domingo, 15 de octubre de 2017

El misticismo oculto tras la física moderna

"La Matemática no es real, pero «parece real». ¿Dónde está ese lugar?"
(Richard Feynman)


Continuando con el estudio en física moderna que comencé hace ya 3 años, estoy estos días siguiendo una serie de lecturas que el profesor Leonard Susskind hizo para la Universidad de Stanford hablando sobre el modelo estándar de partículas. La lectura es bastante amena y fácil de entender (desde un punto de vista matemático), pero a pesar de esta sencillez el profesor es capaz de transmitir la esencia de la que es actualmente la teoría física más precisa y avanzada de la que disponemos en estos momentos. Podéis acceder a estas 10 charlas desde YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=Igl8hE3Eac0

Sea como fuere, lo que más me ha llamado la atención de este primer paso cualitativo que he dado en avanzar sobre el modelo estándar una vez que ya estudié a fondo (de manera bastante formal) la QED (Quantum Electro Dynamics), es que conforme la teoría cuántica de campos fue desarrollándose el siglo pasado la complejidad fue en aumento a cada paso dado. Finalmente todo parece haber acabado en un teoría repleta de conceptos matemáticos cada vez más alejados de una interpretación física coherente con el mundo macroscópico de nuestro alrededor. 

Y no se trata de que las matemáticas lleguen un momento en que no sean asequibles, al contrario; llega un momento en que se detecta un patrón algebraico muy claro que te facilita entender cada vez mejor todo el conjunto; sino que lo que me parece a mí es que cada vez todo se vuelve más y más abstracto, hasta que parece como si las matemáticas tomaran el mando y la física quedara atrás relegada al papel de contrastar que las probabilidades calculadas por la teoría matemática cuadran con lo observado en el laboratorio (y por cierto que sí que lo hace con bastantes decimales de precisión).

Las descripciones matemáticas, de hecho, llevan tan lejos la teoría como para asegurar la existencia de una infinidad de partículas "virtuales" que interaccionan de manera "oculta" en cada instante con las partículas "reales" observables. Esas partículas virtuales son tan reales como las demás, sólo que no existen el suficiente tiempo como para que la violación de la energía que supone su espontánea aparición ex nihilo sea detectable. Existe de hecho una descripción gráfica que ayuda a intentar visualizar estos sucesos que acontecen durante el proceso de decaimiento, de creación-destrucción, y de interacción (fuerzas) de partículas o entre partículas. Se trata de los diagramas de Feynman:



Cada diagrama de arriba representa una posible forma en la que pueden repelerse dos electrones que se aproximan debido al intercambio de un fotón (a), dos fotones (b) y (c), un fotón que entre medias crea un par partícula/antipartícula que después se aniquila y vuelve a dar un fotón (c), un fotón que se intercambia y otro fotón que se emite y se absorbe independientemente: desde (e) a (j), etc. Los electrones vienen representado por las lineas rectas y los fotones por las líneas ondulantes. Así pues en (a) se puede entender que el evento sucedido es que dos electrones se aproximan hasta que el intercambio de un fotón los "empuja" y aleja uno del otro. Merece la pena mencionar que el caso de (d) es remarcable, puesto que supone un quebradero de cabeza matemático dado que se observa un loop (un bucle de creación destrucción virtual) que de hecho puede repetirse infinitas veces y de distintas maneras. 

El cálculo preciso (exacto) de todo el proceso en la repulsión de dos electrones requiere en sí de hecho de la integración en la probabilidad de todos y cada uno de los diagramas de este estilo que es posible imaginar (que son infinitos). Es decir, que la naturaleza parece que de algún modo es capaz de tener en cuenta para cada evento microscópico acontecido toda esta infinita mezcolanza de posibles eventos "virtuales" y conseguir siempre un coherente resultado probabilista para el devenir del fenómeno, mientras que, por otra parte, este cálculo nosotros sólo podemos realizarlo parcialmente aproximando (cortando arbitrariamente) la complicación permitida en nuestros cómputos (es decir; no teniendo en cuenta diagramas con muchos bucles o situaciones complejas de creación-destrucción, y quedándonos con los pocos diagramas que más aportan a la probabilidad global e ignorando el resto).

En resumen: que dado un evento microscópico cualquiera, lo que las matemáticas nos parecen querer decir es que el Universo se las apaña para tener en cuenta (sumar) la probabilidad de toda la infinidad de posibles circunstancias que podrían llevar a cada resultado final determinado (de manera que se respeten las leyes de conservación de energía, momento, carga, etc.). Es como si el mundo conociera en cada instante cada posible desenlace microscópico dado el estado infinitesimal actual del cosmos, y tuviera en cuenta además todos los infinitos procesos "ocultos o virtuales" que podrían llevar a cada uno de estos desenlaces determinando así la probabilidad para cada uno de ellos. La cuestión evidente que surge es: ¿cómo es capaz del Universo de hacer algo así? (léase también esta otra entrada sobre el asunto).

