La Emergencia de las Teorías Unificadas en Ciencias

En la historia del pensamiento científico ha existido siempre rivalidad, por una parte, entre la satisfacción de haber llegado a la comprensión aparentemente completa de la realidad, y, por otra, la confianza en que la comprensión personal sea verdaderamente fundada. La garantía aportada por la experimentación y la visión global no han marchado mano a mano: los avances de un lado fueron siempre obtenidos al precio del retroceso del otro. En el curso de los últimos siglos se han hecho avances significativos sobre el planteamiento de teorías demostrables, y experimentalmente probadas; ellas han desgastado más y más el mito colectivo y la visión personal. El gran desafío de este fin del siglo 20 es que las teorías experimentales puedan acceder a las cimas más elevadas, alcanzadas ya por la imaginación especulativa.

La visión mecanicista del mundo, cuyos pioneros fueron Galileo y Bruno, ha culminado con la magnífica síntesis de Newton. La física de Newton era más que una sola disciplina: era un paradigma muy global, indiscutible desde hace casi tres siglos. La fuerza de esta síntesis provenía de la demostración de que enunciados matemáticos simples podían conducir a predicciones precisas en una variedad de campos de observación, pasando de la posición de los planetas a las trayectorias de proyectiles y a los movimientos de puntos materiales, considerados como los últimos constituyentes de la realidad. La leyes del movimiento han probado que los cuerpos materiales se desplazan según reglas expresables en lenguaje matemático. El movimiento es estrictamente determinado por las condiciones iniciales, por ejemplo, la aceleración y el ángulo de tiro de un proyectil, Si estas condiciones están especificadas, el movimiento que resulte puede ser correctamente predicho.

El mundo de Newton es un gran mecanismo de relojera, riguroso, determinado y conocible. Las implicaciones fueron recordadas en el famoso enunciado de Laplace:

«Consideren una inteligencia que, en un momento dado, conociera todas las fuerzas que animan a la naturaleza y la situación respectiva de los seres que la componen; si por otra parte ella fuera lo suficientemente vasta como para someter estos datos al análisis, abrazaría en la misma fórmula los movimientos de los más grandes cuerpos del universo y los del más ligero átomo; nada sería incierto para ella, y el porvenir, como el pasado, estarían presente ante sus ojos».

El universo era reducido a una máquina, ejecutando con precisión las instrucciones dadas en el tiempo inicial de las leyes del movimiento. Un vez lanzada la máquina, nada es dejado al azar, todo está predeterminado. No asombra entonces que cuando Napoleón preguntara a Laplace dónde estaba Dios en su sistema, éste replicara que no había necesidad de tal hipótesis.

La visión científica moderna del mundo, moldeada únicamente por la mecánica clásica, descansaba sobre el concepto de puntos materiales desplazándose en el espacio y en el tiempo. El espacio de Newton es tridimensional y plano (euclidiano), y el tiempo está caracterizado por el hecho que él «se desplaza uniformemente a través de toda la eternidad» El tiempo, en efecto, no interviene en las ecuaciones newtonianas del movimiento, pues él es reversible: cada acción desarrollándose hacia adelante en el tiempo, puede también desarrollarse hacia atrás. Sin embargo, este hecho produjo un quiebre decisivo en la visión científica del mundo, dividiéndola en la evolución del mundo vivo y en la permanencia del mundo físico.

Por otra parte, cuando Darwin, en el siglo 19, publicó el «Origen de las Especies», la gran relojería universal demostró su incapacidad para tomar en cuenta la evolución del mundo vivo. Si el universo físico es un mecanismo eterno, descriptible por un débil número de leyes, el modo como los organismos y las especies cambian y evolucionan permanece en el misterio. Un principio supra o transfísico, como el hálito vital sugerido por el filósofo francés Henri Bergson, debía ser insuflado. En el siglo 19 la ciencia estuvo en este callejón sin salida, en la contradicción entre un mundo mecánico que no conocía la irreversibilidad, y un mundo viviente que cambiaba constantemente los escalones del orden y de la complejidad. En relación a esto, el creacionismo concibe un expediente temporario, pretendiendo que las especies no evolucionan, sino que son creaciones específicas de un espíritu supremo. Linneo, que ideó el sistema de clasificación en botánica y en biología, se hizo eco de esta teoría pretendiendo que «existen tantas especies como han sido creadas originalmente por el Eterno». La mayor parte de los biólogos sostenían que los organismos eran «engendrados». Eran el fruto del acto creativo de un gran artesano. Los físicos no tenían nada que decir sobre la vida y su evolución, puesto que su ciencia había descartado los cambios irreversibles que están en la base de los procesos evolutivos.

