¿De qué está hecha la realidad? De los átomos de Demócrito a los «píxeles» del universo
Pon una mano sobre la mesa. Parece sólida, inmóvil y bastante fácil de comprender. Está ahí, sostiene el café y, si te golpeas con una esquina, ofrece una demostración de su existencia difícil de discutir.
Sin embargo, esa familiaridad esconde preguntas enormes: ¿qué constituye realmente la mesa? ¿Y nuestra mano? ¿Hasta dónde podemos dividir la materia? ¿El espacio y el tiempo son continuos o, al acercarnos lo suficiente, encontraríamos algo parecido a los píxeles de una pantalla?
Quizá lo más extraño de la realidad sea lo normal que nos parece.
Una pregunta antigua: ¿qué hay debajo de todo?
Mucho antes de los aceleradores de partículas, los filósofos griegos ya buscaban un principio fundamental de la naturaleza: el arjé. Tales de Mileto lo relacionó con el agua; Anaxímenes, con el aire. Sus respuestas resultan insuficientes para nuestra ciencia, pero la pregunta conserva toda su fuerza: ¿puede la diversidad del mundo surgir de algo más básico?
Leucipo y Demócrito propusieron átomos y vacío. Aquellos átomos eran unidades indivisibles concebidas mediante razonamiento filosófico, no los átomos que hoy estudia la física. De hecho, nuestros átomos tienen estructura interna.
No habían descubierto anticipadamente la física moderna. Habían planteado una posibilidad poderosa: que las cosas visibles dependieran de componentes invisibles.
Esta búsqueda nos acerca a la metafísica, que se pregunta por la realidad y sus principios, y a la ontología, que examina qué existe y cómo podemos entenderlo. La metafísica no significa necesariamente hablar de fantasmas: también empieza al preguntar qué queremos decir cuando afirmamos que algo es real.
Aunque un fantasma que pagase su parte de la hipoteca tendría un interés filosófico considerable.
La física y la filosofía se encuentran en estas preguntas, aunque trabajan de maneras distintas: una teoría física debe ofrecer predicciones que podamos contrastar; la reflexión filosófica también examina qué significan sus conceptos y hasta dónde llegan sus explicaciones.
Nuestros sentidos: una ventana con marco
Vivimos a través de nuestros sentidos, pero estos no abarcan todo lo que sucede.
Los ojos solo captan una pequeña parte del espectro electromagnético. No vemos directamente las ondas de radio, el infrarrojo o los rayos X. A nuestro alrededor ocurren procesos que no forman parte de nuestra experiencia visual.
Que no percibamos algo no significa que no exista.
El wifi es un ejemplo doméstico bastante eficaz: no lo vemos, pero basta con que desaparezca para que toda la familia empiece a investigar lo invisible.
Además, percibir no consiste simplemente en recibir una fotografía del mundo. Nuestra experiencia depende de cómo el sistema perceptivo organiza las señales. Una ilusión óptica puede hacernos ver movimiento en una imagen inmóvil o interpretar mal un tamaño.
Eso no vuelve inútiles nuestros sentidos. Nos recuerda que nuestra experiencia tiene condiciones y límites.
Imaginemos, por un momento, que pudiéramos ver el infrarrojo: una taza caliente destacaría de una manera que ahora necesitamos una cámara térmica para apreciar. El mundo no habría cambiado; habría cambiado nuestra ventana para observarlo.
Platón y las sombras de la pantalla
En la alegoría de la caverna, narrada en La República, Platón imagina prisioneros que solo conocen unas sombras proyectadas ante ellos. Al desconocer lo que las produce, las toman por la realidad entera.
La comparación sigue siendo fértil: ¿confundimos también nosotros una parte de lo observable con todo lo que existe?
La física moderna no demuestra que Platón tuviera razón en su filosofía. Pero su relato nos ayuda a formular una precaución: lo familiar no tiene por qué ser lo fundamental.
Hoy podríamos imaginar una caverna con pantalla, comentarios y un algoritmo que solo mostrase las sombras con más interacciones. Salir quizá exigiría, antes que nada, dejar de deslizar el dedo.
De la caverna al cine
Matrix (1999) lleva al cine una inquietud antigua: ¿cómo distinguiríamos la realidad de una apariencia capaz de engañar nuestros sentidos? Neo descubre que conocer las reglas de su vida cotidiana no equivale a comprender el mundo donde vive.
El show de Truman (1998) plantea otra variante: lo que Truman ve está ahí, pero desconoce el montaje que le da sentido. Su problema no consiste en tener malos ojos, sino en no disponer de toda la información.
Ambas historias nos invitan a preguntar qué pruebas podrían hacernos revisar lo que damos por evidente. No demuestran que nuestra vida sea una simulación, pero permiten experimentar esa duda desde la comodidad del sofá.