Nosotros como humanos podemos por ejemplo lanzar dos haces de hadrones entre sí, y aplicando aproximaciones numéricas sobre la teoría matemática que hemos desarrollado, realizar una estimación para la probabilidad de aquellos sucesos permitiros (dado el estado inicial). Podemos hacer este cálculo con mucho esfuerzo, de manera aproximada y estadística, y utilizando una gran cantidad de recursos para estudiar la información anterior y posterior a la colisión. En este sentido cientos de terabytes de información son procesados y almacenados para poder estimar estas probabilidades en el LHC, y el estudio experimental posterior lleva meses hasta poder alcanzar resultados contrastables con lo que la teoría dice.

Sin embargo la Naturaleza de algún modo se las apaña para realizar este tipo de cálculos de manera analítica exacta sin aproximaciones (teniendo en cuenta los infinitos diagramas de Feynman), y además lo hace de manera instantánea e infinitesimal teniendo en cuenta el estado del Universo completo en cada momento. De manera súbita el Universo en sí parece ser capaz de determinar la dinámica de una infinidad de partículas interactuando mediante infinitos procesos "ocultos o virtuales" y sin demora aparente: ¿cómo es posible que el mundo pueda llevar y guiar con tanta exactitud (e instantáneamente) al fenómeno teniendo en cuenta que debe contar con una infinidad de circunstancias diferentes en cada instante?  

Cada vez que tecleo en mi ordenador, por ejemplo; el cosmos se las arregla para calcular instantáneamente la mecánica que deben seguir esos varios cientos de trillones de procesos microscópicos que dan forma al mundo macroscópico de mi alrededor. Cientos de trillones de partículas con conforman las moléculas de mi cuerpo, de mi cerebro, de mi mesa y de mi ordenador se mueven sin fallo alguno al instante siguiendo las leyes naturales; y eso a pesar de que yo sé que cada nanosegundo el Universo en sí ha tenido de algún modo que determinar y "decir" a cada una de todas esas partículas cómo debían o no moverse determinando finalmente el estado final macroscópico de todo.

Es decir; que parece que el mundo puede calcular, computar o sabe prever (según quiera el lector entenderlo) continuamente a partir de cada estado inicial dado (el estado actual), la probabilidad de una infinidad de estados finales diferentes teniendo en cuenta además una infinidad de procesos "ocultos o virtuales" intermedios, y finalmente determinando de algún modo mediante un proceso de decoherencia el estado final macroscópico sacando de entre todas esas probabilidades calculadas el resultado final (eso que a Einstein tan poco le gustaba y que metafóricamente relacionaba como si "Dios" jugase a los dados). Y ocurre además todo infinitesimalmente en cada lugar del espacio-tiempo y teniendo en cuenta la infinita interconexión entre todo lo existente (y lo virtual). Finalmente, y para más inri, lo hace de manera instantánea sin aparente dilación o retardo durante este continuo proceso de cálculo natural.

Y es llegados a este punto cuando me asombra el hecho de cómo la comunidad científica ha logrado ocultar (o ignorar) el descarado misticismo que hay implícito tras toda la física moderna. ¿Cómo podría el cosmos realizar la monumental hazaña de procesar esta infinita computación instantánea si no fuera porque es en sí un ente omnipotente? ¿Y cómo se puede interpretar esta omnipotencia si no es mediante una relación panteísta admitiendo que el Universo es en sí una especie de auto-sostenido Ente todopoderoso?

Pero claro, este misticismo implícito (que por cierto el ya mencionado Albert Einstein defendía) tiene unas implicaciones que no agradan a ciertos grupos de personas que se aferran precisamente a la ciencia para negar cualquier postulado metafísico. Siento decirles que su postura no es legítima, y que, como poco y para no entrar en complicaciones deístas, hay que admitir la existencia de un Ente esencial omnipotente: el propio Universo auto-sostenido (panteísta).

Por lo tanto, y si se le quitamos al concepto de Dios cualquier connotación antropocéntrica o teísta, no cabe duda de que lo que la ciencia física moderna realmente parece favorecer de manera casi ineludible NO es el concepto ateísta de que no hay Dios; sino por contra la afirmación de que existe algo muy parecido a este ente Superior idealizado: nuestra propia realidad y todo lo contenido en ella (algo que no puedo evitar mencionar que cuadra muy bien con la cosmovisión de ciertos filósofos como es el caso de la propuesta de Spinoza o de Philipp Mainländer entre muchos otros) .