La teoría de todas las cosas

La historia comienza en Grecia durante el siglo VI A. C., en Mileto, una pequeña colonia helénica del Asia Menor. Un grupo de pensadores revolucionarios empieza a utilizar la razón para fundamentar el conocimiento y para resolver los grandes problemas a los que tenían que enfrentarse. Antes de ellos, para conocer el mundo, se recurría al mito, a la explicación sobrenatural. Pero ellos se rebelan contra un conocimiento que no dependía de sus propias facultades, sino que les era impuesto, en forma misteriosa y arbitraria, por la tradición. Al utilizar la razón para obtener conocimiento, rechazan al mito como falso y se dedican a desentrañar los secretos de la naturaleza.

Uno de ellos, Thales de Mileto, es el primer hombre que trata de comprender los fenómenos naturales y de explicarlos de manera racional. Según afirma, el agua es el origen de todas las cosas y todo lo que sucede en la naturaleza resulta de las transformaciones de dicha substancia. Pero otros pensadores más jóvenes señalan dificultades en su teoría y proponen explicaciones diferentes. Para Anaximandro el origen de todo es lo infinito; para Anaxímenes, es el aire...

Los primeros intentos de explicación se enfrentan a dificultades insuperables. Son los primeros balbuceos del conocimiento racional. Pero todos ellos tienen algo en común: la meta que persiguen es el conocimiento total de la naturaleza, la explicación de todos los fenómenos, y esta explicación sólo podía obtenerse si se encontraba un principio único del cual pudieran derivarse lógicamente los hechos observables. La razón es una facultad totalizadora, no se conforma con explicar las cosas parcialmente. Su afán es explicar la totalidad.

Estos primeros colosos de la racionalidad humana llaman física al estudio de la naturaleza y al intento de comprenderla y explicarla por medio de un principio único. Al fracasar los primeros intentos explicativos se tiene que buscar una nueva manera de comprender los fenómenos naturales, una teoría que permita superar las dificultades que habían encontrado los pioneros. Este nuevo enfoque, la teoría atómica, concebida por Leucipo y Demócrito, constituye un nivel más alto en el conocimiento de la naturaleza. Ellos consideran la idea de que la materia está hecha de unidades indivisibles separadas por vacío. Su creencia en lo que llaman átomo es una respuesta a las interrogantes planteadas por Parménides y Zeno. Tal vez son inspirados por la aspereza de materiales naturales como la arena y la piedra. Demócrito extiende el concepto tan lejos como puede, diciendo que no sólo la materia, sino todo lo existente - desde el color hasta el alma humana - debía consistir de átomos.

Pero el nuevo intento, como es de suponer, es muy elemental. Sin duda la teoría atómica permite explicar algunos fenómenos naturales, por ejemplo la elasticidad de los cuerpos, la formación, combinación y desintegración de los compuestos. Pero su ámbito es muy limitado. A pesar de ello, su poder explicativo es infinitamente superior a las teorías que la habían precedido. De todas maneras, Platón y Aristóteles creen que la materia es infinitamente divisible y que la naturaleza está compuesta de cuatro elementos: tierra, aire, agua, fuego, más una perfecta simetría y geometría.

Pasan los siglos y ninguna teoría diferente de la atómica alcanza un mayor poder explicativo. A partir del siglo XVI, los sabios que se interesan por el estudio de la naturaleza comienzan a estudiar con mayor detalle sus manifestaciones. Alrededor de 1660, Robert Boyle, químico y filósofo, es uno de los primeros en buscar nuevas explicaciones. El propone una teoría corpuscular de la materia que justifique la difusión de los gases. De acuerdo con Boyle, hay sólo un elemento, todos los corpúsculos debían ser idénticos. Se podía dar origen a diferentes substancias combinando los corpúsculos de diferentes maneras. Esta teoría está basada en la creencia alquímica de la existencia de la piedra filosofal que podía transformar el plomo en oro, como si esto fuera una evidencia empírica.

Galileo aplica por vez primera la matemática a la descripción, explicación y predicción de los fenómenos físicos. La física empieza así a convertirse de una teoría filosófica en una teoría científica. Pero el rigor exigido por el nuevo método científico obliga a reducir el estudio de la naturaleza a campos muy limitados. Surgen diferentes ramas de la física que no parecen tener relación entre sí.

Sin embargo, el ideal del conocimiento racional no ha variado desde que aparecieron en Grecia los primeros ensayos de explicación de los fenómenos naturales. Lo que pretende la ciencia es una teoría integral, una teoría que permita explicar todos los fenómenos físicos conocidos, habidos y por haber. Impulsadas por este grandioso ideal de la racionalidad humana avanzan las diferentes ramas de la física. La mecánica, gracias al enorme despegue que experimenta con Newton, avanza más que las otras ramas y logra explicar un número cada vez mayor de fenómenos. Newton une la teoría corpuscular con la filosofía mecanicista de Descartes.

