Newton y el final de la física

Newton produjo avances gigantescos en la física, que lo convirtieron en el dios de la ciencia. Pero su contribución también le puso límites al conocimiento de un modo que recién hoy estamos viendo. Casi podríamos decir que edificó los cimientos para la construcción y la destrucción de la física.

Sir Isaac Newton (1642-1727) fue el científico más relevante de la historia de la humanidad. Muchos especialistas lo ubican en la cima de los dos o tres más importantes de todos los tiempos. Este artículo para demostrar que lo es. Si el lector llega al final acabará convencido de que la importancia de aquel hombre es extraordinaria en la historia de la física. Aunque no por lo que usted cree. 

Newton tuvo una vida sorprendente. No conoció a su padre y su madre lo abandonó. Creció con su abuela hasta los once años. Más tarde su abuelo lo desheredó. A pesar de tantas penurias pudo forjar una vida muy interesante. Desde niño manifestó una inteligencia destacada en comparación con sus compañeros, lo que lo aisló del resto durante su niñez y su juventud. Se forjó una fama de silencioso, huraño, siempre pensativo. Estudió en Cambridge, y leyó a Galileo, Fermat y Huygens, entre muchos otros. Fue miembro de la Royal Society y polemizó con Robert Hooke, Gottfried Leibniz y con toda la Iglesia Católica de su tiempo. Ocupó altos cargos públicos como por ejemplo el de Director de la Casa de la Moneda.

Sus logros científicos son asombrosos. Se destacó por el desarrollo del Cálculo Diferencial, que es la base de toda la matemática que usamos hoy en día. También perfeccionó y amplió el teorema del binomio. Hizo importantes avances en el estudio de la luz y su comportamiento. Alcanzó el punto más alto con sus tratados de mecánica y cinemática, que plasmó en las famosas Leyes de la Dinámica. Y logró el súmmum del Olimpo de los científicos con la Ley de la Gravitación Universal en 1685, a sus 43 años de edad.

Esa ley, publicada en el libro Philosophiae Naturalis principia mathematica es la obra cumbre de Newton. Ha sido durante siglos una de las piedras fundamentales del edificio de la física. Su importancia es tan grande que la astronomía y el estudio del cosmos dependen de su existencia. Nadie escapa a su influencia y se presenta en cada uno de los pasos que da la ciencia.

Sin embargo, su principal logro está lejos de salir a la superficie. La Ley de Gravitación Universal encierra un secreto. En realidad son dos. Dos aspectos que permanecen silenciados o disimulados. Como los elefantes escondidos entre elefantes, están a plena luz. Nadie los menciona, pero han contribuido más que nada a la conformación de ese corpus de conocimiento que llamamos Física. Los libros no los registran. Han caído en el olvido piadoso de aquellos que no quieren recordarlos. 

Desentrañemos el primer secreto a voces. Lo haremos con un ejemplo. Pido disculpas si parece tonto. Digamos que yo veo que algo se cae, una manzana que se desprende del árbol. Está madura y por eso se soltó. Pero, ¿Por qué cae al suelo?. Podría haberse quedado flotando en el aire o salir volando en el viento, como hacen las hojas de ese mismo árbol, pero no lo hizo. Debo averiguar por qué cayó. No tengo ni idea de por dónde comenzar. Mi desasosiego es total. No me imagino ningún método para averiguar por qué se cae la manzana.

Entonces establezco una idea: la tierra, el planeta, atrae a la manzana. La tierra es esférica, aunque podría ser plana, el efecto es el mismo. ¿Será verdad que el planeta atrae a la manzana? No lo sé. Sin embargo, haré la suposición. Sostendré esa idea (hipótesis) hasta que alguien o algo me demuestre que no es como yo digo. Observo que mi taza de café también se cae si la suelto. Y el árbol que cortan. Entonces generalizo la idea. Veo que todos los objetos se caen, por lo tanto la Tierra atrae a todos los cuerpos. Lo puedo verificar. Si suelto mi sombrero, caerá al piso.

Pregunto: ¿Cómo hace el planeta para “capturar” a las cosas? ¿Les arroja algunos hilos invisibles? ¿Los envuelve en una red imperceptible? ¿Por qué la tierra atraería a los objetos y estos no a ella? No tiene sentido. Por lo tanto, las cosas también deben intentar acercar al planeta, solo que no nos percatamos de ello. Entonces establezco una ley universal que dice que los objetos se atraen entre sí. Los sombreros con las manzanas. La Tierra con el Sol. El árbol con la taza de café. ¿Qué cosa será la que determine la fuerza de esa atracción? Eso es otro problema.

