La búsqueda de la teoría del todo es uno de los mayores retos de la ciencia moderna. Grandes científicos, inspiran abordando preguntas profundas sobre la naturaleza de la realidad y la existencia humana.
La ecuación de Dios: La búsqueda de una teoría del todo de Michio Kaku explora la búsqueda de la teoría del todo, una teoría científica que intenta explicar todas las leyes físicas del universo en una sola ecuación.
Kaku describe la historia de la búsqueda de la teoría del todo, desde la teoría de la relatividad general de Einstein hasta las más recientes teorías cuánticas.
Además, explora las implicaciones filosóficas de la teoría del todo, incluyendo el concepto de un Dios matemático y la naturaleza de la realidad.
Que teorías o creencias desafía La ecuación de Dios de Michio Kaku?
El libro desafía varias creencias y teorías:
- Desafía la idea de que las leyes físicas del universo son independientes y separadas, y argumenta que hay una teoría única que las conecta todas.
- Desafía la creencia de que la física moderna no puede abordar preguntas filosóficas o metafísicas, y muestra cómo la búsqueda de la teoría del todo puede ayudar a responder preguntas profundas sobre la naturaleza de la realidad.
- Desafía la idea de que la ciencia es incompatible con la religión o la espiritualidad, y explora la posibilidad de que la teoría del todo pueda ayudar a entender las creencias religiosas.
¿Hacia una cosmovisión naturalista? la nueva espiritualidad secular?
Hay una tendencia creciente hacia ese tipo de pensamiento en el campo de la ciencia. Aunque la ciencia y la religión históricamente se han visto como campos separados, en los últimos años, un número creciente de científicos y filósofos han explorado la posibilidad de una «espiritualidad secular» que combina la evidencia empírica de la ciencia con una búsqueda de significado y propósito.
Esta perspectiva ha sido llamada «ciencia naturalista» o «cosmovisión naturalista», y se caracteriza por la idea de que la naturaleza misma posee una belleza y una grandeza inherentes que pueden ser apreciadas y respetadas sin necesidad de creencias religiosas tradicionales.
Además de Michio Kaku, hay varios grandes nombres de la ciencia que se han acercado a estos postulados:
- Carl Sagan: El astrónomo y divulgador científico famoso fue un defensor de una perspectiva naturalista, y escribió extensamente sobre la belleza y la grandeza de la naturaleza.
- Neil deGrasse Tyson: El astrónomo y divulgador científico habla a menudo sobre la necesidad de una «ciencia inspiradora» que pueda conectar con las personas de una manera más profunda que la simple acumulación de datos.
- Stephen Hawking: El astrónomo y físico teórico se acercó a una perspectiva naturalista en sus reflexiones sobre la naturaleza de la realidad y la existencia humana.
Principales ideas de La ecuación de Dios
- Los primeros pensadores Newton y Maxwell sentaron las bases de la física moderna.
- Einstein demostró que la física es más compleja de lo que incluso Newton predijo.
- La mecánica cuántica describe el extraño mundo de las partículas subatómicas.
- El Modelo Estándar nos acerca un paso más a una teoría del todo.
- El espacio profundo proporciona un entorno excelente para probar nuevas teorías.
- La teoría de cuerdas tiene el potencial de unir la teoría de la gravedad de Einstein y el modelo estándar.
- Una teoría del todo plantea muchas preguntas filosóficas profundas.
Los primeros pensadores Newton y Maxwell sentaron las bases de la física moderna.
¿Existe un orden subyacente en el universo? Es una pregunta que ha desconcertado a la humanidad desde los albores de los tiempos. Después de todo, si bien la vida puede parecer caótica, ciertos patrones permanecen estables. El sol sale y se pone todos los días; las manzanas siempre caen al suelo.
Hace más de 2.000 años, los filósofos griegos ya intentaban explicar la naturaleza de la realidad. Aristóteles sugirió que toda la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. Otro filósofo, Demócrito, propuso que el mundo estaba formado por partes diminutas e indivisibles llamadas átomos.
Estas primeras teorías son notables por su novedad y perspicacia, pero, a medida que la civilización clásica floreció y cayó, el progreso en estos debates se ralentizó. Pero cuando Europa entró en el Renacimiento y más allá, un nuevo grupo de pensadores comenzó a examinar las leyes de la realidad.
En el siglo XVII, los científicos buscaban nuevamente comprender el universo. En Alemania, Johannes Kepler utilizó una observación cuidadosa para describir con precisión el movimiento de los planetas en el cielo. En Italia, Galileo Galilei utilizó un telescopio para registrar por primera vez los detalles de los cuerpos celestes. Pero los dos mayores avances provinieron de Inglaterra.
