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Física de lo imposible www.librosmaravillosos.com Michio Kaku Colaboración de Sergio Barros 1 Preparado por Patricio Barros Física de lo imposible www.librosmaravillosos.com Michio Kaku Prefacio Si una idea no parece absurda de entrada, pocas esperanzas hay para ella. Albert Einstein ¿Será posible a...

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Física de lo im posible

Colaboración de Sergio Barros

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Michio Kaku

Preparado por Pat ricio Barros

Física de lo im posible

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Michio Kaku

Pr e fa cio

Si una idea no parece absurda de ent rada, pocas esperanzas hay para ella. Albert Einst ein

¿Será posible algún día at ravesar las paredes? ¿Const ruir naves espaciales que puedan viaj ar a una velocidad superior a la de la luz? ¿Leer la m ent e de ot ras personas? ¿Hacerse invisible? ¿Mover obj et os con el poder de nuest ra m ent e? ¿Transport ar nuest ro cuerpo de m anera inst ant ánea por el espacio ext erior? Desde niño m e han fascinado est as pregunt as. Com o m uchos físicos, en m i adolescencia m e sent ía hipnot izado por la posibilidad de que hubiera viaj es en el t iem po, pist olas de rayos, cam pos de fuerza, universos paralelos y cosas por el est ilo. Magia, fant asía y ciencia ficción const it uían un gigant esco cam po de j uego para m i im aginación. Con ellas em pezó m i duradera relación am orosa con lo im posible. Recuerdo cóm o veía las reposiciones del viej o Flash Gordon en t elevisión. Cada sábado m e encont raba pegado a la pant alla del t elevisor, m aravillado ant e las avent uras de Flash, el doct or Zarkov y Dale Arden y su im presionant e despliegue de t ecnología fut urist a: naves a reacción, escudos de invisibilidad, pist olas de rayos y ciudades en el cielo. No m e perdía un episodio. El program a m e abrió un m undo com plet am ent e nuevo. Me fascinaba la idea de viaj ar un día a un planet a lej ano y explorar su t errit orio. Una vez en la órbit a de est as fant ást icas invenciones, sabía que m i dest ino est aba ligado de algún m odo a las m aravillas de la ciencia que prom et ía la serie. No era el único. Muchos cient íficos consum ados em pezaron a int eresarse por la ciencia gracias a la ciencia ficción. El gran ast rónom o Edwin Hubble est aba fascinado por las obras de Julio Verne. Com o result ado de la lect ura de Verne, Hubble abandonó una prom et edora carrera de abogado y, cont ra los deseos de su padre, inició una carrera en ciencia. Con el t iem po se convirt ió en el m ayor ast rónom o del siglo XX. Carl Sagan, fam oso ast rónom o y aut or de éxit o, alim ent ó

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su im aginación con la lect ura de las novelas de John Cart er de Mart e de Edgar Rice Burroughs. Com o John Cart er, soñaba con explorar un día las arenas de Mart e. Yo era un crío cuando m urió Einst ein, pero recuerdo que la gent e hablaba de su vida, y su m uert e, en t érm inos respet uosos. Al día siguient e vi en los periódicos una fot ografía de su m esa de t rabaj o con el m anuscrit o de su obra m ás grande e inconclusa. Me pregunt é qué podía ser t an im port ant e com o para que el m ayor cient ífico de nuest ro t iem po no pudiera acabarlo. El art ículo decía que Einst ein t enía un sueño im posible, un problem a t an difícil que ningún m ort al podía resolver. Tardé años en descubrir de qué t rat aba el m anuscrit o: una gran y unificadora «t eoría del t odo». Su sueño —al que dedicó las t res últ im as décadas de su vida— m e ayudó a cent rar m i propia im aginación. Quería part icipar, aunque fuera m odest am ent e, en la em presa de com plet ar la obra de Einst ein: unificar las leyes de la física en una única t eoría. Cuando fui algo m ayor em pecé a darm e cuent a de que, aunque Flash Gordon era el héroe y siem pre se quedaba con la chica, era el cient ífico el que realm ent e hacía funcionar la serie de t elevisión. Sin el doct or Zarkov no había naves espaciales, ni viaj es a Mongo, ni se salvaba la Tierra. Héroes apart e, sin ciencia no hay ciencia ficción. Llegué a com prender que est as hist orias eran sencillam ent e im posibles en t érm inos de la ciencia involucrada, sim ples vuelos de la im aginación. Crecer significaba dej ar apart e t ales fant asías. En la vida real, m e decían, uno t enía que abandonar lo im posible y abrazar lo práct ico. Sin em bargo, llegué a la conclusión de que para seguir fascinado con lo im posible, la clave est aba en el dom inio de la física. Sin un sólido fundam ent o en física avanzada, est aría especulando indefinidam ent e sobre t ecnologías fut urist as sin llegar a ent ender si eran o no posibles. Com prendí que necesit aba sum ergirm e en las m at em át icas avanzadas y est udiar física t eórica. Y eso es lo que hice. Para m i proyect o de ciencias en el inst it ut o m ont é un colisionador de át om os en el garaj e de m i m adre. Fui a la com pañía West inghouse y reuní 200 kilos de chat arra procedent e de un t ransform ador. Durant e las navidades bobiné 35 kilóm et ros de cable de cobre en el cam po de fút bol del inst it ut o. Finalm ent e const ruí un bet at rón de 2,5 m illones de elect rones- volt io que consum ía 6 kilovat ios ( t oda la pot encia

