Contenidos
Charla «¿Hemos alcanzado el final de la física?» de TEDGlobal>Geneva en español.
¿Por qué hay algo en lugar de nada? ¿Por qué existen tantas cosas interesantes en el universo? El físico de partículas Harry Cliff trabaja en el gran colisionador de hadrones del CERN y tiene algunas noticias potencialmente malas para las personas que buscan estas respuestas. A pesar de los mejores esfuerzos de los científicos (y con la ayuda de la máquina más grande del planeta) tal vez nunca seamos capaces de explicar todas estas cosas extrañas de la naturaleza. ¿Hemos alcanzado el final de la física? Aprende más en esta fascinante charla acerca de las últimas investigaciones sobre la estructura secreta del universo.
- Autor/a de la charla: Harry Cliff
- Fecha de grabación: 2015-12-08
- Fecha de publicación: 2016-01-04
- Duración de «¿Hemos alcanzado el final de la física?»: 837 segundos
Traducción de «¿Hemos alcanzado el final de la física?» en español.
Hace cien años este mes, Albert Einstein, de 36 años de edad, habló frente a la Academia Prusiana de las Ciencias en Berlín para presentar una nueva teoría radical del espacio, el tiempo y la gravedad: la teoría general de la relatividad.
La relatividad general es, sin duda, la obra maestra de Einstein, una teoría que revela el funcionamiento del universo en las escalas más grandes, capturando en una hermosa línea de álgebra todo, desde manzanas que caen al principio del tiempo y el espacio.
1915 tuvo que haber sido un año emocionante para ser físico.
Dos nuevas ideas estaban poniéndola al revés.
Una de ellas era la teoría de la relatividad de Einstein, la otra era sin duda aún más revolucionaria: la mecánica cuántica, una nueva manera asombrosamente acertada y desconcertante de entender el micromundo, el mundo de los átomos y las partículas.
Durante el siglo pasado, estas dos ideas han transformado completamente nuestra comprensión del universo.
Es gracias a la relatividad y la mecánica cuántica que hemos aprendido de qué está hecho el universo, cómo empezó y cómo sigue evolucionando.
Cien años después, nos encontramos en otro punto de inflexión en la física, pero lo que está en juego ahora es bastante diferente.
Los próximos años pueden decirnos si seremos capaces de seguir aumentando nuestra comprensión de la naturaleza, o si tal vez por primera vez en la historia de la ciencia, podríamos estar frente a preguntas que no podemos contestar, no porque no tengamos el cerebro o la tecnología, sino debido a las leyes de la física que lo prohíben.
Este es el problema esencial: el universo es demasiado interesante.
La relatividad y la mecánica cuántica parecen sugerir que el universo debería ser un lugar aburrido.
Debería ser oscuro, letal y sin vida.
Pero al ver a nuestro alrededor, vemos que vivimos en un universo muy interesante, lleno de estrellas, planetas, árboles, ardillas.
La cuestión es, en última instancia,
¿por qué existe todo esto tan interesante?
¿Porque hay algo en vez de nada?
Esta contradicción es el problema más acuciante en la física fundamental, y en los próximos años, podemos descubrir si seremos capaces de resolverlo.
En el centro de este problema hay dos números, dos números extremadamente peligrosos.
Son propiedades del universo que podemos medir, y son extremadamente peligrosos porque si fueran diferentes, incluso por poco, entonces el universo tal como lo conocemos no existiría.
El primero de estos números se asocia con el descubrimiento que se hizo a pocos km de aquí, en el CERN, el hogar de esta máquina, el mayor instrumento científico jamás construido por la raza humana, el gran colisionador de hadrones.
El LHC acelera partículas subatómicas alrededor de un anillo de 27 km, para acercarlas más y más a la velocidad de la luz antes de romperlas en unos gigantescos detectores de partículas.
El 4 de julio del 2012, los físicos del CERN anunciaron al mundo que habían detectado una nueva partícula fundamental creada en las violentas colisiones en el LHC: el bosón de Higgs.
Si vieron las noticias del momento, habrán visto muchos físicos muy emocionados, y pudieron pensar que se ponen así cada vez que se descubre una nueva partícula.
Bueno, en parte es verdad, pero el bosón de Higgs es particularmente especial.
Estábamos muy emocionados porque encontrar el Higgs demuestra la existencia de un campo de energía cósmica.
Tal vez tengan problemas para imaginar un campo de energía, pero todos hemos experimentado uno.
Si han sujetado un imán cerca de una pieza de metal y sentido la fuerza de atracción a través de ese espacio, entonces han sentido el efecto de un campo.
Y el campo de Higgs es un poco como un campo magnético, excepto que tiene un valor constante en todas partes.
Está a nuestro alrededor en este momento.
No podemos verlo o tocarlo, pero si no estuviera ahí, no existiríamos.
El campo de Higgs da masa a las partículas fundamentales de las que estamos hechos.
Si no estuviera ahí, las partículas no tendrían masa, no se podrían formar los átomos y no existiríamos.
Pero hay algo profundamente misterioso en el campo de Higgs.