Listo, ya está. Se ha establecido la Ley de la Gravitación Universal. Ya hemos “demostrado por qué” se cae la manzana. Mientras tanto lo puedo aplicar al planeta y al sol y “probar por qué” la tierra gira alrededor del sol. ¡Bingo! Pero no solo eso. He dado un paso fundamental en el modo en que se establece una ley en física. Basta con describir el comportamiento, instalar una hipótesis y dejar a la historia y a las nuevas generaciones de científicos que demuestren el por qué.

Pero resulta que los investigadores que vinieron después de Newton no tuvieron la más mínima intención de descubrir por qué se cae la manzana. Parece ser que se cae porque alguien lo estableció así en una fórmula matemática. Hoy, 350 años después, la Ley de la Gravitación Universal sigue existiendo y los colegios y universidades la enseñan. Y eso sin que nadie se moleste en saber qué es lo que causa la gravedad. Los estudiantes repiten que todos los cuerpos se atraen, pero no tienen idea por qué ni cómo ni qué cosa origina esa atracción. Y no solo eso, sino que nadie dice en voz alta que aún no conocemos por qué se produce. Lo escondemos bajo el paraguas protector de “Ley Fundamental”, para no reconocer que no tenemos idea de qué significa.

Alguien podrá decir: “Un momento! ¡Albert Einstein arrojó luz sobre la gravitación! Está resuelta!” Nada más alejado de la realidad. Einstein se ocupó del tema en la Relatividad General (GR) y lo hizo del mismo modo que Newton. La GR establece que los cuerpos no se atraen, sino que cada uno modifica el continuo espacio-tiempo a su alrededor. Y eso hace que se acerquen igual que si existiera una atracción. La famosa imagen de la sábana tensa donde una gran bola “atrae” otras más pequeñas porque deforma la superficie. Y ¡Bingo!.

Lo que hizo Einstein en GR fue reemplazar una hipótesis por otra, tan inventada como la anterior. Con el mismo nivel de abstracción, imaginó que el espacio se deforma gracias a la presencia de un cuerpo y eso atrae a los menos masivos hacia él. Pero no descubrió nada. No conocemos el mecanismo por el cual un objeto deforma el lugar a su alrededor. ¿Por qué una masa distorsiona el espacio? Y como es un continuo espacio-temporal, ¿también altera el tiempo? Suponemos que sí. ¿Qué otras consecuencias trae esa deformación? ¿Cómo se propaga alrededor del objeto? ¿Por qué esa modificación es proporcional a la masa del cuerpo? ¿Es una proporción directa? ¿Depende del estado de rotación? ¿De qué materia está hecho el espacio para que sea maleable?

Silencio. 

“Los cuerpos no se atraen, sino que cada uno distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor en cierta proporción a su masa.” ¡Wow!, qué notable diferencia con aquella formulación de “todos los cuerpos se atraen unos a otros con una fuerza proporcional a su masa”. Otra hipótesis no comprobada. El mismo proceso. Se deja a la posteridad la confirmación o destrucción de la teoría. Todo esto estaría muy bien como recurso para elaborar conjeturas, si no le dieran el nombre de “progreso o evolución de la ciencia física”. Si los libros no dijeran que “Newton explicó el origen de la gravedad”. La teoría queda para que se confirme o se refute, y como nada de eso ocurre, la misma permanece durante siglos. En ese tiempo, se vuelve verdad. Y ya nadie nunca más la discute.

Ahora bien, si no te gusta esa ley que acabamos de decretar, demuestra tú que es falsa. Si no, cállate y obedece a tu profesor. Se estableció así un método novedoso y simple (aunque no fácil) de desarrollar ciencia. Basta la redacción de una hipótesis. 

Esto en cuanto al método. 

Ahora veamos el segundo secreto escondido en la Ley de Gravitación Universal. La ley tuvo un suceso notable y catapultó a Newton a la cima de la física mundial. Sin embargo, hubo un hecho secundario que no fue menor en el desarrollo de la ciencia. El efecto lateral de la teoría de gravitación de Newton fue que consagró, de una vez y por siempre, la posibilidad de la “acción a distancia”. Ya no era necesario tocar un cuerpo para moverlo. Se podían ejercer fuerzas o influencias a distancias astronómicas. La humanidad habita en un universo vinculado donde los cuerpos se influyen sin tocarse. 

Es necesario reconocer la importancia de las hipótesis en el desarrollo de la física teórica. Pero la acción a distancia, como principio posible, permitió encontrar respuestas a todo fenómeno que parezca inexplicable. Allí donde haya un comportamiento que sea difícil desentrañar, busquemos si hay alguna fuerza actuando a distancia. Con este criterio la telekinesis puede ingresar a la física sin dudarlo un instante.

