Murray Gell-Mann sobre la belleza y la verdad en la física

Gracias por poner estas fotos de mis colegas aquí. (Risas). Estaremos hablando de ellos. Ahora, voy a intentar un experimento. Normalmente no hago experimentos. Soy un teórico. Pero voy a ver qué sucede si presiono este botón. Efectivamente. Bueno. Yo solía trabajar en este campo de las partículas elementales. ¿Qué le pasa a la materia si la cortas muy fina? ¿De qué está hecha? Y las leyes de estas partículas son válidas a lo largo y ancho del universo, y están sumamente conectadas con la historia del universo.

Sabemos mucho sobre cuatro fuerzas. Deben haber muchas más, pero esas existen a distancias muy, muy pequeñas, y en verdad, todavía no hemos interactuado mucho con ellas. El tema principal del que quiero hablar es éste: que tenemos esta notable experiencia, en este campo de la física fundamental: la belleza es un criterio muy exitoso para elegir la teoría correcta. Y, ¿por qué diablos será esto así?

Bueno, aquí tenemos un ejemplo de mi propia experiencia. Que esto ocurra, de hecho, es bastante espectacular. En 1957, tres o cuatro de nosotros propusimos una teoría parcialmente completa de una de estas fuerzas, la fuerza débil. Y estaba en desacuerdo con siete (siete, cuéntenlos), siete experimentos. Los experimentos estaban todos mal.

Y publicamos antes de saber eso, pues pensamos que era tan bello, ¡tiene que estar bien! Los experimentos debían estar mal, y lo estaban. Ahora, nuestro amigo de allá, Albert Einstein, solía prestar poca atención cuando la gente decía: "Sabe usted, hay un señor con un experimento que al parecer no está de acuerdo con la relatividad especial. D. C. Miller. ¿Qué piensa de eso?" Y él respondía: "Eh, eso va a desaparecer". (Risas).

Bien, ¿Por qué funciona algo así? Esa es la pregunta. Ahora, claro, ¿qué queremos decir con bello? Esa es una cosa. Trataré de dejar eso en claro... parcialmente claro. ¿Por qué debería funcionar?, y ¿tiene algo que ver con los seres humanos? Les daré una pista para la respuesta que ofrezco para la última, y es que no tiene nada que ver con los seres humanos. En algún lugar en algún otro planeta, orbitando alguna estrella muy distante, quizás en otra galaxia, podría muy bien haber entidades al menos tan inteligentes como nosotros, y están interesados en la ciencia. No es imposible; creo que probablemente hay muchos.

Muy probablemente ninguno está tan cerca como para interactuar con nosotros. Pero podrían estar ahí afuera, muy fácilmente. Y supongan que tienen, digamos, muy diferentes aparatos sensoriales, etc. Tienen siete tentáculos, y tienen 14 pequeños ojos compuestos de aspecto gracioso, y un cerebro en forma de pretzel. ¿De verdad tendrían ellos leyes diferentes? Hay muchas personas que creen que sí, y yo pienso que es pura tontería. Creo que hay leyes allá afuera, y claro que, en cualquier momento dado, no las entendemos muy bien... pero lo intentamos. Y tratamos de acercarnos cada vez más.

Y algún día quizá podamos efectivamente descifrar una teoría fundamental unificada de las partículas y de las fuerzas, lo que yo llamo "la ley fundamental". Incluso puede que no estemos demasiado lejos de ella. Pero aunque no nos crucemos con ella en nuestras vidas aún podemos pensar que hay una allí afuera, y nosotros simplemente estamos tratando de acercarnos a ella más y más. Creo que ese es el punto más importante a dejar en claro. Nosotros expresamos estas cosas matemáticamente. Y cuando la matemática es muy simple (cuando en términos de alguna notación matemática, puedes escribir la teoría en un espacio muy pequeño, sin mucha complicación) eso es esencialmente lo que queremos decir con belleza o elegancia.

Aquí lo que estaba diciendo de las leyes. Realmente están allí. Newton ciertamente creía eso. Y dijo aquí: "Es el trabajo de la filosofía natural el descubrir esas leyes". La ley básica, digamos... aquí hay una suposición. La suposición es que la ley básica realmente toma la forma de una teoría unificada de todas las partículas. Ahora, algunas personas llaman a eso la teoría del todo. Eso es incorrecto, porque la teoría es mecánico-cuántica. Y no voy a entrar en detalle sobre la mecánica cuántica y sobre cómo es, y demás. Ustedes, de todas formas, ya han escuchado muchas cosas equivocadas sobre ella. (Risas). Incluso hay películas sobre ella con muchas cosas equivocadas.

Pero lo importante aquí es que predice probabilidades. Ahora bien, algunas veces esas probabilidades son casi certezas. Y en muchos casos familiares, por supuesto que lo son. Pero otras veces no lo son, y sólo se tienen probabilidades para diferentes resultados. Entonces lo que esto significa es que la historia del universo no está determinada sólo por la ley fundamental. Es la ley fundamental y esta increíblemente larga serie de accidentes, o resultados aleatorios, los que adicionalmente están allí.