En física, en el siglo 19, nació una disciplina que, al contrario de la mecánica clásica, admitía la irreversibilidad del tiempo. Los procesos en sentido único, descritos en la termodinámica clásica y en la evolución biológica, no coincidían. En termodinámica, la «flecha del tiempo» está dirigida hacia abajo, en el sentido de la desorganización y del azar, mientras que en la biología darwiniana, ella apunta hacia lo alto, en el sentido de niveles más y más elevados en organización y en complejidad. La ciencia se encontraba dotada de dos flechas del tiempo, y de una arquitectura del universo físico que no correspondía a ninguna de ellas.

La ciencia debió esperar el nacimiento de la termodinámica del no-equilibrio, en los años 1960, y la nueva cosmología de los años 70 y 80, para reconocer que no hay conflicto entre la evolución biológica y los procesos físicos en sentido inverso. Los sistemas evolutivos no son cerrados; el universo en su conjunto no es una máquina; los procesos cosmológicos no apuntan su flecha del tiempo hacia un estado de muerte térmica; y la vida no es ni una aberración accidental, ni una manifestación de fuerzas metafísicas misteriosas.

El camino hacia una visión del mundo unificado en la ciencia fue dificultado por otro problema, concerniente a la naturaleza fundamental de la materia misma. A comienzos del siglo 19, la teoría atomista de Demócrito fue redescubierta y resucitada por el químico inglés John Dalton. Su proposición, según la cual todos los gases están constituidos por pequeños elementos indivisibles llamados átomos, causó una revolución en el mundo científico. Pero el triunfo de la teoría atomista tuvo una corta vida. Vivió solamente 50 años, pues los experimentadores descubrieron que los átomos no son indivisibles, sino compuestos de hecho por partículas aún más pequeñas. Como concepto fundamental del mundo, la doctrina atomista fue refutada. No existía en efecto ninguna posibilidad de salvarla pues esas partículas podían tener en adelante una extensión limitada en el espacio, y era siempre probable que fuesen divisibles también.

Faltaban instrumentos físicos potentes para explorar las estructuras internas del átomo, pero cuando éstos estuvieron a punto, se probó que el núcleo mismo era divisible. Pero sobrevino entonces otro escollo, pues las partículas subatómicas, salidas del átomo dividido, no se comportaban como sólidos convencionales; ellas manifestaban una naturaleza ondulatoria además de sus propiedades corpusculares.

Con la división del átomo a fines del siglo 19, y la del núcleo atómico a comienzos del 20, lo que se fragmentaba era mucho más que una entidad física. Todo el armonioso edificio de la filosofía griega de la naturaleza se desmoronaba. Aun cuando la física experimental había demolido la teoría según la cual la realidad estaba hecha de átomos indivisibles, ningún sistema comparablemente coherente podía aún reemplazarla. Al mismo tiempo, la antigua filosofía dominante, elaborada por generaciones de pensadores escolásticos en el vasto movimiento intelectual que se remonta al siglo noveno, la síntesis de la filosofía aristotélica de la naturaleza y de la doctrina cristiana de la salvación y de la inmortalidad del alma, ya no podían ser consideradas como verdades indiscutibles. Los científicos cerraron progresivamente sus horizontes y se concentraron en los dominios específicos donde sus teorías tenían aplicaciones evidentes.