La relatividad y la mecánica cuántica nos dicen que tiene dos valores naturales, un poco como un interruptor de la luz.
Debe estar apagado, de modo que tenga un valor cero en todas partes en el espacio, o que debe estar encendido y tener un valor absolutamente enorme.
En ambos escenarios, no podrían existir los átomos, ni ninguna de todas las demás cosas interesantes que vemos a nuestro alrededor en el universo.
En realidad, el campo de Higgs está encendido ligeramente, no es cero, sino 10 000 billones de veces más débil que su valor total, casi como si se hubiera atascado antes de la posición de apagado.
Y este valor es crucial.
Si fuera un poquito diferente, entonces no existiría ninguna estructura física en el universo.
Este es el primero de nuestros números peligrosos, la fuerza del campo de Higgs.
Los teóricos han pasado décadas tratando de comprender el porqué tiene este número afinado muy peculiar, y han llegado a una serie de posibles explicaciones.
Tienen nombres sexis como «supersimetría» o «grandes dimensiones extras».
No voy a entrar en los detalles de estas ideas ahora, pero el punto clave es el siguiente: si cualquiera explica este valor extrañamente afinado del campo de Higgs, entonces deberíamos ver nuevas partículas creándose en el LHC junto con el bosón de Higgs.
Hasta ahora, sin embargo, no hemos visto ninguna señal de ellas.
Pero en realidad hay un ejemplo aún peor de este tipo de ajuste fino de un número peligroso, y esta vez viene del otro extremo de la escala, a partir del estudio del universo a grandes distancias.
Una de los descubrimientos más importantes de la teoría general de la relatividad fue que el universo comenzó con una rápida expansión del espacio y el tiempo Hace 13,8 mil millones de años, el Big Bang.
De acuerdo con las primeras versiones de la teoría del Big Bang, el universo se ha estado expandiendo desde entonces con la gravedad frenando poco a poco a esa expansión.
Pero en 1998, los astrónomos descubrieron que la expansión del universo en realidad se está acelerando.
El universo es cada vez más y más grande más rápidamente impulsado por una fuerza de repulsión misteriosa llamada energía oscura.
Cada vez que oigan la palabra «oscuro» en física, deben ser muy cautelosos ya que probablemente significa que no sabemos de lo que estamos hablando.
(Risas)
No sabemos qué es la energía oscura, pero la mejor descripción es que es la energía del espacio vacío en sí, la energía del vacío.
Si usan la buena mecánica cuántica antigua para saber qué tan fuerte debería ser la energía oscura, se obtiene un resultado absolutamente sorprendente.
Verán que la energía oscura debería ser 10 a la potencia 120 veces más fuerte que el valor que observamos con la astronomía.
Ese es un uno con 120 ceros después de él.
Este es un número tan alucinantemente enorme que es imposible comprenderlo.
A menudo usamos la palabra «astronómico» al hablar de grandes números.
Pues bien, esa palabra no queda aquí.
Este número es más grande que cualquier número en la astronomía.
Es mil billones de billones de billones de veces más grande que el número de átomos en el universo entero.
Es una muy mala predicción.
De hecho, se le ha llamado la peor predicción en la física, y es algo más que una curiosidad teórica.
Si la energía oscura fuera tan fuerte, el universo se habría desgarrado, estrellas y galaxias no se hubieran formado y no estaríamos aquí.
Este es el segundo de esos números peligrosas, la fuerza de la energía oscura, y explicarla requiere un nivel aún más fantástico de afinación que la que vimos para el campo de Higgs.
Pero a diferencia de este, no tiene ninguna explicación conocida.
La esperanza era que una combinación completa de la teoría general de la relatividad de Einstein, que es la teoría del universo a grandes escalas, con la mecánica cuántica, la teoría del universo a escalas pequeñas, podría proporcionar una solución.
El mismo Einstein pasó la mayor parte de sus últimos años en una inútil búsqueda de una teoría unificada de la física, y los físicos la han buscado desde entonces.
Uno de los candidatos más prometedores para una teoría unificada es la teoría de cuerdas y la idea esencial es que si se pudiera hacer un zoom sobre las partículas fundamentales que componen nuestro mundo, se vería que no son partículas, sino diminutas cuerdas vibrantes de energía, y cada frecuencia de vibración correspondería a una partícula diferente, un poco como notas musicales de una cuerda de guitarra.
Es una forma bastante elegante, casi poética de ver el mundo, pero tiene un problema catastrófico.
Resulta que la teoría de cuerdas no es una teoría en absoluto, sino toda una colección de teorías.
Se ha estimado, de hecho, que hay 10 a la 500 versiones diferentes de la teoría de cuerdas.
Cada una pueda describir un universo diferente con diferentes leyes de la física.
Los críticos dicen que esto hace que no sea científica.
No se puede refutar la teoría.
Sin embargo, otros lo voltean y dicen, bueno, tal vez este aparente fracaso es el mayor triunfo de la teoría de cuerdas.
¿Y si todos estos 10 a la 500 diferentes universos posibles en realidad existen en alguna parte en algún gran multiverso?
