François Vannucci es profesor emérito en la Universidad de París, investigador en física de partículas y especialista en neutrinos. Ha trabajado con cuatro premios Nobel y es autor de una decena de libros para divulgar la física, así como de varias novelas y obras de teatro sobre temas científicos.
En esta entrevista exclusiva, Vannucci nos explica que la materia es casi inmortal y que el universo se proyecta a través de la inteligencia humana. Añade que varios tipos de azar operan en nuestro mundo y que el gato de Schrödinger existe en el mundo de los neutrinos. Por último, concluye que efectivamente influimos en la realidad, que la física tiene todavía mucho que descubrir y que no se sabe hasta dónde va a llegar el Modelo Estándar.
La materia, ¿es inmortal?
La cuestión de la inmortalidad de la materia se plantea para comprender el posible final que le espera a nuestro mundo. La materia ordinaria del Universo está compuesta en un 90% del núcleo atómico más simple, el protón. ¿Es inestable? Esta pregunta estuvo de actualidad en los años 1980, cuando una teoría llamada la “gran unificación” predecía la desintegración del protón después de un tiempo de vida muy largo, una propuesta susceptible de confirmación experimental. Según esta teoría, el protón puede transformarse espontáneamente, por ejemplo, al dar un pion y un positrón (el antielectrón): los experimentos empezaron a buscar esta señal.
Para obtener medidas significativas, fue necesario examinar una gran cantidad de protones. El mejor resultado actual reposa sobre los datos de un inmenso depósito que contiene 50 kilotones de agua (40mx40mx40m): es el detector Super-Kamiokande, enterrado bajo una montaña japonesa. Las propiedades del agua permiten buscar la desintegración propuesta, que daría una señal luminosa característica registrada por los sensores adecuados. En varios años de seguimiento, ninguna señal que probara la teoría ha sido detectada.
Por lo tanto, hoy sabemos que un protón vive de media más de 1034 años. Sabiendo que nuestro universo tiene 14.000 millones de años, vemos que el tiempo de vida de un protón supera 24 veces esa edad. Entonces, la materia es casi inmortal, al menos vista desde la escala humana. El Universo tiene muchas posibilidades de evolucionar y no morirá por falta de materia.
La cuestión de la inmortalidad de la materia se plantea para comprender el posible final que le espera a nuestro mundo. La materia ordinaria del Universo está compuesta en un 90% del núcleo atómico más simple, el protón. ¿Es inestable? Esta pregunta estuvo de actualidad en los años 1980, cuando una teoría llamada la “gran unificación” predecía la desintegración del protón después de un tiempo de vida muy largo, una propuesta susceptible de confirmación experimental. Según esta teoría, el protón puede transformarse espontáneamente, por ejemplo, al dar un pion y un positrón (el antielectrón): los experimentos empezaron a buscar esta señal.
Para obtener medidas significativas, fue necesario examinar una gran cantidad de protones. El mejor resultado actual reposa sobre los datos de un inmenso depósito que contiene 50 kilotones de agua (40mx40mx40m): es el detector Super-Kamiokande, enterrado bajo una montaña japonesa. Las propiedades del agua permiten buscar la desintegración propuesta, que daría una señal luminosa característica registrada por los sensores adecuados. En varios años de seguimiento, ninguna señal que probara la teoría ha sido detectada.
Por lo tanto, hoy sabemos que un protón vive de media más de 1034 años. Sabiendo que nuestro universo tiene 14.000 millones de años, vemos que el tiempo de vida de un protón supera 24 veces esa edad. Entonces, la materia es casi inmortal, al menos vista desde la escala humana. El Universo tiene muchas posibilidades de evolucionar y no morirá por falta de materia.
Y el ser humano, ¿es el centro del Universo?
La evolución de la materia en el Universo se comprende bien a partir del fenómeno inicial llamado Big Bang. Los átomos ligeros tardaron en formarse 370.000 años y después la materia se estructuró en galaxias de estrellas. A continuación, aparecieron los planetas, agregando elementos más pesados producidos en el seno de las estrellas. Y solo en algunos planetas, al menos en uno de ellos, apareció la vida e incluso la conciencia.