Hubo algunos filósofos y pensadores científicos que se obstinaron en el pensamiento clásico, pero desde los años 1920 estuvieron confrontados a un nuevo mundo en el cual
la materia misma parecía desvanecerse. Era realmente como si todo el universo físico se desmaterializara. Los físicos cuánticos, Niels Bohr a la cabeza, refutaban todas las especulaciones referidas a la independencia de la naturaleza y del observador, considerando sus observaciones simplemente como «fenómenos», «Los fenómenos - decía Heisenberg -
no son las “obras” de la naturaleza sino los “textos” de la ciencia». Los objetos de la física newtoniana parecían haber desertado del conocimiento científico. Cuando las únicas cosas que la ciencia puede conocer son los «fenómenos» de Bohr, entonces la realidad se evapora. Según Heisenberg: «el físico atomista se ha resignado al hecho que su ciencia no
es más que un eslabón en la cadena infinita de las relaciones que tiene el hombre con la naturaleza, y que ella simplemente no puede hablar de la naturaleza en sí misma». Bohr confirma que nosotros somos dependientes del lenguaje: «la física se remite a lo que podemos decir de la naturaleza». «El mundo del físico ha llegado a ser un mundo de sombras –escribía Eddington - «nada es real, ni aun su mujer. La física cuántica conduce al científico a creer que su mujer es más bien una ecuación diferencial elaborada». Pero Eddington agregaba que él era lo suficientemente delicado como para hacer abstracción de esta opinión en su vida conyugal.

Aunque impedidos de pensar más allá de las observaciones sobre la naturaleza de la realidad, los físicos cuánticos, a pesar de todo, han ido más lejos. Muchos especularon sobre el hecho que el mundo, al que se refiere el lenguaje y el «texto» de la ciencia, es más bien mental que material. «Para hablar sin rodeos - decía Eddington - el material del mundo está hecho de espíritu». Jeans es del mismo parecer, agregando que «la evidencia renovada de distintos argumentos hace más y más valedera la idea que la realidad es mejor descrita por la mente que por la materia». Y «el universo parece más próximo a un gran pensamiento que a una gran máquina». Heisenberg vuelve a la filosofia de Platón. Tal como Platón había disuelto el materialismo de los filósofos presocráticos en un mundo abstracto de formas ideales y de ideas, Heisenberg no solamente reemplazó el determinismo y la certidumbre del mundo newtoniano por la incertidumbre y la probabilidad, sino que disolvió el fundamento de la realidad material en el dominio de las fórmulas matemáticas. El sostuvo que si los átomos no son cuerpos materiales, ellos presentan «una analogía formal con el V- 1 de las matemáticas». En efecto, si el mundo está construido como una estructura matemática, no hay lugar para preguntarse si las fórmulas se refieren a algo más allá de ellas mismas,

En 1973, Heisenberg afirmó con vehemencia el error de «la doctrina filosófica de Demócrito» Todas las partículas proceden de otras - decía él - y el concepto de una partícula fundamental debe ser reemplazado por el de una simetría fundamental.

El ideal de un concepto de un mundo físico matemáticamente unificado tiene origen en Einstein. En su teoría de la relatividad general, Einstein había demostrado que la fuerza de gravedad no es otra cosa que una curvatura del espacio-tiempo. Los planetas aparecen, cual balas de cañón, como desplazándose en trayectorias curvas, no porque sean rechazados de su camino normal (la línea recta) - de hecho ellos se desplazan según un camino perfectamente regular - sino porque el espacio-tiempo mismo es curvo. La gravedad ha sido reducida a la geometría, y, en cambio, esta geometría fue producida por la combinación de la materia y de la energía en el universo. Pero otras fuerzas actúan sobre la materia, especialmente la electricidad y el magnetismo. ¿Estas pueden también ser reducidas a la geometría del espacio-tiempo? Y si la fuerza no es otra cosa que una geometría curva, ¿qué decir entonces de la materia misma?, ¿es posible que los cuerpos materiales no sean más que colinas, relieves y nudos de la geometría? Este era el sueño de Einstein.

Pero el sueño se trizó, y nosotros sabemos hoy día por qué. La naturaleza no se limita a dos fuerzas, la gravitación y el electromagnetismo, sino a cuatro, puesto que es necesario en adelante incluir las fuerzas nucleares débil y fuerte. Ninguna teoría que pretenda describir la naturaleza de la materia puede ignorar las fuerzas nucleares, y ellas deben ser en efecto introducidas en el lenguaje de la teoría cuántica. Aunque haya habido especulaciones sobre la existencia de una quinta fuerza de la naturaleza, la mayoría de los físicos están seguros que las cuatro fuerzas pudieron estar unificadas en una «gran superfuerza». Ellos están hoy día convencidos que es esta fuerza la que dominó los primeros instantes del universo antes de su diferenciación en los cuatro aspectos actuales: la gravedad, el electromagnetismo, las fuerzas nucleares débil y fuerte.