Luego de Newton llegaron una legión de científicos que, armados con la herramienta de la acción a distancia, construyeron la física moderna. Tenemos a genios como Maxwell y Faraday que dieron buen uso al principio de la acción a distancia en el electro-magnetismo. Utilizando procesos como el realizado por Newton, se “descubrieron” los campos eléctrico y magnético y las cargas eléctricas. Y todos ellos es vincularon por el mecanismo de la acción a distancia. También se explicaron muchas propiedades de estos mismos elementos siguiendo este proceso. La corriente eléctrica, las descargas atmosféricas, la energía fotovoltaica, el efecto fotoeléctrico, las microondas, los rayos X, y demás, engrosan la lista. Todos estos fenómenos se explican por la acción a distancia. La enumeración sería muy larga. Cubre casi la totalidad de las cosas con las que entendemos la palabra progreso.

Y por fin, llegó el Siglo XX. Mientras algunos científicos miraban a las estrellas e imaginaban agujeros negros llenos de la gravedad de Newton, otros se internaban en el átomo. El método que siguieron fue el mismo. Si la fábrica de hipótesis se había aplicado con los cuerpos celestes con mucha más razón iba a funcionar en un microcosmos donde no podemos ver ni percibir nada. Todo allí es hipotético. Las pruebas son indirectas. Por lo tanto, siguieron el método científico y elaboraron una hipótesis tras otra. 

Si la acción remota había sido exitosa explicando las órbitas de los planetas (no lo hace) y la atracción en la tierra (tampoco lo logra) ¿por qué no aplicarla también dentro del átomo y del núcleo?. Encontraron que allí hay cargas del mismo signo que no se repelen, como se suponía. Entonces inventaron la fuerza fuerte, que es tan potente que hace que las cargas del mismo signo, que deberían rechazarse, se atraigan. Y se construyeron los impulsos imaginarios entre los componentes del núcleo, la fuerza débil para explicar el decaimiento y la fuerza de Higgs para explicar el bosón de Higgs. 

Aparecieron palabras como modelos atómicos, electrón, protón, núcleo, fuerza fuerte, fuerza débil, quarks, bosones y neutrinos. Son palabras que aprendimos en pocos años para explicar cosas que no sabemos. Todas estas entidades siguen un modelo. La hipótesis dice que debe existir una partícula con cierta peculiaridad. Definimos cual sería su comportamiento. Algunas pruebas indican si surge un rastro que indique que podría haber pasado por allí esa partícula. Si aparece una huella, confirmamos que la partícula existe, y se incorpora a la lista de componentes atómicos y recibe un nombre gracioso.

O sea de descubrimiento no hay nada. Son puras hipótesis que permanecen en el tiempo porque nadie demostró que no funcionen. Así llegamos al siglo XXI, donde una nueva carrera se encuentra en su máxima velocidad. Esta competencia ya tiene cien años y aún no dio ningún resultado. Quieren unificar las cuatro (o cinco?) fuerzas fundamentales. Hoy en día los científicos se esmeran en encontrar la unificación de todas ellas. La carga eléctrica, la fuerza débil, la fuerza fuerte, el electro-magnetismo y la gravedad. Aún no está muy claro cual sería la ventaja de unificarlas. Imaginemos que sea importante. Al fin y al cabo, Einstein terminó su carrera estudiando la unificación.

Pero ellos encontrarán el problema de que todas las cosas que quieren unificar no son realidades sino hipótesis inventadas. Estarían juntando conceptos. Es un misterio saber como pueden llegar a unir cosas que no nadie conoce, que se suponen con cierto grado muy pequeño de verosimilitud. ¿Cómo harán para encontrar un elemento en común entre todas si no saben qué es cada una, por qué existe, o no?

Aunque las ventajas de la unificación no están claras, es evidente que la única forma de hacerlo es con un nivel de abstracción superior. Las fuerzas utilizan algunas hipótesis que no pudieron verificarse. Ahora, la unificación establecerá conceptos nuevos, más abstractos todavía, para demostrar que tienen algo en común. Ya que la hipótesis 1 y la hipótesis 2 son muy distintas, crearemos la hipótesis 3. La hipótesis 1 es igual a la 3 si se dan las condiciones c1, c2, c3,… cn. La hipótesis 2 es igual a la hipótesis 3 en el caso especial de que se den las condiciones k1, k2, k3,…kn. Y ya tenemos todo unificado.

Pero no funciona. No lo han logrado.

Otros científicos, más audaces, toman otro camino. Inventan una teoría nueva que está ubicada un nivel más allá de toda la abstracción teórica que ya vimos. La teoría de cuerdas, membranas, p-branas, o también llamada M. Viene a resolver y cerrar la brecha entre las otras teorías. Pretenden convencernos de que entenderemos el Universo con matemáticas más abstractas y partículas cada vez más esotéricas.