Antes de Isaac Newton, la sabiduría común decía que los cielos y la Tierra estaban gobernados por leyes separadas. Pero en 1666 Newton sugirió lo contrario. Sostuvo que todo movimiento –desde las manzanas que caen sobre la Tierra hasta la Luna que orbita arriba– estaba determinado por una única potencia. Llamó a esta fuerza invisible gravedad y propuso que actuaba sobre todos los objetos físicos por igual. Es más, demostró que los efectos de la gravedad se podían calcular y predecir mediante ecuaciones matemáticas sencillas.
Unos 200 años después, James Maxwell utilizó las matemáticas para desmitificar otra fuerza invisible. Basándose en los experimentos anteriores de Michael Faraday, demostró que la electricidad y el magnetismo eran en realidad una fuerza unida, que de ahí se conoció como electromagnetismo. En una serie de ecuaciones, Maxwell demostró que el electromagnetismo se propagaba mediante ondas oscilantes y que se podía transformar la electricidad en magnetismo y viceversa.
Las leyes del movimiento de Newton y las ecuaciones de Maxwell proporcionan una visión asombrosamente precisa del mundo físico. Estos conocimientos gemelos allanaron el camino para todas nuestras hazañas de ingeniería modernas, desde los rascacielos y los vuelos espaciales hasta los hornos microondas y la radio. Sin embargo, a principios del siglo XX, otro pensador complicaría estas teorías. Exploraremos eso en el próximo apartado.
Einstein demostró que la física es más compleja de lo que incluso Newton predijo.
Digamos que estás viajando en un tren, pero no en un tren cualquiera. Se trata de un tren especial que puede alcanzar la velocidad de la luz. Ahora, imagina que mientras avanzas a toda velocidad, te encuentras con un rayo de luz que viaja en la misma dirección que tú. Si miras por la ventana, ¿qué ves?
Bueno, eso depende. Según Newton, dado que usted y el rayo de luz viajan a la misma velocidad, ambos parecerán inmóviles para el otro. Sin embargo, las ecuaciones de Maxwell dan una respuesta diferente. Dicen que el rayo no parecería estacionario. En cambio, se alejaría de ti a la velocidad de la luz.
Obviamente, aquí hay una contradicción. Afortunadamente, un joven e inteligente empleado de patentes austriaco llamado Albert Einstein pudo solucionarlo.
La teoría de la gravedad de Newton y sus leyes del movimiento son muy precisas y útiles en la mayoría de los escenarios del día a día. Pero se estropean cuando se ponen a prueba en determinadas condiciones, como el experimento mental con el tren de alta velocidad. Al considerar este experimento, Einstein se dio cuenta de que la respuesta de Newton probablemente era incorrecta. Esta idea lo llevó a sus dos mayores descubrimientos: la teoría de la relatividad especial y la teoría de la relatividad general.
Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, la velocidad de la luz es una constante universal. Es decir, la luz siempre se mueve al mismo ritmo, mientras que todo lo demás, incluido el espacio, el tiempo y la energía, se distorsiona a su alrededor. Esto significa que cualquier medición cambia según el marco de referencia del observador. Entonces, si estás en un tren ultrarrápido, el tiempo parecerá moverse normalmente, pero, para un observador externo que se mueva en relación contigo, todas tus acciones aparecerán en cámara lenta.
Si esto parece un poco alucinante, la teoría de la relatividad general de Einstein añade otra capa: en esta teoría, la gravedad no es causada por una fuerza invisible sino que es un efecto de la curvatura del propio espacio. Imagínese una bola de bolos sentada sobre un colchón. A medida que la masa de la bola dobla el cojín, crea una depresión que capturaría cualquier canica perdida que pasara rodando. La gravedad funciona de la misma manera, excepto que a una escala mucho mayor. Simplemente cambie la pelota y el colchón por un planeta y el tejido del espacio-tiempo.
Si bien son contradictorias, estas leyes han sido confirmadas experimentalmente desde entonces. Por ejemplo, los relojes atómicos colocados en aviones de alta velocidad funcionan más lentamente que los mismos relojes en tierra. Sin embargo, a pesar de su brillantez, Einstein no pudo predecir la próxima gran revolución en la física: la enmarañada ciencia de la teoría cuántica.
La mecánica cuántica describe el extraño mundo de las partículas subatómicas.
