Física de lo imposible (45 page)

Por consiguiente, la precognición parece estar descartada, al menos en el futuro previsible, lo que la hace una imposibilidad de clase III. Si se probara alguna vez la precognición en experimentos reproducibles, ello causaría una conmoción importante en los mismos fundamentos de la física moderna.

No hay nada tan grande ni tan descabellado que alguna de entre un millón de sociedades tecnológicas no se sienta impulsada a hacer, con tal de que sea físicamente posible.

F
REEMAN
D
YSON

El destino no es cuestión de azar; es cuestión de elección. No es algo que hay que esperar; es algo que hay que conseguir.

W
ILLIAM
J
ENNIGS
B
RYAN

¿Hay verdades que estarán para siempre más allá de nuestro alcance? ¿Hay dominios del conocimiento que estarán fuera de las capacidades de incluso una civilización avanzada? De todas las tecnologías analizadas hasta ahora, solo las máquinas de movimiento perpetuo y la precognición caen en la categoría de imposibilidades de clase III. ¿Hay otras tecnologías que sean imposibles de un modo similar?

Las matemáticas puras son ricas en teoremas que demuestran que ciertas cosas son realmente imposibles. Un sencillo ejemplo es que es imposible trisecar un ángulo utilizando solo regla y compás; esto fue demostrado ya en 1837.

Incluso en sistemas simples tales como la aritmética hay imposibilidades. Como he mencionado antes, es imposible demostrar todos los enunciados verdaderos de la aritmética dentro de los postulados de la aritmética. La aritmética es incompleta. Siempre habrá enunciados verdaderos en la aritmética que solo pueden ser demostrados si pasamos a un sistema mucho mayor que incluye a la aritmética como un subconjunto.

Aunque hay cosas imposibles en matemáticas, siempre es peligroso declarar que algo es absolutamente imposible en las ciencias físicas. Permítanme recordar una charla que dio el premio Nobel Albert A. Michelson en 1894 con ocasión de la dedicatoria del Ryerson Physical Lab en la Universidad de Chicago, en la que declaraba que era imposible descubrir cualquier nueva física: «Todas las leyes y los hechos más fundamentales de la ciencia física han sido ya descubiertos, y están ahora tan firmemente establecidos que la posibilidad de que sean sustituidos alguna vez como consecuencia de nuevos descubrimientos es extraordinariamente remota. [...] Nuestros futuros descubrimientos deben buscarse en la sexta cifra decimal».

Sus comentarios fueron pronunciados en la víspera de algunas de las más grandes convulsiones en la historia de la ciencia, la revolución cuántica de 1900 y la revolución de la relatividad de 1905. La moraleja es que las cosas que hoy son imposibles violan las leyes de la física conocidas, pero las leyes de la física, tal como las conocemos, pueden cambiar.

En 1825 el gran filósofo francés Auguste Comte, en su
Course de Philosophie
, declaraba que para la ciencia era imposible determinar de qué estaban hechas las estrellas. Esto parecía una apuesta segura en la época, puesto que no se sabía nada sobre la naturaleza de las estrellas. Estaban tan lejanas que era imposible visitarlas. Pero solo pocos años después de que se hiciera esta afirmación, los físicos (por medio de la espectroscopia) declararon que el Sol estaba formado por hidrógeno. De hecho, ahora sabemos que analizando las líneas espectrales en la luz de las estrellas emitida hace miles de millones de años es posible determinar la naturaleza química de la mayor parte del universo.

Comte retaba al mundo de la ciencia con una lista de otras «imposibilidades»:

• Afirmaba que la «estructura última de los cuerpos debe transcender siempre a nuestro conocimiento». En otras palabras, era imposible conocer la verdadera naturaleza de la materia.
  
• Pensaba que nunca podrían utilizarse las matemáticas para explicar la biología y la química. Era imposible, afirmaba, reducir estas ciencias a matemáticas.
  
• Creía que era imposible que el estudio de los cuerpos celestes tuviera algún impacto en los asuntos humanos.
  

En el siglo XIX era razonable proponer estas «imposibilidades» puesto que se conocía muy poco de la ciencia fundamental. No se sabía casi nada de los secretos de la materia y la vida. Pero hoy tenemos la teoría atómica, que ha abierto todo un nuevo dominio de investigación científica sobre la estructura de la materia. Conocemos el ADN y la teoría cuántica, que han desvelado los secretos de la vida y la química. También sabemos de los impactos de meteoritos procedentes del espacio, que no solo han influido en el curso de la vida en la Tierra sino que también han ayudado a conformar su existencia misma.