De repente podemos entender los valores extrañamente afinados de estos dos números peligrosos.
En la mayor parte del multiverso, la energía oscura es tan fuerte que el universo se desgarra, o el campo de Higgs es tan débil que no hay átomos que se puedan formar.
Vivimos en uno de los lugares en el multiverso donde los dos números son exactos.
Vivimos en un universo equilibrado.
Esta idea es muy controvertida y es fácil ver por qué.
Si seguimos esta línea de pensamiento, nunca podremos responder a la pregunta, «
¿Porque hay algo en vez de nada?
«.
En la mayor parte del multiverso, no hay nada, y vivimos en uno de los pocos lugares donde las leyes de la física permiten que exista algo.
Lo que es peor, no podemos probar la idea del multiverso.
No podemos acceder a estos otros universos, así que no hay forma de saber si están allí o no.
Estamos en una posición extremadamente frustrante.
Eso no significa que el multiverso no exista.
Hay otros planetas, otras estrellas, otras galaxias,
¿por qué no otros universos?
El problema es que es poco probable que alguna vez lo sepamos con seguridad.
La idea del multiverso ha estado presente por un tiempo, pero en los últimos años, han empezado a llegar los primeros indicios sólidos de que esta línea de razonamiento pueda cobrar fuerza.
A pesar de grandes esperanzas en la primera prueba del LHC, lo que estábamos buscando eran nuevas teorías de la física: supersimetría o grandes dimensiones extras que podrían explicar este valor extrañamente afinado del campo de Higgs.
Pero a pesar de grandes esperanzas, el LHC reveló un árido desierto subatómico poblado solamente por un solitario bosón de Higgs.
Mi experimento publicó artículo tras artículo donde tristemente tuvimos que concluir que no había señal de una nueva física.
Las apuestas ahora no podrían ser mayores.
Este verano, el LHC comenzó la segunda fase de operación con una energía casi del doble de la usada en la primera prueba.
Lo que los físicos de partículas están esperando desesperadamente son signos de nuevas partículas, micro agujeros negros, o tal vez algo totalmente inesperado que emerja de las violentas colisiones en el LHC.
Si es así, entonces podemos continuar este largo viaje que empezó hace 100 años con Albert Einstein hacia una comprensión cada vez más profunda de las leyes de la naturaleza.
Pero si, en dos o tres años, cuando el LHC se apague de nuevo una segunda vez, solo hemos encontrado nada más que el bosón de Higgs, entonces podríamos estar entrando en una nueva era en la física: una era donde hay hechos extraños del universo que no podemos explicar, una época en la que tenemos indicios de vivir en un multiverso que está para siempre fuera de nuestro alcance; una era en la que nunca seremos capaces de responder a la pregunta, «
¿Porque hay algo en vez de nada?
«.
Gracias.
(Aplausos)
Bruno Giussani: Harry, aún cuando acabas de decir que la ciencia puede no tener algunas respuestas, me gustaría hacerte un par de preguntas y la primera es: la construcción de algo como el LHC es un proyecto generacional.
Acabo de mencionar, al presentarte, que vivimos en un mundo de corto plazo.
¿Cómo se pensó tan a largo plazo, para la construcción de algo como esto?
Harry Cliff: Fui muy afortunado al unirme al experimento con el LHC en el 2008, justo cuando lo estábamos encendiendo, y en mi grupo de investigación hay personas que han estado trabajando en él durante tres décadas, toda su carrera en una sola máquina.
Creo que las primeras conversaciones sobre el LHC fueron en 1976, y empezaron a planificar la máquina sin la tecnología que se tenía que tener para poder construirlo.
La potencia de cálculo no existía en la década de los años 90 cuando el diseño comenzó en serio.
Uno de los grandes detectores que registran estas colisiones, no había la tecnología que pudiera soportar la radiación que se crearía en el LHC, por lo que era solo un trozo de plomo en el medio con algunos detectores alrededor, pero después hemos desarrollado la tecnología.
Hay que confiar en que el ingenio va a resolver los problemas, pero puede ser una década o más adelante.
BG: China, acaba de anunciar hace 2 o 3 semanas que tiene la intención de construir un súper colisionador de dos veces mayor tamaño que el LHC.
Me preguntaba cómo tú y tus colegas recibieron la noticia.
HC: El tamaño no lo es todo, Bruno.
BG: Estoy seguro.
Estoy seguro.
(Risas)
Suena chistoso que un físico de partículas diga eso.
Pero quiero decir, en serio, es una gran noticia.
Construir una máquina como el LHC requiere que países de todo el mundo compartan sus recursos.
Ningún país puede permitirse el lujo de construir algo tan grande, aparte de quizá China, que puede movilizar grandes cantidades de recursos, mano de obra y dinero para construir estas máquinas.
Es una buena noticia.
Lo que planean es construir una máquina para estudiar el bosón de Higgs en detalle y podrían darnos pistas sobre estas nuevas ideas, como la supersimetría, por lo que es una gran noticia para la física, creo.
BG: Harry, gracias.
HC: Muchas gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/harry_cliff_have_we_reached_the_end_of_physics/