En 1910, el físico Ernest Rutherford puso un trozo de radio en una caja de plomo. El contenedor tenía una pequeña abertura que daba a una fina lámina de oro. Rutherford esperaba que el radio disparara un rayo de radiación a través del agujero y sobre la lámina, creando un patrón.
Pero, en lugar de un patrón, no había nada. La radiación atravesó el oro. Mientras Rutherford continuaba con el experimento, llegó a una conclusión sorprendente. Los átomos, los componentes básicos de la materia, no eran tan sólidos como se pensaba anteriormente. En realidad, consistían en un núcleo diminuto orbitado por electrones aún más pequeños. En su mayoría eran espacios vacíos.
Este descubrimiento inusual fue solo el comienzo. Resulta que las leyes que gobiernan esas diminutas partículas son aún más extrañas.
Si bien Newton demostró que se aplican las mismas leyes del movimiento tanto en el cielo como en la Tierra, no se puede decir lo mismo del interior de un átomo. Verá, a escalas minúsculas emerge un nuevo conjunto de leyes físicas. Se llaman mecánica cuántica y el mundo que describen es muy diferente al que experimentamos en nuestra vida cotidiana.
Un aspecto extraño de la mecánica cuántica es que no es determinista. Mientras que las leyes de Newton y Einstein dan predicciones sobre el mundo, la mecánica cuántica sólo da probabilidades. Para entender esto, es útil observar los electrones. Si bien los electrones son partículas, se comportan como ondas. Entonces, si bien ocupan ubicaciones específicas, saber exactamente qué ubicaciones es difícil. Sólo podemos adivinar la probabilidad de que un electrón esté en un espacio específico en cualquier momento. Esto a veces se denomina principio de incertidumbre y fue elaborado por primera vez por el físico Werner Heisenberg.
Esta incertidumbre queda ilustrada por el famoso experimento mental del gato de Schrödinger. Imagínese un gato en una caja con un poco de uranio. Cuando el uranio se descompone, se dispara un arma que mata al gato. Sin embargo, esa desintegración radiactiva es un evento cuántico: no podemos predecir cuándo ocurrirá. Entonces, hasta que abramos la caja y revisemos al gato, el pobre animal existe tanto vivo como muerto.
Si todo esto suena complicado, no te desanimes. ¡Propiedades tan extrañas incluso desconcertaron a Einstein, quien pensó que la teoría cuántica era absurda! Pero, a pesar de las objeciones, su precisión es incomparable. Utilizando las leyes de la mecánica cuántica, los científicos han logrado importantes avances, desde el descubrimiento de la antimateria y el ADN hasta la construcción de transistores, láseres y la bomba atómica.
El Modelo Estándar nos acerca un paso más a una teoría del todo.
Según los físicos, nuestro universo contiene cuatro fuerzas fundamentales. Primero, está la gravedad, el efecto de deformación del espacio-tiempo descrito por Einstein. Luego está el electromagnetismo, que explica el comportamiento de la luz y los electrones y se detalla en las ecuaciones de Maxwell y la teoría cuántica. Y finalmente, está la fuerza fuerte, que une los núcleos de los átomos, y la fuerza débil, que impulsa su desintegración.
Si bien estas diversas fuerzas se entienden de forma aislada, los científicos creen que cada una es sólo una pieza de un rompecabezas mayor. Para comprender verdaderamente la estructura subyacente del universo, debe haber una teoría que una todos estos elementos en un solo sistema, la llamada teoría del todo, o ecuación de Dios.
Hasta ahora, nadie ha podido resolver este enigma; sin embargo, algunos intentos se han acercado tentadoramente.
La búsqueda de una teoría del todo ha dejado perplejas a muchas mentes brillantes. A lo largo de los años, Einstein, Schrödinger, Heisenberg y muchos otros intentaron y fracasaron en su intento de encontrar una solución viable. Parte del problema es que cuanto más aprenden los científicos sobre el mundo físico, más complicado se vuelve. Pero, en la década de 1970, surgió un consenso general en torno a una teoría llamada Modelo Estándar.
El Modelo Estándar proviene de décadas de investigación realizada por cientos de pensadores diferentes. Para construir la teoría, los científicos utilizaron máquinas llamadas aceleradores de partículas para dividir protones y neutrones en partículas aún más pequeñas llamadas quarks y leptones. Al estudiar el comportamiento de estas motas verdaderamente minúsculas, los investigadores escribieron ecuaciones que unen la mecánica cuántica con las fuerzas fuertes y débiles.