El astrónomo John Barrow señala: «Los historiadores aún debaten si las ideas de Comte fueron parcialmente responsables del posterior declive de la ciencia francesa».
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El matemático David Hilbert, rechazando las afirmaciones de Comte, escribió: «A mi modo de ver, la verdadera razón por la que Comte no pudo encontrar un problema insoluble yace en el hecho de que no hay tal cosa como un problema insoluble».
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Pero hoy algunos científicos están planteando un nuevo conjunto de imposibilidades: nunca sabremos lo que sucedió antes del big bang (o por qué hizo «bang» en primer lugar), y nunca conseguiremos una «teoría del todo».

El físico John Wheeler comentaba la primera cuestión «imposible» cuando escribió: «Hace doscientos años uno podía preguntar a cualquiera, "¿podremos entender algún día cómo nació la vida?" y él te hubiera dicho "¡Absurdo! ¡Imposible!".Yo tengo la misma sensación con la pregunta, "¿Entenderemos alguna vez cómo nació el universo?"».
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El astrónomo John Barrow añade: «La velocidad a la que viaja la luz está limitada, y así lo está, por consiguiente, nuestro conocimiento de la estructura del universo. No podemos saber si es finito o infinito, si tuvo un comienzo o tendrá un fin, si la estructura de la física es la misma en todas partes o si el universo es en definitiva un lugar ordenado o desordenado. [...] Todas las grandes cuestiones sobre la naturaleza del universo, desde su principio a su fin, resultan ser imposibles de responder».
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Barrow tiene razón al decir que nunca conoceremos, con absoluta certeza, la verdadera naturaleza del universo en todo su esplendor. Pero es posible recortar poco a poco estas eternas preguntas y acercarnos mucho a la respuesta. Más que representar las fronteras absolutas de nuestro conocimiento, es mejor ver estas «imposibilidades» como los desafíos que aguardan a la próxima generación de científicos. Estos límites son como hojaldres, hechos para romperse.

En el caso del big bang, se está construyendo una nueva generación de detectores que podrían zanjar algunas de estas eternas preguntas. Hoy nuestros detectores de radiación en el espacio exterior solo pueden medir la radiación de microondas emitida 300.000 años después del big bang, cuando se formaron los primeros átomos. Es imposible utilizar esta radiación de microondas para sondear un tiempo anterior a 300.000 años después del big bang porque la radiación de la bola de fuego original era demasiado caliente y aleatoria para dar información útil.

Pero si analizamos otros tipos de radiación podemos llegar aún más cerca del big bang. Detectar neutrinos, por ejemplo, puede acercarnos más al instante del big bang (los neutrinos son tan escurridizos que pueden atravesar todo un sistema solar hecho de plomo sólido). La radiación de neutrinos puede llevarnos a tan solo algunos segundos después del big bang.

Pero quizá el último secreto del big bang sea revelado al examinar «ondas de gravedad», ondas que se mueven a lo largo del tejido del espacio-tiempo. Como dice el físico Rocky Kolb de la Universidad de Chicago: «Midiendo las propiedades del fondo de neutrinos podemos mirar atrás hasta un segundo después del bang. Pero las ondas gravitatorias procedentes de la inflación son reliquias del universo 10
-35
segundos después del bang».
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Las ondas de gravedad fueron predichas por primera vez por Einstein en 1916; con el tiempo pueden convertirse en la sonda más importante para la astronomía. Históricamente, cada vez que se ha dominado una nueva forma de radiación se ha abierto una nueva era en astronomía. La primera forma de radiación era la luz visible, utilizada por Galileo para investigar el sistema solar. La segunda forma de radiación fue las ondas de radio, que nos permitieron sondear los centros de las galaxias para encontrar agujeros negros. Los detectores de ondas de gravedad pueden desvelar los secretos mismos de la creación.

En cierto sentido, las ondas de gravedad tienen que existir. Para verlo, consideremos la vieja pregunta: ¿qué sucedería si el Sol desapareciera de repente? Según Newton, sentiríamos los efectos inmediatamente. La Tierra se desviaría instantáneamente de su órbita y se hundiría en la oscuridad. Esto se debe a que la ley de la gravedad de Newton no tiene en cuenta la velocidad, y por ello las fuerzas actúan instantáneamente a través del universo. Pero según Einstein, nada puede viajar más rápido que la luz, de modo que se necesitarían ocho minutos para que la información de la desaparición del Sol llegara a la Tierra. En otras palabras, una «onda de choque» esférica de gravedad saldría del Sol y al final incidiría en la Tierra. Fuera de esta esfera de ondas de gravedad parecería como si el Sol aún estuviera brillando normalmente, porque la información sobre la desaparición del Sol no habría llegado a la Tierra. Sin embargo, dentro de esta esfera de ondas de gravedad el Sol ya habría desaparecido, pues la onda de choque en expansión de ondas de gravedad viaja a la velocidad de la luz.