Y la teoría fundamental no incluye esos resultados del azar; ellos son adicionales. Así que no es una teoría sobre todo. Y de hecho, una enorme cantidad de información del universo que nos rodea proviene de esos accidentes, y no sólo de las leyes fundamentales. Ahora, se suele decir que acercarse más y más a las leyes fundamentales examinando los fenómenos a bajas energías, y luego a energías superiores, y luego a mayores energías, o a distancias cortas, y luego distancias más cortas, y luego aún más cortas, y así sucesivamente, es como pelar las capas de una cebolla. Y seguimos haciendo eso, y construimos máquinas más poderosas, aceleradores de partículas. Miramos cada vez más profundamente dentro de la estructura de las partículas, y de esa manera probablemente nos acercamos más y más a esta ley fundamental.

Ahora, lo que ocurre es que mientras hacemos eso, mientras pelamos estas capas de la cebolla y nos acercamos más y más a la ley subyacente, vemos que cada capa tiene algo en común con la anterior, y con la siguiente. Las escribimos matemáticamente. y vemos que usan matemáticas muy similares. Requieren matemáticas muy similares. Eso es absolutamente extraordinario, y es una característica central de lo que estoy tratando de decir hoy. Newton la llamó... (ese es Newton, por cierto... ése).

Este es Albert Einstein. ¡Hola Al! Y bueno, él dijo: "la Naturaleza conforme consigo misma", personificando a la Naturaleza en femenino. Y lo que ocurre es que el nuevo fenómeno, las nuevas capas, las interiores, las más pequeñas a las que llegamos en la cebolla, se parecen a las que son un poco más grandes. Y el tipo de matemáticas que teníamos para la capa anterior es casi igual al que necesitamos para la siguiente. Y es por eso que las ecuaciones se ven tan simples. Porque usan matemáticas que ya poseemos.

Un ejemplo trivial es éste: Newton encontró la ley de la gravedad, que es: uno sobre la raíz cuadrada de la distancia entre los objetos que gravitan. Coulomb, en Francia, encontró la misma ley para las cargas eléctricas. Aquí hay un ejemplo de esta semejanza. Miras la gravedad y ves cierta ley. Luego miras la electricidad. Efectivamente. La misma regla. Es un ejemplo muy simple. Hay muchos ejemplos más sofisticados. La simetría es muy importante en esta discusión. Ustedes saben lo que significa. Un círculo, por ejemplo, es simétrico bajo rotaciones sobre el centro del círculo. Uno rota alrededor del centro del círculo, y el círculo permanece inalterado. Uno toma una esfera, en tres dimensiones, rota alrededor del centro de la esfera, y ninguna de esas rotaciones la afecta. Son simetrías de la esfera. Así que decimos, en general, que hay una simetría bajo ciertas operaciones, si esas operaciones dejan al fenómeno o a su descripción, inalterados.

Las ecuaciones de Maxwell son, por supuesto, simétricas bajo rotaciones de todo el espacio. No importa si le damos una vuelta a todo el espacio en cierto ángulo, no deja... no cambia el fenómeno de la electricidad o del magnetismo. En el siglo XIX aparece una nueva notación que expresaba esto, y si usan esa notación, las ecuaciones se vuelven mucho más simples. Luego Einstein, con su teoría especial de la relatividad, observó todo un conjunto de simetrías de las ecuaciones de Maxwell, que son llamadas relatividad especial. Y esas simetrías, entonces, hacen las ecuaciones aún más cortas, y por lo tanto, aún más bonitas.

Veamos. No necesitan saber qué significan estas cosas, no marca ninguna diferencia. Pero pueden tan sólo mirar su forma. (Risas). Pueden mirar la forma. Ven arriba, en la cima, una larga lista de ecuaciones con tres componentes para las tres direcciones del espacio: "x", "y", y "z". Luego, usando análisis vectorial, usan simetría rotacional, y obtienen el siguiente conjunto. Luego usan la simetría de la relatividad especial y obtienen un conjunto aún más simple aquí abajo, mostrando que la simetría exhibe cada vez mejor. Mientras se tiene más y más simetría, mejor se exhibe la simplicidad y la elegancia de la teoría.

Las últimas dos, la primera ecuación dice que las cargas y corrientes eléctricas dan origen a todos los campos eléctricos y magnéticos. La siguiente (segunda) ecuación dice que no existe otro magnetismo salvo ese. El único magnetismo proviene de las cargas y corrientes eléctricas. Algún día quizás encontremos algún pequeño agujero en ese argumento. Pero por el momento, ese es el caso.