Las condiciones para la aparición de la vida necesitan condiciones muy estrictas. El planeta y su astro asociado deben presentar propiedades muy particulares: temperatura aceptable, presencia de agua, una atmósfera… esta coincidencia parece poco probable, es decir, estadísticamente muy improbable. Se ha planteado desde el principio antrópico que la probabilidad de que ese acontecimiento se haya producido es tan pequeña, que necesitaría ayuda externa. Pero existe una escapatoria: imaginar un gran número de planetas y eso es lo que ha ocurrido: una galaxia contiene 100 mil millones de estrellas y en el universo hay 100 mil millones de galaxias. La enorme estadística del número de planetas deja caduco el principio antrópico.
Pero el problema se repite al nivel del Universo. De hecho, está construido a partir de una materia cuyo comportamiento sigue leyes muy estrictas. Sin embargo, esas leyes que permitieron nuestra aparición se basan en magnitudes que parecen elegidas aleatoriamente. El azar ha hecho muy bien las cosas: por ejemplo, si la diferencia de masas entre el protón y el neutrón hubiera sido ligeramente diferente, no estaríamos aquí para comentarlo. Las propiedades bien conocidas de los componentes de la materia no se derivan de ningún gran principio y nuestra llegada parece ser el fruto de una feliz coincidencia.
¿Es la señal de un diseño? Una solución racional ha sido propuesta para contrarrestar esta hipótesis: el Multiverso. Existiría una multitud de universos, cada uno de ellos representando un conjunto de parámetros diferentes. Aquí las estadísticas también contradicen la idea antrópica. El problema es que no hay comunicación posible entre los distintos universos, por lo que el multiverso seguirá siendo solo una creencia.
Entonces, ¿el hombre está en el centro del Universo? En todo caso, el universo se proyecta a través de la inteligencia humana y en cierta forma somos sus maestros porque comprendemos su funcionamiento. Esto también es una coincidencia desconcertante.
La evolución de la materia en el Universo se comprende bien a partir del fenómeno inicial llamado Big Bang. Los átomos ligeros tardaron en formarse 370.000 años y después la materia se estructuró en galaxias de estrellas. A continuación, aparecieron los planetas, agregando elementos más pesados producidos en el seno de las estrellas. Y solo en algunos planetas, al menos en uno de ellos, apareció la vida e incluso la conciencia.
Las condiciones para la aparición de la vida necesitan condiciones muy estrictas. El planeta y su astro asociado deben presentar propiedades muy particulares: temperatura aceptable, presencia de agua, una atmósfera… esta coincidencia parece poco probable, es decir, estadísticamente muy improbable. Se ha planteado desde el principio antrópico que la probabilidad de que ese acontecimiento se haya producido es tan pequeña, que necesitaría ayuda externa. Pero existe una escapatoria: imaginar un gran número de planetas y eso es lo que ha ocurrido: una galaxia contiene 100 mil millones de estrellas y en el universo hay 100 mil millones de galaxias. La enorme estadística del número de planetas deja caduco el principio antrópico.
Pero el problema se repite al nivel del Universo. De hecho, está construido a partir de una materia cuyo comportamiento sigue leyes muy estrictas. Sin embargo, esas leyes que permitieron nuestra aparición se basan en magnitudes que parecen elegidas aleatoriamente. El azar ha hecho muy bien las cosas: por ejemplo, si la diferencia de masas entre el protón y el neutrón hubiera sido ligeramente diferente, no estaríamos aquí para comentarlo. Las propiedades bien conocidas de los componentes de la materia no se derivan de ningún gran principio y nuestra llegada parece ser el fruto de una feliz coincidencia.
¿Es la señal de un diseño? Una solución racional ha sido propuesta para contrarrestar esta hipótesis: el Multiverso. Existiría una multitud de universos, cada uno de ellos representando un conjunto de parámetros diferentes. Aquí las estadísticas también contradicen la idea antrópica. El problema es que no hay comunicación posible entre los distintos universos, por lo que el multiverso seguirá siendo solo una creencia.
Entonces, ¿el hombre está en el centro del Universo? En todo caso, el universo se proyecta a través de la inteligencia humana y en cierta forma somos sus maestros porque comprendemos su funcionamiento. Esto también es una coincidencia desconcertante.
El azar entonces, ¿existe realmente?
Hay muchos tipos de azar que operan en nuestro mundo.
