O el misterio de una realidad que todavía no sabemos explicar
Hay algo desconcertante en la física moderna: disponemos de dos teorías extraordinarias para describir el universo, ambas confirmadas por innumerables experimentos, pero todavía no sabemos cómo reunirlas en una explicación completa de la naturaleza. Es como si hubiésemos descubierto dos lenguajes capaces de describir la realidad con asombrosa precisión y, sin embargo, fuésemos incapaces de traducirlos a un idioma común.
Uno de esos lenguajes es la relatividad general de Einstein. Nos enseña que la gravedad no es simplemente una fuerza que atrae los cuerpos, sino una manifestación de la curvatura del espacio y del tiempo. Gracias a ella comprendemos el movimiento de los planetas, la existencia de los agujeros negros y buena parte de la evolución del cosmos. El otro lenguaje es la mecánica cuántica, que gobierna el comportamiento de átomos y partículas. Allí donde nuestra experiencia cotidiana espera encontrar trayectorias definidas y resultados previsibles, aparecen probabilidades, superposiciones y fenómenos que desafían la intuición.
Las dos teorías funcionan extraordinariamente bien en sus respectivos ámbitos. El problema surge cuando intentamos describir situaciones en las que la gravedad y los efectos cuánticos deben considerarse simultáneamente. En el interior de los agujeros negros o en los primeros instantes del universo, por ejemplo, nuestras herramientas teóricas encuentran dificultades fundamentales. No sabemos todavía si el espacio y el tiempo conservan allí las propiedades que les atribuimos, ni cómo describir plenamente la gravedad mediante una teoría cuántica.
En septiembre, un equipo internacional de investigadores publicó en Science Advances un experimento que permite avanzar en el estudio de esa frontera. Los científicos utilizaron átomos de rubidio enfriados hasta temperaturas próximas al cero absoluto. Mediante un dispositivo de extraordinaria precisión, consiguieron colocar los átomos en un estado cuántico en el que sus ondas asociadas seguían dos caminos diferentes. Una de esas componentes permanecía sostenida mediante campos magnéticos, mientras la otra se movía libremente bajo la influencia de la gravedad. Al reunirlas de nuevo, pudieron medir una diferencia diminuta en su fase cuántica.
El resultado coincidió con las predicciones derivadas del principio de equivalencia de Einstein, según el cual los efectos de la gravedad desaparecen localmente para un observador en caída libre. Por primera vez se medía directamente, mediante este procedimiento, la fase cuántica asociada a esa caída.
Conviene precisar lo que significa el hallazgo. Los investigadores no han conseguido unificar la relatividad y la mecánica cuántica, ni han demostrado que la gravedad posea naturaleza cuántica. Han comprobado que un principio fundamental de Einstein continúa siendo compatible con el comportamiento de la materia cuántica en las condiciones estudiadas. No es la solución al problema, pero sí una nueva forma de explorarlo experimentalmente.
Y quizá ahí resida su mayor interés. Durante décadas, buena parte de la búsqueda de una teoría de la gravedad cuántica ha transcurrido en el terreno de las matemáticas. Existen propuestas de enorme sofisticación, como la teoría de cuerdas o la gravedad cuántica de bucles, pero todavía carecemos de pruebas experimentales capaces de establecer cuál, si alguna, describe correctamente la naturaleza. Cada experimento que permite aproximarnos a esa frontera representa una oportunidad para someter nuestras ideas al juicio de la realidad.
La historia de la ciencia está llena de certezas que parecían definitivas hasta que una observación inesperada obligó a revisarlas. Newton construyó una descripción admirable del movimiento y la gravitación. Einstein no demostró que aquella física fuese inútil, sino que reveló sus límites y la integró en una visión más amplia. Quizá algún día ocurra algo semejante con nuestras teorías actuales.
Pero existe una diferencia fascinante. Ahora no buscamos únicamente una explicación más precisa de fenómenos conocidos. Intentamos comprender la propia naturaleza del espacio y del tiempo. Nos preguntamos si son elementos fundamentales de la realidad o si emergen de estructuras todavía desconocidas. Incluso cabe la posibilidad de que conceptos tan familiares como distancia, duración o causalidad necesiten una interpretación radicalmente distinta en determinadas condiciones.
Resulta difícil imaginar una ambición intelectual mayor. Una especie que apenas ha comenzado a explorar su sistema solar pretende descifrar las leyes que gobiernan el universo entero, desde las partículas más diminutas hasta las galaxias más lejanas. Y lo hace con instrumentos construidos sobre un pequeño planeta que gira alrededor de una estrella corriente, en uno de los innumerables rincones del cosmos.
Quizá deberíamos encontrar en ello una lección de humildad, pero también un motivo de admiración. Nuestra ignorancia sigue siendo inmensa, aunque ya no es la misma que la de nuestros antepasados. Hemos aprendido a convertir preguntas que parecían filosóficas en problemas susceptibles de investigación. Hemos descubierto que la realidad puede ser mucho más extraña de lo que permite imaginar nuestra experiencia cotidiana y que, pese a ello, es posible comprender fragmentos cada vez mayores de su funcionamiento.
El reciente experimento no ha derribado el muro que separa nuestras dos grandes descripciones de la naturaleza. Apenas ha abierto una pequeña ventana. Pero la ciencia avanza precisamente así: no siempre mediante revoluciones espectaculares, sino a través de observaciones pacientes que van estrechando el territorio de lo desconocido.
Tal vez algún día encontremos una teoría capaz de explicar, con un mismo lenguaje, el movimiento de una galaxia y el comportamiento de una partícula. Quizá descubramos entonces que las contradicciones que hoy nos desconciertan no pertenecían al universo, sino a nuestra manera incompleta de contemplarlo.
Porque la naturaleza no está obligada a dividirse según las fronteras de nuestro conocimiento. Es una sola realidad. Somos nosotros quienes todavía estamos aprendiendo a leerla.