¿Hasta dónde los físicos han ido realmente en su tentativa de unificar la imagen del mundo científico? Para responder a esta interrogante deberíamos efectuar un balance preliminar.

Desde un punto de vista positivo, los nuevos físicos han llegado a resultados notables, tanto en sus perspectivas como en la precisión matemática que han establecido. Ha surgido una nueva imagen del mundo: una imagen altamente unificada. Las partículas y las fuerzas del universo físico toman su origen en una única «gran superfuerza unificada» y, aunque separadas en sucesos dinámicos diferentes, ellas continúan interactuando. El espacio-tiempo es un continuum dinámico en el cual todas las partículas y todas las fuerzas son elementos solidarios. Cada partícula, cada elemento afecta a los otros. No existen fuerzas exteriores o entidades separadas, sino solamente conjuntos de realidades interactuantes con propiedades diferenciadas. La experiencia con las teorías de la matriz S - dispersión de Heisenberg- y el boot-strap - organización del mundo sin recurrir a cualquier realidad última, según Chef - ha mostrado que la autoorganización, a través de relaciones constitutivas mutuas, es susceptible de ser la clave para una justa comprensión del universo. La creencia en el hecho que la autoorganización deba referirse a una realidad «misteriosa» (y tal vez ideal) e insondable, puede encontrarse desprovista de fundamento.

Los físicos han renunciado a explicar el mundo en términos de leyes de movimientos gobernando el comportamiento individual de las partículas. Un conjunto coherente de entidades abstractas y no visualizables ha reemplazado la noción clásica de los átomos materiales pasivos desplazándose bajo la influencia de fuerzas exteriores. Esto es importante, pues es inverosímil que los fenómenos del nivel de complejidad de la vida puedan ser descritos por ecuaciones únicamente relativas al movimiento de los ladrillos elementales del universo, sin inquietarse por la minuciosidad con la cual estas entidades y sus leyes son unificadas. La búsqueda de un nivel fundamental de realidad es un resto inútil de la mecánica clásica, que ha intentado explicar todas las cosas apoyándose en la combinación de las propiedades de entidades últimas, las que durante un largo tiempo se creyó eran los átomos. Los nuevos físicos en adelante ya no sostienen que la naturaleza se explique en grupos de entidades fundamentales, aun si éstas no son átomos sino quarks, partículas de cambio, supercuerdas, u otras entidades abstractas aún por descubrir.

La imagen fundamental que emerge es la de un universo de interacción auto organizado. Esta imagen tiene todas las posibilidades de permanecer válida a despecho del gran desgaste de las hipótesis que la sustentan. Es difícil imaginar que la física podría un día volver a un universo de cosas materiales separadas y de fuerzas dinámicas: a un mosaico de sucesos desligados, en equilibrio externo.

El problema con las nuevas teorías es que ellas no explican de modo satisfactorio la estructuración progresiva de la materia - más exactamente la de los hadrones - que pueblan el universo. Nuestras observaciones cotidianas muestran de manera evidente que la materia se une no solamente en las estructuras a gran escala del espacio-tiempo cósmico que son las estrellas y las galaxias, sino también en las células, los organismos y los ecosistemas sobre, al menos, un planeta, Las partículas de las que son formadas las estrellas y las galaxias forman igualmente los cuerpos y los cerebros de los seres humanos que los observan. El universo físico ha creado así configuraciones a partir de las cuales él puede ahora comenzar a contemplarse a sí mismo.

La nueva física no ha sido capaz de ir más allá de la descripción de las características y de las interacciones entre los quarks, los átomos y las moléculas, de mostrar cómo los quarks interactúan, cómo los átomos y las moléculas engendran los diversos fenómenos del mundo que nos rodea y que está en nosotros. A pesar de todo, la construcción progresiva de configuraciones siempre más complejas de materia con propiedades más y más diferenciadas debe ser la característica intrínseca de una verdadera teoría unificada de la naturaleza del universo.