El azar de la complejidad se manifiesta en coincidencias fortuitas que llegan inesperadamente. Los sucesos siguen cadenas separadas que responden al principio de causa y efecto, pero muchas cadenas paralelas están enredadas y no es posible controlarlas a todas, de ahí la aparición de curiosas coincidencias.
Otro nivel de azar surge del hecho de las incertidumbres vinculadas a la operación de medida. Es el problema de los tres cuerpos, que nos dice que un error de 1 metro sobre la posición de la Tierra dará en 100 millones de años un error equivalente al 10% de la distancia al Sol.
Pero hay un azar todavía más desconcertante, el azar cuántico. No es una limitación operativa secundaria, sino un azar intrínseco a la naturaleza de la realidad a la escala de los infinitamente pequeño. El mundo ya no es determinista, sino que se vuelve probabilista. No podemos predecir la trayectoria de un electrón, solo se puede calcular la posibilidad de que llegue a un cierto punto. Es una propiedad revolucionaria que trasciende nuestra comprensión.
Hay muchos tipos de azar que operan en nuestro mundo.
El azar de la complejidad se manifiesta en coincidencias fortuitas que llegan inesperadamente. Los sucesos siguen cadenas separadas que responden al principio de causa y efecto, pero muchas cadenas paralelas están enredadas y no es posible controlarlas a todas, de ahí la aparición de curiosas coincidencias.
Otro nivel de azar surge del hecho de las incertidumbres vinculadas a la operación de medida. Es el problema de los tres cuerpos, que nos dice que un error de 1 metro sobre la posición de la Tierra dará en 100 millones de años un error equivalente al 10% de la distancia al Sol.
Pero hay un azar todavía más desconcertante, el azar cuántico. No es una limitación operativa secundaria, sino un azar intrínseco a la naturaleza de la realidad a la escala de los infinitamente pequeño. El mundo ya no es determinista, sino que se vuelve probabilista. No podemos predecir la trayectoria de un electrón, solo se puede calcular la posibilidad de que llegue a un cierto punto. Es una propiedad revolucionaria que trasciende nuestra comprensión.
Entonces, ¿el mundo es comprensible para nosotros?
La ciencia tiene como objetivo comprender al Universo. El método se basa en observaciones que son formalizadas en una ley y la experiencia debe verificar todas las consecuencias para validar una teoría. Gracias a este método, la ciencia ha realizado enormes progresos: vemos detalles de la materia 100 millones de veces más precisos y un Universo 100 millones de veces más amplio que hace cien años.
Pero ¿qué significa comprensible? En la práctica, quiere decir predecible por una teoría y verificable por una experiencia, por lo tanto, que no está sujeto al azar. Y en física hay dos límites claros a esta expectativa.
Como mencionamos, el azar cuántico pone un límite a la comprensión del mundo infinitamente pequeño; no es una incertidumbre, sino una indefinición. No se trata por tanto de un azar cualquiera, como un efecto del ruido. No sabemos calcular la trayectoria de un electrón, pero una población de electrones se distribuye según figuras predecibles. La realidad es probabilista, pero se aplica un determinismo colectivo.
Otra limitación a nuestra comprensión: el muro de gigantismo experimental que necesitaría la verificación de los modelos propuestos para explicar los enigmas actuales. El Multiverso es un ejemplo. A un nivel más práctico, la existencia de cuerdas, próxima etapa sugerida por algunas teorías en la investigación fundamental, necesitaría un acelerador del tamaño de una galaxia. Difícil conseguir que lo financien los Estados.
El ejemplo del gato de Schrödinger ha evolucionado mucho desde su formulación en 1935. ¿Influimos o no en la creación de realidad?
El gato de Schrödinger es una metáfora que quiere poner en evidencia el aparente absurdo de la mecánica cuántica. Un gato encerrado en una caja con una fuente radiactiva que tiene una posibilidad sobre dos de desintegrarse en una hora, puede liberar un gas letal que mataría al gato.
¿Cuál es el estado del gato después de una hora? La respuesta de la mecánica cuántica es que está a la vez vivo y muerto. La teoría permite la superposición de estados que pueden ser muy diferentes. El gato es una parábola popular irrealizable, pero este supuesto lo encontramos en las oscilaciones de los neutrinos.
