Conceptos filosóficos en la física

Un concepto filosófico fundamental que está profundamente arraigado en nuestra manera de entender y conceptualizar la física es el reduccionismo. La búsqueda de los ingredientes más primigenios que constituyen nuestro universo y de las leyes básicas que gobiernan las interacciones fundamentales entre éstos. Se trata de comprender y explicar fenómenos complicados desde una ciencia más básica relacionando y describiendo sus componentes más sencillos y elementales. Se trata de nuestra concepción de la naturaleza misma. De hecho, es una forma en que la física ha progresado enormemente. El conciliar teorías en conflicto permite llegar a un nuevo e interesante entendimiento de la naturaleza.

Quizás el primer ejemplo de esta manera de pensar y proceder fue Newton mismo. La física existente de los fenómenos celestiales y la de los objetos en la Tierra fueron concebidos y sintetizados por él en una sola estructura, mucho más rica en su estructura y explicación; la gravitación, que nos permite entender y manipular múltiples situaciones físicas. Otro ejemplo de enorme importancia es la síntesis en una sola teoría de los fenómenos eléctricos y de los fenómenos magnéticos, que entendemos ahora en una concepción que los unifica. No es necesario recalcar el uso cotidiano del electromagnetismo presente en nuestra radio, televisión, reloj, computadora, láseres y en muchos más ejemplos.

La gravitación y el electromagnetismo son dos diferentes interacciones, fuerzas que observamos en nuestra vida diaria. Existen, sin embargo, otras dos interacciones que no vemos porque suceden a niveles subatómicos, de las partículas elementales. Una de estas interacciones se llama la interacción débil y tiene esencialmente que ver con el hecho de que ciertas partículas elementales decaen; se convierten en otras. La otra interacción se llama la interacción fuerte. El lector recordará seguramente que los núcleos de los átomos están constituidos por neutrones y protones. Los protones son partículas cargadas positivamente y sabemos, del electromagnetismo, que los objetos cargados con el mismo signo se repelen. Entonces ¿cómo es posible que en un espacio tan reducido como el núcleo encontremos protones tan juntos? La razón es que los protones y los neutrones están constituidos por los quarks y entre éstos existe una fuerza más intensa, la interacción fuerte, que los mantiene juntos. A la teoría que nos describe estas interacciones la denominamos la cromodinámica cuántica y es la cuarta interacción.

En el proceso del reduccionismo entendemos, hoy a nivel teórico y experimental, el electromagnetismo unificado con las interacciones débiles en una estructura más rica que denominamos las interacciones electrodébiles. Se ha podido incluso aunar, con cierto éxito, a este esquema las interacciones fuertes. La estructura teórica con la que describimos las interacciones electrodébiles en conjunción con las interacciones fuertes se denomina el modelo estándar. Sin embargo, la gravitación, generalizada debida a Einstein, la relatividad general, ha eludido hasta ahora poder ser entendida, en congruencia con las otras tres interacciones. Estas concepciones de la naturaleza y el progreso logrado se han sustentado en el principio filosófico del reduccionismo.

Se ha argumentado que existe otro punto de vista filosófico en la física, y es el que existe un principio de emergencia a cada nivel de comprensión de la naturaleza. La emergencia se debe entender como el proceso por medio del cual nuestro mundo biológico y social ha evolucionado desde su sustrato físico. Todo lo que observamos emerge de un sustrato más primigenio; esto es, obedeciendo las leyes del nivel más primitivo, pero que no resultan conceptualmente consecuencia de ese nivel. Por ejemplo, la física nuclear nos ha permitido entender y modelar el núcleo con particular éxito, debe ser consistente y así se asume, con la cromodinámica cuántica, la teoría que nos permite, como lo hemos mencionado, describir las interacciones fuertes. Sin embargo, hasta ahora la física nuclear no ha sido reducida a la cromodinámica cuántica. Existe entonces una estructura jerárquica y desde este punto de vista filosófico estructuras como el modelo estándar (como hemos descrito, el modelo en una sola concepción de las interacciones electromagnéticas, débiles y fuertes) o las leyes del enlace químico o la biología molecular rompen la cadena del reduccionismo y tienen como consecuencia que insistir en investigación buscando las leyes subyacentes. Un profundo debate filosófico existe donde unas arguyen que el principio de emergencia está más en la raíz de nuestro entendimiento de los fenómenos que cualquier posible “ladrillo fundamental” que pudiera representar un hito hipotético en la reducción a leyes aún más simples y más abstractas en la dinámica de partículas subatómicas. Otros, en el contexto reduccionista, dirían que los fenómenos en química son como son debido a las propiedades cuánticas de los electrones, átomos, electromagnetismo y los diferentes tipos de núcleos atómicos. En biología el mecanismo de la herencia, el cual conlleva a la evolución biológica, ha sido entendido en términos moleculares y nadie podría creer hoy en leyes biológicas autónomas. Estos dos enfoques filosóficos han influido en nuestra manera de descubrir y entender los principios físicos subyacentes en nuestras teorías.

La forma de pensar, proceder y entender la física divide a muchos de los físicos entonces en dos grupos y las opiniones acerca de la importancia y la validez de estas dos maneras de abordar los fenómenos físicos pueden resultar realmente antagónicas. Un ejemplo lo puede representar el libro del premio Nobel, por su aclaración del llamado efecto Hall cuántico fraccionario, Robert B. Laughlin titulado Un universo diferente, en una provocativa defensa del principio de emergencia. Sin hacer referencia a esta polémica, el punto de vista reduccionista está representado, por ejemplo, por Steven Weinberg, también premio Nobel por su explicación y modelo (junto con Abdus Salam y Sheldon Lee Glasgow) de las interacciones electrodébiles (ver su libro Los tres primeros minutos del universo), o del famoso y destacado relativista y cosmólogo Stephen Hawking (ver sus libros Breve historia del tiempo y El universo en una cáscara de nuez).

Los dos puntos de vista también han representado una influencia importante en la forma en que la física ha sido financiada. El punto de vista reduccionista está más en el contexto de lo que se ha denominado la gran ciencia, la cual está relacionada con proyectos muy grandes y costosos. El principio de emergencia está más conectado con la ciencia pequeña, proyectos que en general no requieren de una gran inversión.

No pretendo discutir y analizar el referido debate sobre el reduccionismo y el principio de emergencia. Debo confesar que he trabajado en física teórica que se ha desarrollado más bien en el contexto del reduccionismo. Mi punto de vista, sin embargo, es que las dos maneras de pensar en la física han contribuido a su desarrollo y profundo entendimiento. Creo que puede ser útil tenerlos presentes al estudiar, investigar y entender los conceptos, principios y leyes en las diferentes estructuras teóricas en la física y quizá sea conveniente reflexionar, utilizando estos esquemas de pensamiento, sobre modelos y teorías en otras ciencias.

Publicado en el diario La Crónica de Hoy el 6 de febrero de 2008.