Es mucho más fácil derivar el problema al dominio de la metafísica, o rechazarlo pretendiendo que la vida surge por azar a partir de sus constituyentes físicos. Declarar que las moléculas, las células y los tejidos que producen la vida tal como la conocemos es el fruto de accidentes fortuitos, es tan poco fundamentado como considerarlas el resultado de principios trascendentales. Una verdadera teoría científica unificada debe elevarse hacia las cimas de la complejidad y de la organización de la naturaleza, con una lógica mejor que la producida por el azar o la metafísica.

Debería ser posible una teoría capaz de establecer las leyes que gobiernan el
comportamiento de la materia en el universo, pero su formulación tendría que superar el alcance de la física tal como ella está enfocada. El hecho es que los dominios de la auto organización más elaborada en la naturaleza no son de la incumbencia de la física. No hay razones para que nosotros esperemos solamente, o aun principalmente, de los físicos que investiguen y establezcan tales leyes. En cambio, podemos y deberíamos esperar de los físicos que tales leyes sean de la competencia de toda teoría que pretenda ser una gran teoría de unificación, sin hacer referencia a la teoría del todo. Las leyes de auto organización no son derivados obscuros o insignificantes de la física de las partículas elementales y de las fuerzas universales: ellas son finalmente los factores fundamentales de la naturaleza del universo.

La historia de la búsqueda de la unificación, como toda aventura intelectual, es un asunto de tentativas y de errores. Pero como toda tentativa y todo error, ella es portadora de importantes lecciones que evitan otros errores en los intentos siguientes. Estas lecciones pueden ser resumidas brevemente.

Para comenzar vemos que no es razonable, ni aún necesario, intentar elaborar un concepto unificado del conocimiento y del mundo conocible a partir de un «nivel fundamental». Las posibilidades de tales construcciones han sido muchas veces exploradas, comenzando por Demócrito y los filósofos atomistas, después por los físicos, los químicos y otros científicos de la naturaleza en el curso de tres siglos de ciencia moderna. Cuando el átomo llegó a ser divisible, la doctrina de los atomistas derivó a la de las partículas elementales. Es solamente cuando las mismas partículas elementales también parecieron disolverse en una niebla de campos de interacción intrínsecamente indeterminados que este concepto original fue abandonado.

El fracaso de la doctrina atomista tiene consecuencias importantes sobre nuestra comprensión de la naturaleza de la realidad. En otros términos, tratar de identificar un átomo, una partícula, o aun un campo, es en sí ilógico y probablemente vano. Continuar el debate entre materialistas e idealistas es ignorar las tendencias de la ciencia contemporánea de estos últimos años, las que consideran las especulaciones sobre la entidad última, de naturaleza material o ideal, como no teniendo sentido. Sólo los físicos cuánticos, fuertemente focalizados en el comportamiento de las partículas individuales, se encuentran implicados en este debate residual. Pero ellos están perplejos: al más bajo nivel observable de la realidad cuántica, se desarrolla una danza extraña, incomprensible en términos de realidad objetiva. Tal vez su perplejidad está bien justificada, tal vez la realidad del mundo no es comprensible en términos de reunión de partes independientes, sean éstas fotones, organismos o galaxias.

Hay una alternativa a este acercamiento del desarrollo a partir de un «nivel fundamental», como la teoría del boot-strap lo ha demostrado. Se trata de considerar un conjunto de eventos de diversas naturalezas y de deducir los atributos de cada suceso a partir de las relaciones que constituyen el conjunto. En este camino no es necesario presuponer una realidad insondable donde los acontecimientos constitutivos sean elementos inintelegibles, en relación puramente matemática o geométrica. Podría haber una realidad sobre la cual se fundamenten los eventos, aun no siendo ésta factible de descomponerse en esos elementos. Esta realidad podría ser un continuum, constituido por campos y por interacción de campos. Esta es precisamente la hipótesis funcional de la teoría de los campos. Se puede decir que los campos cuánticos, en su totalidad, constituyen cada evento más bien que cada evento, en su singularidad, constituyan los campos. No se trata de cortar un cabello en cuatro al aportar este punto de vista, pues la diferencia es francamente significativa. No es la misma cosa, como dice la famosa frase: «El todo es más que la suma de sus partes». Tomar el todo como constituyendo las partes, más que las partes como constituyendo el todo, es una alternativa poco trivial. Un campo globalmente estructurado no es reducible a las interacciones entre las partículas independientes, aun si él está constituido por el conjunto de las interacciones entre las partículas. Considerar una partícula de manera aislada del campo es arbitrario. Esto produce resultados parciales en el mejor de los casos, que podrían ser engañosos y aun incomprensibles.