Conocemos 3 tipos diferentes de neutrinos, llamados ne nm y nt. Así es como aparecen después de su producción. Pero durante su propagación, los tres tipos se mezclan y cuando están lejos de la fuente que los ha engendrado, no se sabe qué tipo de neutrino será detectado. Solo se puede predecir la probabilidad de encontrar tal o cual tipo de neutrinos. Antes de ser detectado por un sensor, el neutrino está a la vez en los tres tipos.
¿Influimos nosotros en la realidad? Sí, porque para medir es necesario perturbar el sistema bajo observación y en mecánica cuántica una interacción elemental no puede ser controlada.
La ciencia tiene como objetivo comprender al Universo. El método se basa en observaciones que son formalizadas en una ley y la experiencia debe verificar todas las consecuencias para validar una teoría. Gracias a este método, la ciencia ha realizado enormes progresos: vemos detalles de la materia 100 millones de veces más precisos y un Universo 100 millones de veces más amplio que hace cien años.
Pero ¿qué significa comprensible? En la práctica, quiere decir predecible por una teoría y verificable por una experiencia, por lo tanto, que no está sujeto al azar. Y en física hay dos límites claros a esta expectativa.
Como mencionamos, el azar cuántico pone un límite a la comprensión del mundo infinitamente pequeño; no es una incertidumbre, sino una indefinición. No se trata por tanto de un azar cualquiera, como un efecto del ruido. No sabemos calcular la trayectoria de un electrón, pero una población de electrones se distribuye según figuras predecibles. La realidad es probabilista, pero se aplica un determinismo colectivo.
Otra limitación a nuestra comprensión: el muro de gigantismo experimental que necesitaría la verificación de los modelos propuestos para explicar los enigmas actuales. El Multiverso es un ejemplo. A un nivel más práctico, la existencia de cuerdas, próxima etapa sugerida por algunas teorías en la investigación fundamental, necesitaría un acelerador del tamaño de una galaxia. Difícil conseguir que lo financien los Estados.
El ejemplo del gato de Schrödinger ha evolucionado mucho desde su formulación en 1935. ¿Influimos o no en la creación de realidad?
El gato de Schrödinger es una metáfora que quiere poner en evidencia el aparente absurdo de la mecánica cuántica. Un gato encerrado en una caja con una fuente radiactiva que tiene una posibilidad sobre dos de desintegrarse en una hora, puede liberar un gas letal que mataría al gato.
¿Cuál es el estado del gato después de una hora? La respuesta de la mecánica cuántica es que está a la vez vivo y muerto. La teoría permite la superposición de estados que pueden ser muy diferentes. El gato es una parábola popular irrealizable, pero este supuesto lo encontramos en las oscilaciones de los neutrinos.
Conocemos 3 tipos diferentes de neutrinos, llamados ne nm y nt. Así es como aparecen después de su producción. Pero durante su propagación, los tres tipos se mezclan y cuando están lejos de la fuente que los ha engendrado, no se sabe qué tipo de neutrino será detectado. Solo se puede predecir la probabilidad de encontrar tal o cual tipo de neutrinos. Antes de ser detectado por un sensor, el neutrino está a la vez en los tres tipos.
¿Influimos nosotros en la realidad? Sí, porque para medir es necesario perturbar el sistema bajo observación y en mecánica cuántica una interacción elemental no puede ser controlada.
El debate sobre si existe realmente el mundo, ¿está todavía presente en la Física?
Es una cuestión a plantear a un filósofo. Desde el siglo XVII, algunos han planteado que el mundo es una ilusión que solo tiene realidad en mi mente. Y digo “mi” porque no estoy seguro de “tu” existencia. No creo que la Física se plantee esta cuestión. Lo que es flagrante en Física es sobre todo la pasividad de la materia, que sigue leyes con frecuencia deterministas, lo que permite predecir el futuro de manera bastante precisa, particularmente en la física clásica, es decir, en la mecánica.
Einstein era estrictamente determinista, de ahí su famosa frase “Dios no juega a los dados con el mundo”. Para él, el mundo existe objetivamente, independientemente de nosotros, y la inteligencia humana debe ser capaz de describir lo que es. Einstein aprendió la lección de Platón. Pero hoy sabemos que el azar cuántico superpone una realidad que solo es conocida después de su realización. Esto nos libera de los grilletes del determinismo absoluto, lo que invalida la reflexión de Spinoza cuando dijo: “Nos creemos libres, pero somos tan libres como una piedra que cae.”
