Uno de los mayores retos para la física teórica, y que ha perseguido a los científicos por más de un siglo, es tratar de explicar los fenómenos físicos conocidos en el universo unificando los contradictorios y aparentemente irreconciliables principios de la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad de Albert Einstein.
Estas dos teorías han acompañado a la humanidad para responder qué es el espacio, qué es el tiempo y qué es la materia. Nos han enseñado a caracterizar estas entidades. A pesar de sus grandes éxitos, no todo ha sido suave y amable.
Cada uno de estos pilares de la física moderna sirve para describir con gran precisión los fenómenos que corresponde a su respectiva área de investigación. La mecánica cuántica explica cómo funcionan las leyes que rigen las cosas más pequeñas. Mientras, la relatividad se adapta perfectamente para las escalas masivas del cosmos. Pero el gran problema es que fallan estrepitosamente cuando tratan de aplicarse en el campo de la otra.
La relatividad y la mecánica cuántica no se pueden aplicar al mismo tiempo ni al mismo problema. Al intentar hacerlo aparecen las contradicciones. Surgen de los aspectos fundamentales y más primarios de cada teoría: localidad, causalidad y determinismo en la relatividad; y entrelazamiento, eventos anticausales y resultados probabilísticos en mecánica cuántica.
Se trata de un conflicto realmente complejo. Para la ciencia, la comprensión del cosmos ha sido una tarea posible gracias, en gran parte, a la rigurosidad de las leyes que lo rigen. Lo que sucede es que se aplican de la misma manera en cualquier rincón del Universo. Lo mismo para una calle de Madrid que para un punto de EGS8p7, una galaxia que está a más de 13.200 millones de años la luz de nosotros. Hasta ahora, una teoría general de todo ha eludido a los científicos, y algunos creen que el objetivo final no es realista.
Una búsqueda infructuosa
Albert Einstein comenzó a buscar una teoría unificadora en la década de 1920. Nunca había aceptado completamente las extrañas paradojas de la mecánica cuántica. Creía que las matemáticas que describen el electromagnetismo y la gravedad, las únicas dos fuerzas conocidas en ese momento, podrían combinarse en un solo marco.
Pero su búsqueda resultó una tarea quijotesca. «La mayoría de mi descendencia intelectual termina siendo muy joven en el cementerio de las esperanzas decepcionadas», escribió en una carta en 1938.
A mediados del siglo XX, los físicos desarrollaron el Modelo Estándar, que se ha llamado la «teoría de casi todo». Describe las interacciones de todas las partículas subatómicas conocidas y tres de las cuatro fuerzas fundamentales: el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil, pero no la gravedad.
Un modelo que también incluye la gravedad se conocería como teoría cuántica de la gravedad. Algunos investigadores creen que la teoría de cuerdas es un marco de este tipo y encaja perfectamente con una teoría del todo. La teoría de cuerdas postula que las partículas son en realidad entidades unidimensionales similares a cuerdas que vibran en una realidad de 11 dimensiones. Las vibraciones determinan las propiedades de las diferentes partículas, como su masa y carga.
Un callejón sin salida
Pero otros científicos consideran la idea de la teoría de cuerdas como un callejón sin salida intelectual. Peter Woit, físico teórico de la Universidad de Columbia, ha insistido en que se trata de perseguir un sueño imaginario.
«El problema básico con la investigación de la unificación de la teoría de cuerdas no es que el progreso haya sido lento durante los últimos 30 años, sino que ha sido negativo, todo lo aprendido muestra más claramente por qué la idea no funciona.»
En su exitoso libro Una breve historia del tiempo, el físico Stephen Hawking discutió su deseo de ayudar a crear una teoría del todo. Pero cambió de opinión más tarde en la vida. Pensó que tal teoría estaría fuera de su alcance para siempre porque las descripciones humanas de la realidad son siempre incompletas.
Este hecho no lo entristeció, sino que le dio esperanza. «Ahora me alegra que nuestra búsqueda de comprensión nunca llegue a su fin y que siempre tendremos el desafío de un nuevo descubrimiento. Sin él, nos estancaríamos», dijo Hawking.
Solución en las computadoras
Pero Einstein y Hawking podrían verse reivindicados con un poco de ayuda de la tecnología. Las computadoras podrían tomar el testigo de estos genios y tratar de culminar la senda que los científicos iniciaron, pero no lograron completar.
Los humanos han estudiado durante siglos estrategias de juegos como el ajedrez. Y sin embargo, los programas informáticos han descubierto nuevas formas de vencerlos. Entonces, no sería descabellado pensar que la inteligencia artificial pueda resolver acertijos que los investigadores no han podido dilucidar.
Las computadoras asumen cada vez más tareas que estaban reservadas a la inteligencia humana. Conducir en el tráfico, ayudar a clientes en tiendas en línea… ¿Resolver los grandes enigmas del cosmos?
Un paso posible
Ciertamente, determinar a cuál lado de la calle girar o recomendar cuál móvil será mejor regalo de Navidad es más sencillo que hallar la fórmula que unifique la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad. Pero los avances, hasta ahora, han sido asombrosos.
Algunos físicos creen que el próximo gran salto vendrá con la llegada de la inteligencia artificial en computadoras cuánticas. A diferencia de las computadoras clásicas, que manipulan bits que pueden ser 1 o 0, los llamados qubits en las computadoras cuánticas pueden ser ambos a la vez. Esto permite que las computadoras cuánticas procesen grandes cantidades de información simultáneamente.
Estas máquinas están todavía en su infancia, pero son muy prometedoras. La idea básica es que los sistemas cuánticos puedan generar patrones que son difíciles de lograr para los sistemas clásicos. En otras palabras, será capaces de ir más lejos y más rápido.
Los científicos creen que aún es muy pronto para saber cuán lejos pueden llegar estas máquinas. Quizás podrían unificar los principios de la teoría cuántica con los de la relatividad de Einstein. Quizás llegarían a producir una teoría que los humanos no puedan entender.
Sin embargo, los más escépticos advierten que el campo de la informática está plagado de exageraciones sobre el poder y la amenaza de las máquinas superinteligentes.
Otros creen que si los humanos no son lo suficientemente inteligentes para comprender la teoría del todo, quizás tampoco lo serán para diseñar una computadora que pueda resolver el problema.
Por otro lado, el avance en los cálculos podría no ser suficiente. Si finalmente las computadoras encuentran ecuaciones o relaciones que no sabemos cómo interpretar, estaremos en el punto de partida, con preguntas que no podemos responder.
Un equilibrio hombre-máquina
Pero hay otra posibilidad. Quizás las computadoras no puedan generar una teoría del todo. Tal vez solo logren hacer cálculos que no puedan ser interpretados. Sin embargo, es probable que tengamos la inteligencia suficiente para colaborar con las máquinas. Tal vez así sería posible avanzar hacia una respuesta, con base en la nueva información que nos brinden sus cálculos y sus hallazgos.
En ese caso, las computadoras no reemplazarán a Einstein o Hawking. En lugar de eso, la próxima generación de científicos contará con su ingenio, con el conocimiento heredado de sus predecesores y con la ayuda de máquinas con capacidades de cálculo y de solución de problemas sencillamente asombrosas.
Isaac Newton dijo una vez: «Si consigo ver más lejos es porque he conseguido auparme a hombros de gigantes». El día de mañana, alguien podría decir: «Si vemos aún más lejos, es porque nos aupamos en máquinas gigantes». Unificar la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad quizás requiera unificar la inteligencia humana y la inteligencia artificial.
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