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eléct rica de m i casa) y generaba un cam po m agnét ico 20.000 veces m ayor que el cam po m agnét ico de la Tierra. El obj et ivo era generar un haz de rayos gam m a suficient em ent e pot ent e para crear ant im at eria. Mi proyect o cient ífico m e llevó a la Feria Nacional de la Ciencia, y con el t iem po hizo realidad m i sueño: ganar una beca para Harvard, donde finalm ent e podría seguir m i obj et ivo de convert irm e en físico t eórico y seguir las huellas de m i m odelo, Albert Einst ein. Act ualm ent e recibo correos elect rónicos de escrit ores de ciencia ficción y de guionist as que m e piden ayuda para m ej orar sus hist orias explorando los lím it es de las leyes de la física.

Lo « im posible » e s r e la t ivo Ya com o físico, he aprendido que «im posible» suele ser un t érm ino relat ivo. Recuerdo a m i profesora en la escuela dirigiéndose al m apa de la Tierra que había colgado en la pared m ient ras señalaba las cost as de Sudam érica y África. ¿No era una ext raña coincidencia, decía, que las dos líneas cost eras encaj aran t an bien, casi com o piezas de un rom pecabezas? Algunos cient íficos, decía, conj et uraban que quizá en ot ro t iem po fueron part e de un m ism o y enorm e cont inent e. Pero eso era una t ont ería. Ninguna fuerza podía separar dos cont inent es gigant es. Esa idea era im posible, concluía ella. Más avanzado el curso, est udiam os los dinosaurios. ¿No era ext raño, nos dij o un profesor, que los dinosaurios dom inaran la Tierra durant e m illones de años y que un buen día desaparecieran t odos? Nadie sabía por qué habían m uert o. Algunos paleont ólogos pensaban que quizá un m et eorit o procedent e del espacio había acabado con ellos, pero eso era im posible, algo que pert enecía m ás al ám bit o de la ciencia ficción. Hoy sabem os por la t ect ónica de placas que los cont inent es se m ueven, y t am bién que es m uy probable que hace 65 m illones de años un m et eorit o gigant e de unos diez kilóm et ros de diám et ro acabara con los dinosaurios y con buena part e de la vida en la Tierra. Durant e m i no m uy larga vida he vist o una y ot ra vez cóm o lo aparent em ent e im posible se convert ía en un hecho cient ífico est ablecido. Ent onces, ¿no cabe pensar que un día podrem os ser capaces de t elet ransport arnos de un

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lugar a ot ro, o const ruir una nave espacial que nos lleve a est rellas a años luz de dist ancia? Norm alm ent e t ales hazañas serían consideradas im posibles por los físicos act uales. ¿Serían posibles dent ro de algunos pocos siglos? ¿O dent ro de diez m il años, cuando nuest ra t ecnología est é m ás avanzada? ¿O dent ro de un m illón de años? Por decirlo de ot ra m anera, si encont ráram os una civilización un m illón de años m ás avanzada que la nuest ra, ¿nos parecería «m agia» su t ecnología cot idiana? Est a es, en el fondo, una de las pregunt as que se repit en en est e libro: solo porque algo es «im posible» hoy, ¿seguirá siéndolo dent ro de unos siglos o de m illones de años? Gracias a los ext raordinarios avances cient íficos del siglo pasado, especialm ent e la creación de la t eoría cuánt ica y de la relat ividad general, ahora es posible hacer est im aciones grosso m odo de cuándo, si alguna vez, podrán hacerse realidad algunas de est as fant ást icas t ecnologías. Con la llegada de t eorías aún m ás avanzadas, com o la t eoría de cuerdas, incluso concept os que bordean la ciencia ficción, com o los viaj es en el t iem po y los universos paralelos, est án siendo reconsiderados por los físicos. Pensem os solo en los avances t ecnológicos que hace cient o cincuent a años fueron considerados «im posibles» por los cient íficos de la época y que ahora form an part e de nuest ra vida cot idiana. Julio Verne escribió en 1863 la novela París en el siglo XX, la cual quedó arrinconada y relegada al olvido durant e un siglo hast a que fue accident alm ent e descubiert a por su bisniet o y publicada por prim era vez en 1994. En ella Verne predecía cóm o sería París en el año 1960. Su novela est aba llena de t ecnología, que incluía faxes, una red m undial de com unicaciones, rascacielos de vidrio, aut om óviles im pulsados por gas y t renes elevados de alt a velocidad, lo que claram ent e se consideraba im posible en el siglo XI X. No es sorprendent e que Verne pudiera hacer predicciones t an precisas porque él est aba inm erso en el m undo de la ciencia y aprendía de las m ent es de los cient íficos que t enía alrededor. Una profunda apreciación de los fundam ent os de la ciencia es lo que le perm it ió hacer t an ext raordinarias especulaciones. Lam ent ablem ent e, algunos de los m ás grandes cient íficos del siglo XI X adopt aron la post ura cont raria y