En una teoría unificada del universo, la pregunta sobre la naturaleza última de la realidad no es válidamente elaborada a partir de la alternativa clásica: materialismo o idealismo. El
hecho es que ya no podemos hablar más de realidades separables, como de guijarros o de ideas, con realidades que se calificarían de «materiales» o de «ideales». Estamos confrontados a campos estructurados que son anteriores, a la vez lógica e históricamente. a los guijarros y a las ideas. Los campos son lógicamente anteriores porque ellos son el todo
que constituye las características de estas partes tomadas como guijarros; y son históricamente anteriores, puesto que la síntesis de la materia, y la evolución de los organismos a base de materia, capaces de consciencia, viene solamente más tarde como fruto de las interacciones de los campos universales.

Si tomamos seriamente las lecciones de la historia de la búsqueda de la unificación, substituiremos la investigación de elementos últimos por la comprensión de los comportamientos dinámicos en los conjuntos interactivos. El cambio de perspectiva nos permitirá entrever que es insensato preguntarse si el mundo es material - en el sentido de una materia construida a partir de ladrillos fundamentales - o si es ideal, teniendo entidades ideales, como constituyentes de base, tales como formas geométricas, números o relaciones matemáticas, Sólo que no tiene sentido la visión de un mundo constituido por campos continuos pluridimensionales entremezclados con discontinuidades críticas. Estos últimos, los quanta, interactúan a través de los campos y se estructuran en esquemas siempre más complejos. Que los quanta de materia-energía se combinen en configuraciones complejas o no - donde las nociones de simple y de complejo son relativas - y sin relación con su naturaleza material o ideal, el problema no es el nombre que demos a las partes. sino cómo nosotros definimos la dinámica del todo. Esta dinámica se despliega como una auto organización, progresiva y no forzosamente lineal, un proceso de orden, transformando un estado inicial desordenado, hipotético – caos - en estados de orden creciente - cosmos.

El desafío de la verdadera unificación en la ciencia contemporánea es identificar el principio de orden que sustenta el desarrollo del caos hacia el cosmos. Hasta hoy, este principio no ha sido más que imperfectamente comprendido. El está totalmente ausente de las grandes teorías unificadas, y tomado en cuenta sólo parcialmente en la termodinámica del no-equilibrio, La teoría del boot-strap, popular en los años 1960 y 1970, quedó confinada al dominio de las partículas elementarias, y las teorías de campos no han jamás intentado seriamente ir más allá. La explicitación de la complejidad transfísica con la ayuda de los órdenes implicados y de los campos morfogenéticos encuentra verdaderas dificultades conceptuales.

El razonamiento fundamental de una aproximación de tipo «alto-bajo» de la realidad permanece aún sin consumarse. La naturaleza de este razonamiento puede ser, sin embargo, explicitado. Esto ha sido hecho recientemente por el filósofo de las ciencias Errol Harris. Según él, una verdadera cosmología de la globalidad del universo debe:

- comprender la totalidad del universo como un todo único e indivisible de partes conexas, distinguibles pero inseparables;

- suministrar el principio de organización universal al sistema, un principio inmanente a cada una de las partes del universo que lo exprese y lo ilustre;

- suministrar la escala jerárquica de diferenciación que estratifique todas las partes hacia niveles de complejidad creciente, de manera que cada parte sucesiva exprese y manifieste el principio más plena y claramente que las que la preceden; y presentar una red compleja de interdependencia donde todos los elementos son dispuestos los unos en relación a los otros, según su estructura y su función.

La identificación del principio sostenedor del orden y la organización en el cosmos, decía Harris, es la aventura de los que buscan una gran teoría unificada de toda la realidad. Es también la del autor de este artículo.



Traducido y extractado por Viola Fishman de
3e millenaire Nº 23.-
Paris.

Más información
Bohm, David,- La Totalidad y el Orden Implicado.- Kairós
Hawking, Stephen,- Historia del Tiempo.- Grijalbo.

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Este artículo fué publicado en el Nº 10 de la Revista ALCIONE