Cinco problemas sin resolver
Después de más de tres décadas de trabajo en este campo -reconoce Smolin- que los resultados continúan sin dar respuesta a cinco grandes problemas, cuyos enunciados transcribimos en cursiva, resumiendo su comentario explicativo (L. Smolin (2007): 35-50).
Problema de la gravedad cuántica:
“Problema 1: combinar la teoría de la relatividad general y la teoría cuántica en una única teoría que pueda ser una teoría completa de la naturaleza”.
Más de un siglo después de la ecuación de Planck sobre la radiación del «Cuerpo Negro‛», la teoría cuántica recurre a explicaciones paradójicas, como la doble naturaleza (ondulatoria y corpuscular). Y sólo puede hacer predicciones estadísticas sobre fenómenos subatómicos. El «principio de incertidumbre»[1] restringe la capacidad informativa, puesto que niega la posibilidad de medir simultáneamente la posición y la cantidad de movimiento de una partícula. Por lo cual, es imposible integrar en una misma estructura formal la «teoría cuántica» y la «teoría de la relatividad general».
“Problema 2: resolver los problemas de los fundamentos de la mecánica cuántica, sea haciendo que la teoría tenga sentido en su formulación actual, sea inventando una nueva teoría que tenga sentido”.
La actual formulación cuántica debe ser modificada o sustituida por otra que la haga comprensible con los mismos esquemas mentales que sirven para captar las realidades ordinarias utilizando la lógica natural; algo que hoy día es incompatible con las paradojas que se derivan de la actual teoría cuántica.
«Problema 3: determinar si las diversas partículas e interacciones pueden unificarse en una teoría que las explique a todas como la manifestación de una única entidad fundamental”.
El llamado «Modelo Estándar» de Weinberg proporciona una teoría sobre los doce tipos de partículas (seis clases de «quarks» y 6 clases de «leptones»), junto con las cuatro fuerzas o interacciones (gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil). Este modelo, formulado a principios de los años setenta del siglo pasado, plantea un problema estructural al exigir la inclusión de un elevado número de constantes ajustables para explicar las propiedades de las partículas. En consecuencia, se admite un grado de ambigüedad que no es admisible, si se trata de obtener una información fiable (verificable experimentalmente) de los sucesos del mundo subatómico.
“Problema 4: explicar cómo determina la naturaleza los valores de las constantes libres del modelo estándar de la física de partículas”.
Así formulado, este problema invierte los términos al suponer que la naturaleza debe adaptarse al modelo físico para determinar las constantes ya definidas por la propia teoría. De todos modos, el enunciado evidencia el desajuste entre el modelo y los datos experimentales y señala que sigue pendiente una unificación conceptual coherente que dé cabida a todos los fenómenos físicos.
«Problema 5: explicar la materia oscura y la energía oscura. O, si no existen, determinar en qué modo y por qué la gravedad se modifica a grandes escalas. Y, de manera más general, explicar por qué las constantes del modelo estándar de cosmología, entre ellas la energía oscura, tienen los valores que tienen”.
Algunos investigadores tratan de explicar el problema, invocando la existencia de dos supuestas entidades («materia oscura» y «energía oscura»). Puesto que, las observaciones astronómicas no concuerdan con la actual teoría sobre la distribución y velocidad de alejamiento de las galaxias y tampoco se ajustan a las predicciones de la ley de la gravedad de Newton.
Se plantea pues la disyuntiva de modificar la ley de Newton o admitir la existencia de esa enigmática «materia oscura» cuya detección hasta ahora no ha sido efectiva, ni parece fácil que lo sea, teniendo en cuenta que no emite energía radiante, como lo hace el resto de la materia distribuida en el espacio. El marco general en el que se desenvuelve este ambicioso planteamiento teórico es el llamado «Modelo Estandar Cosmológico»‛ (MEC), análogo al «Modelo Estándar de Partículas» (MEP) .
Modelo Estándar de partículas formado. Es una teoría relativista de campos cuánticos, que fue desarrollada entre 1970 y 1973. Está basada en las ideas generales de unificación y de simetría. El modelo pretende describir la estructura básica que la materia, considerando que las partículas son irreductibles a otras más simples.
El MEC introduce una serie de constantes especificables que «explicarían» el valor de la densidad de los diferentes tipos de materia, de energía y del ritmo de expansión del universo. Como sucede en la física de partículas, el valor de las constantes (cuyo significado permanece desconocido) se determinaría a partir de datos empíricos.
En resumen, los cinco problemas enunciados encierran grandes incógnitas que debería resolver la ciencia actual. Además, señalan cinco objetivos que durante las últimas décadas han motivado la investigación teórica. Durante más de medio siglo, varias teorías han tratado de alcanzar las metas señaladas. Una de las más creativas es la «Teoría de Cuerdas». Este tipo de investigación teórica resulta especialmente útil para analizar los recursos simbólicos que la ciencia actual despliega para describir los sucesos físicos más complejos.
Nota 1
Se ha querido encontrar razones más profundas, incluso de índole filosófico. Con referencia al significado de la relación de incertidumbre, Erwin Schrödinger escribe: «Otra manera de llegar al resultado es analizar el procedimiento experimental para determinar la posición o la velocidad. Cada uno de estos medios de medición implica una transferencia de energía entre la partícula y algún instrumento de medición, a la postre el observador mismo (…). Esto significa una verdadera interferencia física con la partícula». En consecuencia, la restricción de la capacidad informativa es atribuible a la inevitable interacción entre el dispositivo de medida y el objeto que se mide. (E. Schrödinger, E. (1975): 171. ¿Qué es una ley de la naturaleza? Fondo de Cultura Económica. México.