Es una cuestión a plantear a un filósofo. Desde el siglo XVII, algunos han planteado que el mundo es una ilusión que solo tiene realidad en mi mente. Y digo “mi” porque no estoy seguro de “tu” existencia. No creo que la Física se plantee esta cuestión. Lo que es flagrante en Física es sobre todo la pasividad de la materia, que sigue leyes con frecuencia deterministas, lo que permite predecir el futuro de manera bastante precisa, particularmente en la física clásica, es decir, en la mecánica.
Einstein era estrictamente determinista, de ahí su famosa frase “Dios no juega a los dados con el mundo”. Para él, el mundo existe objetivamente, independientemente de nosotros, y la inteligencia humana debe ser capaz de describir lo que es. Einstein aprendió la lección de Platón. Pero hoy sabemos que el azar cuántico superpone una realidad que solo es conocida después de su realización. Esto nos libera de los grilletes del determinismo absoluto, lo que invalida la reflexión de Spinoza cuando dijo: “Nos creemos libres, pero somos tan libres como una piedra que cae.”
¿Podemos decir que la Física ha dicho ya la última palabra sobre la naturaleza del mundo?
No estamos ni cerca. En el conocimiento actual del Universo, existen fantásticos enigmas por resolver: la naturaleza de la energía oscura y de la materia oscura, que representan entre las dos el 95% del contenido del Universo y que son totalmente desconocidas. También está la cuestión de a dónde ha ido la antimateria que en el momento del Big Bang era tan abundante como la materia. Y además hay cuestionas todavía más agudas: las veinte constantes arbitrarias del Modelo Estándar, ¿son indicaciones más profundas de una teoría?
La física tiene todavía mucho por hacer. El problema actual es que el conocimiento progresa asintóticamente en el dominio de los dos extremos, lo pequeño y lo grande. Se necesitaron 20 años y el trabajo de miles de físicos para descubrir el bosón de Higgs. Desde luego, todavía debemos esperar más progresos, pero me temo que algún día la sociedad rechace mantener un esfuerzo cada vez más colosal.
No estamos ni cerca. En el conocimiento actual del Universo, existen fantásticos enigmas por resolver: la naturaleza de la energía oscura y de la materia oscura, que representan entre las dos el 95% del contenido del Universo y que son totalmente desconocidas. También está la cuestión de a dónde ha ido la antimateria que en el momento del Big Bang era tan abundante como la materia. Y además hay cuestionas todavía más agudas: las veinte constantes arbitrarias del Modelo Estándar, ¿son indicaciones más profundas de una teoría?
La física tiene todavía mucho por hacer. El problema actual es que el conocimiento progresa asintóticamente en el dominio de los dos extremos, lo pequeño y lo grande. Se necesitaron 20 años y el trabajo de miles de físicos para descubrir el bosón de Higgs. Desde luego, todavía debemos esperar más progresos, pero me temo que algún día la sociedad rechace mantener un esfuerzo cada vez más colosal.
Entonces, ¿existe Física más allá del Modelo Estándar?
El Modelo Estándar de las partículas, nacido en los años 1970, proporciona una excelente descripción de los fenómenos que ocurren a nivel de las partículas elementales hasta la escala básica alcanzada en la actualidad de 10-18 m. La materia y la energía oscuras están más allá de la física. Las únicas direcciones propuestas proceden de la teoría. Y los teóricos son muy imaginativos, proponen nuevas hipótesis. Los que experimentan intentan seguirlos, pero queda por ver hasta dónde podrán llegar.
El Modelo Estándar de las partículas, nacido en los años 1970, proporciona una excelente descripción de los fenómenos que ocurren a nivel de las partículas elementales hasta la escala básica alcanzada en la actualidad de 10-18 m. La materia y la energía oscuras están más allá de la física. Las únicas direcciones propuestas proceden de la teoría. Y los teóricos son muy imaginativos, proponen nuevas hipótesis. Los que experimentan intentan seguirlos, pero queda por ver hasta dónde podrán llegar.
Fuente TENDENCIAS 21
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