Platón necesitó una caverna; el cine añadió efectos especiales. La pregunta sigue teniendo bastante buena salud.
Las puertas de la percepción: buscar también hacia dentro
No toda búsqueda de la realidad empieza mirando las estrellas. A veces comienza cerrando los ojos.
En distintas tradiciones religiosas, la oración y la contemplación han sido caminos para buscar una relación con lo divino. Algunas personas describen experiencias de unidad, de desaparición de las fronteras del yo o de una presencia difícil de expresar. También se han documentado experiencias de tipo místico en investigaciones con psicodélicos, sin que eso convierta ambas vías en equivalentes.
Aldous Huxley exploró esa inquietud en Las puertas de la percepción, donde relató su experiencia con la mescalina. El título evocaba una imagen del poeta William Blake y terminó inspirando el nombre de The Doors. La pregunta filosófica había encontrado también una guitarra.
Pero aquí aparece una dificultad fascinante: ¿cambiar nuestra conciencia permite descubrir algo del mundo que antes no percibíamos, o cambia principalmente la forma en que lo experimentamos? ¿Cómo distinguir ambas posibilidades?
Una vivencia puede ser profundamente significativa para quien la atraviesa. Puede llevarle a revisar sus prioridades, sus creencias o su relación con los demás. Sin embargo, sentir que hemos comprendido el universo no basta para demostrar cómo funciona.
La experiencia es real como experiencia; su interpretación sigue siendo una pregunta abierta. Respetar lo vivido y examinar sus conclusiones pueden formar parte de la misma búsqueda.
Quizá mirar hacia dentro nos ayude a comprender mejor nuestros miedos, deseos y formas de dar sentido a la vida. Para conocer la estructura del universo necesitamos, además, contrastar lo que creemos haber descubierto.
Y queda una pregunta incómoda, tanto para el místico como para cualquiera de nosotros: ¿buscamos descubrir algo que pueda cambiarnos o encontrar una confirmación de lo que ya queríamos creer?
¿Qué es un campo? Empecemos junto al radiador
Para comprender parte de la física actual necesitamos una palabra aparentemente sencilla: campo.
Un campo asigna un valor a cada punto del espacio y del tiempo. Ese valor puede ser una cantidad o incluir una dirección.
Pensemos en la temperatura de una habitación. Cerca del radiador puede haber 24 grados y junto a la ventana, 18. Podemos imaginar una temperatura en cada lugar, aunque no pongamos un termómetro en todos. Eso forma un campo de temperaturas.
Un campo magnético también tiene dirección: una brújula se orienta según el campo presente donde la colocamos.
Los ejemplos ayudan a comprender el concepto, aunque los campos fundamentales de la física no sean todos como la temperatura, que describe el comportamiento colectivo de la materia.
En la teoría cuántica de campos, las partículas se describen como excitaciones de sus campos correspondientes: formas específicas en que esos campos pueden manifestarse y transportar energía.
Podemos imaginar un estanque y sus ondas, con una precaución: los campos cuánticos no necesitan estar hechos de agua ni de otra sustancia que los sostenga. La imagen es una ayuda, no una fotografía del universo.
La pregunta cambia: quizá las pequeñas bolitas que imaginamos no sean la mejor representación de lo fundamental.
El Higgs: una pista sobre cómo funciona la materia
Los físicos buscaban el bosón de Higgs porque era la señal que faltaba para comprobar una explicación: que ciertas partículas elementales adquieren masa al interactuar con un campo presente en todo el espacio. El bosón sería una pequeña «ondulación» de ese campo, siguiendo nuestra comparación con el estanque.
Para buscarlo utilizaron el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, que acelera protones y los hace chocar. La energía de esas colisiones permite producir partículas fugaces, identificadas por las huellas que dejan al desintegrarse.
Su descubrimiento en 2012 respaldó esa explicación y completó el conjunto de partículas previsto por el modelo estándar, nuestra principal teoría sobre las partículas elementales y sus interacciones. No resolvió todos los misterios de la materia ni demostró que el universo tenga «píxeles».
Estudiarlo con más precisión permite buscar diferencias entre lo que predice la teoría y lo que realmente sucede: posibles pistas de partículas o fenómenos todavía desconocidos. Encontrar una pieza también permite descubrir si al puzle le falta algo.
Los griegos discutían sobre la naturaleza paseando por la plaza. Como humanidad, hemos llegado a construir una máquina cuyo anillo recorre 27 kilómetros de circunferencia, en un túnel situado a unos 100 metros bajo tierra, entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra. La curiosidad nos está saliendo algo más cara.
El LHC es un proyecto del CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, hecho posible por la colaboración internacional de científicos, ingenieros, técnicos e instituciones de numerosos países. Una pregunta que nos hacemos como especie ha reunido conocimientos y esfuerzos de todo el mundo para buscar una respuesta.