declararon que algunas t ecnologías eran im posibles sin

esperanza alguna. Lord Kelvin, quizá el físico m ás preem inent e de la era vict oriana

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( est á ent errado cerca de Newt on en la abadía de West m inst er) , declaró que aparat os «m ás pesados que el aire» com o los aeroplanos eran im posibles. Pensaba que los rayos X eran un fraude y que la radio no t enía fut uro. Lord Rut herford, el descubridor del núcleo del át om o, descart ó la posibilidad de const ruir una bom ba at óm ica, diciendo que eran «pam plinas». Los quím icos del siglo XI X declaraban que la búsqueda de la piedra filosofal, una sust ancia fabulosa que podía convert ir el plom o en oro, era cient íficam ent e una vía m uert a. La quím ica del siglo XI X se basaba en la inm ut abilidad esencial de los elem ent os, com o el plom o. Pero con los colisionadores de át om os act uales podem os, en principio, convert ir át om os de plom o en oro. Pensem os en lo que hubieran parecido los fant ást icos t elevisores, ordenadores e int ernet de hoy a com ienzos del siglo XX. Hast a no hace m ucho, los aguj eros negros se consideraban ciencia ficción. El propio Einst ein escribió un art ículo en 1939 que «dem ost raba» que nunca podrían form arse aguj eros negros. Pero hoy día, el t elescopio espacial Hubble y el t elescopio Chandra de rayos X han revelado la exist encia de m iles de aguj eros negros en el espacio. La razón por la que est as t ecnologías se consideraban im posibles es que en el siglo XI X y com ienzos del XX no se conocían las leyes básicas de la física y la ciencia. Dadas

las

enorm es

lagunas

en

el

conocim ient o

cient ífico

en

esa

época,

especialm ent e en el plano at óm ico, no sorprende que t ales avances se consideraran im posibles.

Est u dia r lo im posible I rónicam ent e, el riguroso est udio de lo im posible ha abiert o con frecuencia nuevos dom inios de la ciencia com plet am ent e inesperados. Por ej em plo, durant e siglos la frust rant e y fút il búsqueda de una «m áquina de m ovim ient o perpet uo» llevó a los físicos a concluir que dicha m áquina era im posible, lo que les obligó a post ular la conservación de la energía y las t res leyes de la t erm odinám ica. De m odo que esa fút il búsqueda sirvió para abrir el cam po absolut am ent e nuevo de la t erm odinám ica, que en part e sent ó las bases de la m áquina de vapor, la era de la m áquina y la sociedad indust rial m oderna. A finales del siglo XI X, los cient íficos decidieron que era «im posible» que la Tierra t uviera m iles de m illones de años. Lord Kelvin declaró abiert am ent e que una Tierra

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fundida t ardaría de veint e a cuarent a m illones de años en enfriarse, cont radiciendo a los geólogos y a los biólogos darwinist as, que afirm aban que la Tierra podría t ener m iles de m illones de años. Lo im posible se m ost ró finalm ent e posible con el descubrim ient o por Marie Curie y ot ros invest igadores de la fuerza nuclear, que m ost raba cóm o el cent ro de la Tierra, calent ado por la desint egración radiact iva, podía m ant enerse fundido durant e m iles de m illones de años. I gnoram os lo im posible aun a riesgo de nuest ra propia vida. En las décadas de 1920 y 1930, Robert Goddard, el fundador de los cohet es m odernos, fue blanco de duras crít icas por part e de quienes pensaban que los cohet es nunca podrían llegar al espacio ext erior. Sarcást icam ent e llam aron a su idea la «locura de Goddard». En 1921 los edit ores de The New York Tim es arrem et ieron cont ra el t rabaj o del doct or Goddard: «El profesor Goddard no conoce la relación ent re acción y reacción ni la necesidad de t ener algo m ej or que un vacío cont ra el que reaccionar. Parece carecer de los conocim ient os básicos que se t ransm it en cada día en los inst it ut os de enseñanza m edia». Los cohet es eran im posibles, clam aban los edit ores, porque en el espacio ext erior no había aire en el que apoyarse. Lam ent ablem ent e, hubo un j efe de Est ado que sí ent endió las im plicaciones de los cohet es «im posibles» de Goddard: era Adolf Hit ler. Durant e la Segunda Guerra Mundial, el bom bardeo alem án con cohet es V- 2 increíblem ent e desarrollados sem bró m uert e y dest rucción en Londres, que est uvo cerca de la rendición. Quizá el est udio de lo im posible haya cam biado t am bién el curso de la hist oria del m undo. En los años t reint a era creencia generalizada, incluso por part e de Einst ein, que una bom ba at óm ica era «im posible». Los físicos sabían que había una t rem enda cant idad de energía encerrada en el int erior del núcleo at óm ico, de acuerdo con la ecuación de Einst ein,