En 1811 la teoría atómica es resucitada por John Dalton para explicar la composición química. Avogadro desarrolla la teoría molecular y su ley de que todos los gases a la misma temperatura, presión y volumen contienen el mismo número de moléculas, aunque sus pesos puedan ser diferentes.

MaxweIl y Boltzmann, a mediados del siglo pasado, logran unificar en una sola teoría la descripción, explicación y predicción de los fenómenos eléctricos y magnéticos, explicando las leyes de la termodinámica a través de las estadísticas físicas del movimiento molecular.

El desarrollo de la química da nuevo impulso a la teoría atómica. La concepción del átomo se torna más rigurosa. Los nuevos experimentos sugieren que el átomo funciona como un pequeño sistema planetario. Partiendo de este sistema, se trata de explicar todos los fenómenos físicos.

Pero la física tiene una grave limitación: sus leyes sólo pueden formularse debidamente en relación con ciertas posiciones y movimientos del observador que las formula. Y de acuerdo con el ideal de totalidad del conocimiento racional, hay que lograr formular las leyes que rigen el comportamiento de los fenómenos y hechos físicos de manera universal, es decir, que tengan validez para todos los observadores posibles, sean cuales fueren sus posiciones y sus movimientos. Einstein logra dar este paso fundamental en relación al estudio de la gravedad. Pero la teoría atómica permanece aún limitada a ciertas posiciones y movimientos de los observadores.

Por otra parte, el progreso técnico de los aparatos de laboratorio permite descubrir una serie de nuevos hechos que no pueden ser explicados con la teoría atómica disponible. Hay que complicar la teoría de manera radical para lograr la explicación debida. La creación de la nueva teoría atómica llega a conclusiones profundas e inesperadas. Además de las que integran el átomo, hay una enorme cantidad de partículas subatómicas que no se sabe bien de dónde provienen. Hay, además, cuatro fuerzas diferentes de la naturaleza que son las responsables de la acción de unos cuerpos sobre otros: la fuerza de gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza débil, que produce los fenómenos radiactivos, y la fuerza fuerte, que mantiene juntos los quarks , que son las últimas partículas simples que integran los protones y los neutrones. La fuerza fuerte, además de unir los quarks entre sí, une a los protones y los neutrones que constituyen el núcleo de los átomos.

El progreso que se logra es grande, pero la razón exige una mayor unidad. Después de gigantescos esfuerzos intelectuales, a partir de 1960 se logra crear una teoría que permite reducir todas las partículas subatómicas a unas cuantas y que deduce a la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la fuerza fuerte de una sola super-fuerza. Pero la fuerza de gravedad es rebelde y, por más esfuerzos que se hacen, no es posible integrarla con las demás.

Hubo un momento en que comenzó a perderse la esperanza. Pero, alrededor de 1985, una constelación de genios, entre los que debe mencionarse a Green, Schwarz, Neveu, Scherk y Witten, logra dar un paso decisivo creando una teoría que parece tener la posibilidad de explicar de manera unificada todos los fenómenos físicos. Conforme la teoría se continúa desarrollando, se va teniendo cada vez más la convicción de que los elementos últimos de la materia se pueden reducir a uno solo y que las cuatro fuerzas no son sino diferentes manifestaciones de una sola fuerza. La teoría - válida en relación con cualquier posición y movimiento del observador - que está avanzando rápidamente hacia esa meta fabulosa, es la teoría de las supercuerdas. Una supercuerda es, como su nombre lo indica, un filamento. Pero se denomina «supercuerda» no por su tamaño, pues es la entidad más pequeña que hay en el universo, sino por su poder. Porque las supercuerdas son como filamentos de energía que vibran de diferentes maneras y cada tipo de vibración genera un determinado tipo de partícula subatómica. Los protones, neutrones, electrones, neutrinos, positrones, y la inmensa totalidad de las partículas subatómicas, de las que provienen los átomos y todo el contenido material del universo, no son sino productos de las diferentes vibraciones de las supercuerdas.

Como comprenderá el lector, el esquema matemático mediante el cual se está desarrollando la teoría de las supercuerdas es de una complejidad apabullante. La teoría es tan complicada que los recursos matemáticos actualmente disponibles no son suficientes para poder formularlas de manera completa. En la actualidad se están creando nuevos conceptos y sistemas matemáticos para poder seguir adelante.

Pero el camino está trazado. Cada día hay nuevos aportes, seguros avances que muestran que la meta está más y más cercana. Después de 2.500 años, el genio del hombre parece acercarse a la meta que plantearon los primeros filósofos griegos: construir una teoría que permitiera describir la naturaleza de manera completa y explicarla en todos sus aspectos. La razón, al fin, podrá conquistar la realidad, toda la realidad física. Por eso, como la llama uno de sus más geniales exponentes, Eduard Witten, la teoría de las supercuerdas es una teoría de todos las cosas.

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Este artículo fué publicado en el Nº 12 de la Revista ALCIONE