¿Y por qué lo llamaron «la partícula de Dios»?
El apodo se popularizó con The God Particle, un libro de 1993 del físico Leon Lederman y el escritor Dick Teresi. Lederman explicaba con humor que la editorial no les había dejado llamarlo The Goddamn Particle, algo así como «la maldita partícula», por lo difícil y costoso que resultaba encontrarla.
El nombre no convierte al Higgs en una prueba de la existencia de Dios ni en una explicación de la creación del universo. Es un apodo editorial, no una conclusión científica.
Una partícula que pasó de «maldita» a «divina» antes incluso de que consiguieran encontrarla. Hay carreras profesionales menos rápidas.
¿Tiene píxeles el universo?
El Higgs nos ayuda a comprender la materia, pero no responde a todas nuestras preguntas sobre el escenario donde existe: el espacio y el tiempo. Para explorar sus posibles límites llegamos a la escala de Planck, donde esperamos que los efectos cuánticos de la gravedad sean importantes.
La longitud de Planck es aproximadamente 1,62 × 10⁻³⁵ metros. El tiempo de Planck, unos 5,39 × 10⁻⁴⁴ segundos, es el tiempo que tarda la luz en recorrer esa longitud.
Estas unidades combinan constantes fundamentales relacionadas con la gravedad, la física cuántica y la velocidad de la luz. Pero hay una distinción esencial:
El tiempo de Planck no es un «fotograma mínimo» cuya existencia hayamos demostrado.
Algunas propuestas de gravedad cuántica exploran estructuras discretas de la geometría. Eso no equivale necesariamente a una cuadrícula de cubitos ni a un reloj que actualiza todo el universo a la vez.
La diferencia entre continuo y discreto puede imaginarse comparando una rampa con una escalera: en una subimos sin peldaños; en la otra, mediante pasos separados. La comparación sirve para formular la pregunta, pero no demuestra que el tiempo tenga escalones.
La metáfora de los píxeles resulta sugerente porque conocemos las pantallas. Sin embargo, las imágenes que nos ayudan a pensar también pueden introducir propiedades que la realidad no tiene.
Y aunque alguna estructura física resultara discreta, eso no demostraría que vivimos dentro de un ordenador. Para llegar a esa conclusión harían falta argumentos y pruebas adicionales.
De momento, no tenemos fundamento para atribuir nuestros lunes a un fallo del servidor cósmico.
Ampliar la mirada sin inventar lo que falta
Los instrumentos permiten superar algunos límites de nuestros sentidos. Un microscopio revela estructuras diminutas; un radiotelescopio recoge señales invisibles para el ojo; un detector registra rastros de partículas.
Tampoco son ventanas infalibles: necesitan calibración, modelos y comprobaciones. Su fuerza está en que podemos contrastar resultados mediante métodos diferentes.
Reconocer que no lo vemos todo no significa que cualquier explicación sea igualmente válida.
El campo de Higgs cuenta con respaldo experimental. La idea de un tiempo que avanza a saltos sigue abierta a investigación. Una simulación universal exigiría sus propias pruebas. Distinguir esos niveles no reduce el asombro: nos permite saber dónde empieza lo desconocido.
Como en nuestra reflexión sobre Sócrates y el arte de preguntar, reconocer los límites del conocimiento puede ser el comienzo de una búsqueda más cuidadosa.
Volvamos a la mesa del principio. Sigue sosteniendo el café. Comprenderla mediante átomos y campos no hace que deje de ser real: nos permite describirla a otra escala. Una explicación más profunda no borra la experiencia cotidiana; revela lo que esta no puede mostrarnos por sí sola.
Quizá descubrir de qué están hechas las cosas transforme nuestra idea del mundo. Quizá también nos obligue a revisar qué entendemos por «cosa», «vacío» o «existir».
Si nuestros sentidos fueran distintos, ¿cómo cambiaría nuestra experiencia de la realidad? ¿Hasta dónde nos ayudan las metáforas y cuándo empiezan a confundirnos? Si encontrásemos las piezas más fundamentales del universo, ¿habríamos explicado por qué existen esas piezas y esas reglas?
Y cuando alguien diga «solo creo en lo que veo», ¿convendría preguntarle qué opina de su conexión wifi?
Fuentes y lecturas
Platón, La República, libro VII: alegoría de la caverna.
El origen del apodo «partícula de Dios» — exposición del CERN.
Gravedad cuántica y estructuras discretas — Einstein Online, Instituto Albert Einstein. Introducción divulgativa a una propuesta teórica; sus imágenes no deben interpretarse como una estructura experimentalmente confirmada.
Aldous Huxley, Las puertas de la percepción (1954).
Investigación sobre experiencias de tipo místico con psilocibina — Griffiths y colaboradores (2006).