El modelo estándar es famoso por describir con precisión gran parte del mundo. Por ejemplo, el modelo predijo la existencia del bosón de Higgs, una partícula elemental que da masa a otras partículas, como los quarks. En 2012, los científicos que trabajaban con el Gran Colisionador de Hadrones, un acelerador de partículas gigante en Ginebra, Suiza, encontraron evidencia del bosón, confirmando la teoría.
Pero los problemas persisten. El modelo estándar es ridículamente complicado. Sus ecuaciones contienen muchas constantes misteriosas que los científicos no comprenden. Y el modelo no tiene en cuenta la gravedad en absoluto; de hecho, lo preocupante es que todos los intentos de integrar la gravedad en el modelo han fracasado. Dadas estas lagunas en el conocimiento, el modelo no se ajusta a algunas de las anomalías más curiosas del universo, como los agujeros negros. Echaremos un vistazo más de cerca a estos fenómenos en el próximo parpadeo.
El espacio profundo proporciona un entorno excelente para probar nuevas teorías.
Hagamos un viaje a 53 millones de años luz de la Tierra. Aquí afuera, en lo profundo del centro de una galaxia llamada M87, hay un monstruo. Con un peso de cinco mil millones de veces la masa del sol, esta entidad gigantesca tiene suficiente gravedad para consumir cualquier cosa que se acerque.
Por supuesto, estamos hablando de un agujero negro. Estos extraños fenómenos ocurren cuando los objetos se vuelven tan masivos y densos que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitacional. Las fuerzas presentes en un agujero negro son tan extremas que incluso Einstein originalmente las descartó como imposibles. Sin embargo, ahora sabemos que el universo está lleno de ellos.
Estudiar las peculiaridades de estos extraños objetos y otras anomalías cósmicas nos ayuda a refinar nuestras teorías actuales.
A veces, la mejor manera de refinar las teorías científicas es examinar casos extremos que las llevan al límite. Por esta razón, los investigadores que intentan desarrollar una teoría unificada del todo a menudo dirigen su mirada hacia las vastas extensiones del espacio. Una investigación cuidadosa del cosmos ha revelado dónde fallan las teorías actuales, así como oportunidades potenciales para avanzar.
Por ejemplo, alguna vez se consideró que los agujeros negros eran callejones sin salida. Según la visión de Einstein sobre la gravedad, todo lo que hay dentro de uno se pierde para siempre. Sin embargo, Stephen Hawking argumentó que esto no es necesariamente cierto. Aplicando el principio de incertidumbre de la teoría cuántica, Hawking sugirió que los agujeros negros deberían emitir gradualmente partículas perdidas. Y, efectivamente, los científicos han detectado la llamada radiación de Hawking , lo que demuestra que la mecánica cuántica y la gravedad interactúan de formas hasta ahora desconocidas.
Otro fenómeno, llamado radiación cósmica de fondo de microondas, o CMBR, sugiere que la mecánica cuántica tuvo un papel clave en la formación del universo. CMBR es la energía sobrante del big bang. La teoría cuántica predice que esta radiación no está distribuida uniformemente. Y, de hecho, parece estar lleno de ondas, lo que demuestra que las fuerzas cuánticas estuvieron operando desde los primeros momentos de nuestro universo.
Pero aún quedan muchas preguntas sin respuesta. Por ejemplo, el universo se está expandiendo a un ritmo cada vez más rápido. Actualmente, los científicos explican esta aceleración utilizando un concepto llamado energía oscura. Sin embargo, nadie sabe con certeza qué es exactamente la energía oscura ni cómo funciona. Pero, por supuesto, hay teorías. Los exploraremos a continuación.
La teoría de cuerdas tiene el potencial de unir la teoría de la gravedad de Einstein y el modelo estándar.
Durante el siglo pasado, la teoría de la gravedad de Einstein y la mecánica cuántica han estado juntas. Estas dos teorías fundamentales son útiles, pero profundamente incompatibles.
El problema es que combinarlos requiere una partícula que transporte la gravedad, llamada gravitón. Sin embargo, cualquier cálculo que incluya un gravitón produce resultados sin sentido. Las matemáticas simplemente no cuadran. Pero, a partir de finales de los años 70, un puñado de científicos adoptó un nuevo enfoque.
Propusieron que las partículas subatómicas no eran meros puntos, sino que surgían de la vibración de cuerdas inmensamente pequeñas. Cada vibración diferente produjo una partícula diferente, incluido el misterioso gravitón. Y, lo que es más importante, en este modelo las matemáticas funcionan. La teoría de cuerdas podría describir las interacciones entre gravitones y otras partículas cuánticas.