Ahora, he aquí un desarrollo muy apasionante del cual no mucha gente ha oído. Deberían haberlo oído, pero es un poco complicado explicarlo con sus detalles técnicos, así que no lo haré. Sólo lo mencionaré. (Risas). Pero Chen Ning Yang, llamado por nosotros "Frank" Yang... (Risas) ... y Bob Mills plantearon, hace 50 años, esta generalización de las ecuaciones de Maxwell, con una nueva simetría. Toda una nueva simetría. Matemáticas muy similares, pero había una simetría completamente nueva. Ellos esperaban que esto contribuiría de alguna manera a la física de partículas. No lo hizo; no contribuyó, por sí mismo, a la física de partículas.

Pero luego algunos de nosotros lo generalizamos aún más. ¡Y entonces sí lo hizo! Y brindó una descripción muy bella de la fuerza fuerte y de la fuerza débil. Así que decimos aquí, de nuevo, lo que dijimos antes: que cada capa de la cebolla muestra una similitud con las contiguas. Así que las matemáticas para las capas contiguas son muy similares a las que necesitamos para la nueva. Y por lo tanto, se ve hermoso. Porque ya sabemos cómo escribirlo de una manera bella y concisa.

Así que aquí están los temas. Creemos que hay una teoría unificada tras todas las regularidades. Avances hacia la unificación exhiben la simplicidad. La simetría exhibe la simplicidad. Y luego está la autosemejanza a través de las escalas. En otras palabras, desde una capa de la cebolla hacia otra. Autosemejanza por proximidad. Y eso explica este fenómeno. Eso explicará por qué la belleza es un criterio exitoso para seleccionar la teoría correcta.

Aquí tenemos lo que dijo el mismo Newton: "La Naturaleza es muy consonante y conforme consigo misma". Una cosa en la que él estaba pensando es algo que muchos de nosotros damos por sentado hoy, pero que en su tiempo no era tomado así. Allí está el relato, del cual no hay absoluta certeza, pero mucha gente lo contó. Cuatro fuentes lo contaron. Que cuando tenían la plaga en Cambridge, y él fue a la granja de su madre (porque la universidad estaba cerrada), vio una manzana caer de un árbol, o sobre su cabeza, algo así. Y de pronto se dio cuenta de que la fuerza que hizo descender la manzana hacia la Tierra podría ser la misma fuerza que regula los movimientos de los planetas y de la Luna.

Esa era una gran unificación para esos días, a pesar que hoy la damos por sentado. Es la misma teoría de la gravedad. Él dijo que este principio de la Naturaleza, la consonancia: "Estando este principio de la Naturaleza muy distante de las nociones de los filósofos, me abstuve de describirlo en ese libro, no fuese yo a ser tomado como un bicho raro extravagante..." De eso es de lo que tenemos que cuidarnos todos nosotros. (Risas). Especialmente en esta reunión. " ... y así predisponer a mis lectores contra todas las cosas que eran el diseño principal del libro".

Ahora bien, ¿quién alegaría hoy en día que esa fue una mera presunción de la mente humana, que la fuerza que hace que la manzana caiga al suelo es la misma fuerza que causa el movimiento de los planetas y de la Luna, etcétera? Todo el mundo sabe eso. Es una propiedad de la gravitación. No es algo de la mente humana. La mente humana puede, por supuesto, apreciarla y disfrutarla, usarla, pero no es... no es producto de la mente humana. Es producto del carácter de la gravedad. Y eso es cierto para todas las cosas de las que estamos hablando. Son propiedades de la ley fundamental. La ley fundamental es tal que las diferentes capas de la cebolla se parecen unas a otras, y por lo tanto, las matemáticas para una capa permiten expresar bella y simplemente el fenómeno de la próxima capa.

Aquí digo que Newton hizo muchas cosas ese año: la gravedad, las leyes del movimiento, el cálculo, la luz blanca compuesta por todos los colores del arcoíris. Pudo haber escrito todo un ensayo sobre "Lo que hice en mis vacaciones de verano". (Risas). Así que no tenemos que adoptar estos principios como postulados metafísicos por separado. Son una consecuencia de la teoría fundamental. Son lo que llamamos propiedades emergentes. No se necesita… no se necesita algo más para obtener algo más. Eso es lo que significa el acto de emerger.

La vida puede emerger de la física y de la química, más muchos accidentes. La mente humana puede surgir de la neurobiología y de muchos accidentes, la forma en que el enlace químico surge de la física y de ciertos accidentes. No le resta importancia a estas cuestiones el saber que son consecuencia de cosas más fundamentales, más los accidentes. Esa es una regla general, y es de importancia crítica caer en cuenta de ello. No se necesita algo más para obtener algo más. Las personas siguen preguntándome eso cuando leen mi libro, "El Quark y el Jaguar". Y dicen: "¿No hay algo más allá de lo que tiene allí?" Es de suponer que quieren decir algo sobrenatural. En todo caso, no lo hay. (Risas). No necesitas algo más para explicar algo más. Muchas gracias. (Aplausos).