Otra manera de ver por qué deben existir las ondas de gravedad es visualizar una gran sábana. Según Einstein, el espacio-tiempo es un tejido que puede distorsionarse o estirarse, como una sábana curvada. Si cogemos una sábana y la agitamos rápidamente, vemos que las ondas se propagan por la superficie de la sábana y viajan a una velocidad definida. De la misma forma, las ondas de gravedad pueden verse como ondas que viajan a lo largo del tejido del espacio-tiempo.

Las ondas de gravedad están entre los temas más rápidamente cambiantes en la física actual. En 2003 empezaron a funcionar los primeros detectores de ondas de gravedad a gran escala, llamados LIGO (Observatorio de Ondas Gravitatorias por Interferometría Láser), que miden 4 kilómetros de longitud, uno situado en Hanford, Washington, y otro en Livingston Parish, Luisiana. Se espera que LIGO, con un coste de 365 millones de dólares, podrá detectar radiación procedente de estrellas de neutrones y agujeros negros en colisión.

El próximo gran salto tendrá lugar en 2015, cuando se lance una nueva generación de satélites que analizarán la radiación gravitatoria en el espacio exterior procedente del instante de la creación. Los tres satélites que constituyen LISA (Antena Espacial por Interferometría Láser), un proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Europea, serán puestos en órbita alrededor del Sol. Estos satélites serán capaces de detectar ondas gravitatorias emitidas menos de una billonésima de segundo después del big bang. Si sobre uno de los satélites incide una onda de gravedad procedente del big bang que aún circula por el universo, dicha onda perturbará los haces láser, y esta perturbación puede medirse de una manera precisa y darnos «fotografías de bebé» del mismo instante de la creación.

LISA consiste en tres satélites que circulan alrededor del Sol dispuestos en triángulo, conectados por haces láser de 5 millones de kilómetros de longitud, lo que lo convierte en el mayor instrumento nunca creado en la ciencia. Este sistema de tres satélites orbitará en torno al Sol a unos 50 millones de kilómetros de la Tierra.

Cada satélite emitirá un haz láser de solo medio vatio de potencia. Comparando los haces láser procedentes de los otros dos satélites, cada satélite podrá construir una figura de interferencia luminosa. Si la onda de gravedad perturba los haces láser, cambiará la figura de interferencia, y el satélite podrá detectar esta perturbación. (La onda de gravedad no hace que los satélites vibren. En realidad crea una distorsión en el espacio entre los tres satélites).

Aunque los haces láser muy son muy débiles, su precisión será sorprendente. Podrán detectar vibraciones de hasta una parte en mil trillones, lo que corresponde a un cambio de 1/100 del tamaño de un átomo. Cada haz láser podrá detectar una onda de gravedad desde una distancia de 9.000 millones de años luz, que cubre la mayor parte del universo visible.

LISA tiene sensibilidad para diferenciar potencialmente entre varios escenarios «pre-big bang». Uno de los temas más candentes hoy en física teórica es calcular las características del universo pre-big bang. Actualmente, la inflación puede describir muy bien cómo evolucionó el universo una vez que se produjo el big bang. Pero la inflación no puede explicar por qué se produjo el big bang en primer lugar. El objetivo es utilizar estos modelos especulativos de la era pre-big bang para calcular la radiación gravitatoria emitida por el big bang. Cada una de las diversas teorías pre-big bang hace predicciones diferentes. La radiación big bang predicha por la teoría del big splat, por ejemplo, difiere de la radiación predicha por algunas de las teorías de inflación, de modo que LISA podría descartar varias de estas teorías. Obviamente, estos modelos pre-big bang no pueden ser comprobados de manera directa, puesto que implican comprender el universo antes de la creación del tiempo mismo, pero podemos comprobarlo indirectamente ya que cada una de estas teorías predice un espectro diferente para la radiación que emerge inmediatamente después del big bang.

El físico Kip Thorne escribe: «En algún momento entre 2008 y 2030 se descubrirán ondas gravitatorias procedentes de la singularidad del big bang. Seguirá una era que durará al menos hasta 2050. [...] Estos trabajos revelarán detalles íntimos de la singularidad del big bang, y con ello verificarán que alguna versión de la teoría de cuerdas es la teoría cuántica de la gravedad correcta».
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Si LISA es incapaz de distinguir entre las diferentes teorías pre-big bang, su sucesor el BBO (Observador del Big Bang) podría hacerlo. Su lanzamiento está programado provisionalmente para 2025. El BBO podrá examinar todo el universo en busca de todos los sistemas binarios que incluyan estrellas de neutrones y agujeros negros con masas menores que mil veces la masa del Sol. Pero su objetivo principal es analizar ondas de gravedad emitidas durante la fase inflacionaria del big bang. En este sentido, el BBO está diseñado específicamente para sondear las predicciones de la teoría del big bang inflacionario.