Hagamos un curso rápido de cuerdas. Esta simplificación nos permitirá resumir la teoría que ahora ocupa a los científicos. ¿Qué son las cuerdas? Bueno, son especie de membranas, muy pequeñas, que tienen una sola dimensión. ¡Wow!. No existe en la naturaleza un objeto de una dimensión. En el reino de lo abstracto, como la matemática o la geometría, puede haber una cosa que tenga esa propiedad, la línea recta, por ejemplo. En la realidad, no.

La cuerda tiene una sola dimensión, y además vibra. ¡Wow!. No existe un objeto físico de una sola dimensión. Aún aceptando eso, un objeto físico o abstracto que se mueva no puede vibrar en una sola dimensión. Para vibrar o moverse, es necesario que tenga más de una dimensión. Apenas la cuerda se dobla pasa a tener dos dimensiones, suponiendo que la cuerda tenga solo una. En realidad existen tres dimensiones, pero aceptemos que perdimos una en el primer pase mágico, al menos le quedan dos. No, tiene una. O sea es la abstracción de la abstracción de la abstracción. No parece muy verosímil. 

Esas cuerdas tan particulares son el elemento fundamental que forma los electrones y los protones. Y de ahí hacia arriba toda la materia que inunda el Universo. Son abstractas, pero componen todo. ¡Wow!. Sí, leyó bien: son entidades abstractas, pero componen la materia. ¿Contrasentido? No, física moderna. Esto es lo que nos están diciendo los científicos. Esa es la teoría que promete ser una revolución en el conocimiento humano. Asombroso.

Aquella forma de edificar la física que nació con Newton estableció un método para estructurar una teoría. Durante siglos su aplicación condujo a suponer cosas que permitan controlar los fenómenos sin necesidad de profundizar demasiado en las causas. Pudimos gobernar las fuerzas de la naturaleza, desarrollar tecnologías y mejorar la vida humana. Vencimos hambrunas, aumentamos la expectativa de vivir de las personas, creamos vacunas y otros beneficios. Todo eso a una velocidad asombrosa gracias a nuestra facilidad para inventar cosas. La tecnología y la industria fueron las grandes beneficiadas. Y las sociedades también, por supuesto.

Que conste que elogio los frutos de la ciencia y la tecnología para la humanidad. Y que estoy estableciendo que esos beneficios se lograron gracias al método seguido por los científicos. No propongo renegar de ellos ni volver al fuego y a las cavernas. 

Pero todo esto lo logramos montando hipótesis una sobre otra. Cada vez se agrega un nivel más de abstracción. Y es evidente que este proceso parece estar agotándose. La tecnología puede mantener su impulso un tiempo más, pero la física teórica está exhausta. Genera nuevas teorías imposibles de comprender y sin contacto con la realidad. Los físicos están a la espera de la última publicación. Lo que atrae son matemáticas nuevas y difíciles. Ecuaciones imposibles de traducir a palabras, partículas con nombres extraños. Contradicción, paradojas, rupturas del sentido común. La ciencia se ha sacado de encima la obligación de ser coherente. Si tu teoría no admite un fenómeno que merezca un ¡Wow!, es probable que no atraiga a nadie y no avances en tu carrera. Y cuando ya no sabemos que inventar, le damos sabor y color a las partículas atómicas. ¡Wow!. 

Pero lo más importante es que no tenemos nuevas respuestas para los viejos problemas. No resolvimos ni una de las grandes preguntas que nos hacemos desde Newton. Y no podemos publicar aquellos “viejos problemas” porque la gente pensaría que ha sido engañada durante demasiado tiempo.

Hay grandes presupuestos detrás de trabajos de investigación de problemas que no existen. Hay muchas trayectorias personales involucradas. Existen universidades, premios de investigación y muchos laboratorios que viven de esto. Altos presupuestos que deberían cambiar su rumbo. Los aceleradores de partículas y las compañías privadas están esperando la última teoría que salga en la prensa especializada. Tenemos un gran esquema interconectado de recursos alrededor de la ciencia. Y todo ese sistema depende de que los científicos lo alimenten de hipótesis. 

No lograremos la próxima teoría siguiendo por este camino. No podremos unificar las fuerzas fundamentales de un modo consistente y creíble. Sumando más hipótesis no llegaremos al final. Es el momento de volver al origen. Tomar lápiz y papel y dibujar un círculo. Como si fuera una manzana. Y preguntemos por qué se cae.

PS: Todo esto es tan loco y tan mentiroso que puesto en la boca de un don nadie como yo parece fantasía. Lo mío no es una teoría conspirativa. Lo que yo digo lo pueden probar leyendo con atención cualquier libro de escuela secundaria.


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