND, Leonard. The Anthropic Landscape of String Theory. [en línea] <http://arxiv.org/abs/hep-th/0302219> [consulta: 12 septiembre 2011]

 
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