La teoría de cuerdas se basa en una base matemática extraordinariamente compleja. Sin embargo, su atractivo como teoría proviene de su asombrosa simplicidad. Verás, la teoría demuestra simetría. En física, esto significa que las ecuaciones que describen las interacciones entre partículas siempre se equilibran. Mientras que las teorías anteriores a menudo producían resultados infinitos y, por tanto, carentes de sentido, la teoría de cuerdas describe las interacciones de forma mucho más fluida.
Una forma en que la teoría de cuerdas logra esto es emparejando partículas con una supercompañera o partícula. Los electrones se emparejan con selectrones, quarks con squarks y leptones con sleptones. La inclusión de estas partículas en las ecuaciones permite que se cancelen componentes matemáticos difíciles, llamados correcciones cuánticas. Lo que queda son ecuaciones que reflejan con precisión el comportamiento de las cuatro fuerzas.
La teoría de cuerdas nos exige ampliar nuestra comprensión de la realidad de nuevas maneras. Para que las matemáticas funcionen tan perfectamente, el universo debe tener más dimensiones. Mientras que la física clásica se basa en cuatro dimensiones (tres espaciales y más tiempo), la teoría de cuerdas requiere diez o, en algunos casos, once. Según los teóricos de cuerdas, estas dimensiones adicionales están “enroscadas” o plegadas de tal manera que las hacen en gran medida inaccesibles para nosotros, pero significativas para las cuerdas mismas.
No sorprende que una teoría tan abstracta tenga sus detractores. Una crítica central es que, si bien la teoría de cuerdas es hermosa sobre el papel, no ha sido confirmada experimentalmente de ninguna manera. Para detectar el gravitón de la teoría se necesitaría un acelerador de partículas mil billones de veces más potente que el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra. En el futuro, nuevos enfoques podrían perfeccionar y reelaborar la teoría, pero por ahora, muchos físicos consideran que es nuestro mejor modelo hasta el momento.
Una teoría del todo plantea muchas preguntas filosóficas profundas.
En sus últimos años, Einstein siguió siendo una destacada celebridad intelectual. Debido a su notoriedad, recibía un flujo constante de correo de admiradores. Sin embargo, la mayoría de las cartas no se referían a la física; muchas simplemente le preguntaban si creía en Dios.
Da la casualidad de que Einstein no creía en el Dios bíblico. Es decir, no veía a Dios como una deidad benevolente interesada en los asuntos humanos. Pero sí creía en Dios como lo describe el filósofo Spinoza. Este Dios es más una idea. Es el concepto mismo de que el universo tiene un orden profundo, duradero y hermoso.
En cierto modo, una teoría del todo cumpliría este mismo papel. Revelaría que toda la realidad está organizada de manera profunda y elegante.
Digamos que mañana los científicos descubren una teoría del todo, una que sea comprobable y verdadera más allá de cualquier duda. ¿Cómo cambiaría tu vida? Honestamente, probablemente no tanto. Si bien un modelo físico preciso del universo puede desbloquear avances tecnológicos en el futuro, no hay garantía de que cambie algo para usted en el día a día.
No, las implicaciones de tal teoría son de naturaleza más filosófica. Una teoría del todo mostraría que todo el tejido de la realidad, desde las partículas subatómicas más pequeñas y fugaces hasta la gran inmensidad del espacio en expansión, está gobernado por un solo orden. Para muchos, comprender este orden es lo más cerca que puede estar la humanidad de leer la mente de Dios.
Pero una teoría del todo no resolvería todos los misterios. Puede describir cómo surgió nuestro universo y por qué tiene el aspecto que tiene, pero deja una pregunta abierta: ¿ por qué existe? ¿Qué fuerza puso en práctica estas leyes físicas? ¿Y qué precedió a nuestro universo? Esta fuerza enigmática a veces se llama el Primer Motor y, para algunos, es Dios.
También existe la atractiva posibilidad de que nuestro universo no esté solo. Más bien, es sólo un reino en un multiverso más amplio y eterno. En esta concepción (que está respaldada por la teoría de cuerdas y la mecánica cuántica) fuera de nuestro universo se encuentra una especie de hiperespacio donde constantemente aparecen y desaparecen nuevos universos. Cada uno podría ser radicalmente diferente del nuestro. Por ahora, siguen siendo un misterio, pero a medida que la ciencia avance, es posible que también descubramos sus secretos.
Foto de Rahul Pandit