E = m c2

pero la energía liberada por un solo núcleo era dem asiado insignificant e para t enerla en consideración. Pero el físico at óm ico Leo Szilard recordaba haber leído la novela de H. G. Wells, El m undo liberado, de 1914, en la que Wells predecía el desarrollo de la bom ba at óm ica. En el libro afirm aba que el secret o de la bom ba at óm ica sería

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desvelado por un físico en 1933. Por azar, Szilard dio con est e libro en 1932. Espoleado por la novela, en 1933, t al com o había predicho Wells casi dos décadas ant es, dio con la idea de am plificar la pot encia de un único át om o m ediant e una reacción en cadena, de m odo que la energía de la división de un solo át om o de uranio podía m ult iplicarse por m uchos billones. Ent onces Szilard em prendió una serie de experim ent os clave y prom ovió negociaciones secret as ent re Einst ein y el president e Franklin Roosevelt que llevarían al Proyect o Manhat t an, que const ruyó la bom ba at óm ica. Una y ot ra vez vem os que el est udio de lo im posible ha abiert o perspect ivas com plet am ent e nuevas y ha desplazado las front eras de la física y la quím ica, obligando a los cient íficos a redefinir lo que ent endían por «im posible». Com o dij o en ciert a ocasión sir William Osler, «las filosofías de una época se han convert ido en los absurdos de la siguient e, y las locuras de ayer se han convert ido en la sabiduría del m añana». Muchos físicos suscriben la fam osa sent encia de T. H. Whit e, que escribió en Cam elot : « ¡Lo que no est á prohibido es obligat orio! ». En física encont ram os pruebas de ello cont inuam ent e. A m enos que haya una ley de la física que im pida explícit am ent e un nuevo fenóm eno, t arde o t em prano encont ram os que exist e. ( Est o ha sucedido varias veces en la búsqueda de nuevas part ículas subat óm icas. Al sondear

los

lím it es

de

lo

que

est á

prohibido,

los

físicos

han

descubiert o

inesperadam ent e nuevas leyes de la física.) 1 Un corolario de la afirm ación de T. H. Whit e podría ser m uy bien: « ¡Lo que no es im posible es obligat orio! ». Por ej em plo, el cosm ólogo St ephen Hawking int ent ó dem ost rar que el viaj e en el t iem po era im posible, para lo cual t rat ó de encont rar una nueva ley física que lo prohibiera,

a la que llam ó la «conj et ura de prot ección

de la cronología».

Desgraciadam ent e, t ras m uchos años de arduo t rabaj o fue incapaz de probar est e principio. De hecho, los físicos han dem ost rado ahora que una ley que im pida el viaj e en el t iem po est á m ás allá de nuest ras m at em át icas act uales. Hoy día, debido

1 La razón de que est o sea ciert o se debe a la t eor ía cuánt ica. Cuando sum am os t odas las posibles correcciones cuánt icas a una t eor ía ( un proceso t edioso llam ado «renorm alización») encont ram os que fenóm enos que previam ent e est aban prohibidos, en el niv el clásico, reent ran en el cálculo. Est o significa que a m enos que algo est é explícit am ent e prohibido ( por una ley de conservación, por ej em plo) reent ra en la t eoría cuando se sum an correcciones cuánt icas.

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a que no hay ninguna ley de la física que im pida la exist encia de m áquinas del t iem po, los físicos han t enido que t om ar m uy en serio t al posibilidad. El propósit o de est e libro es considerar qué t ecnologías hoy consideradas im posibles podrían m uy bien convert irse en un t ópico en décadas o siglos fut uros. Ya hay una t ecnología «im posible» que ahora se est á m ost rando posible: la idea de t elet ransport e ( al m enos en el plano at óm ico) . Hace t an solo algunos años los físicos habrían dicho que enviar o em it ir un obj et o de un punt o a ot ro violaba las leyes de la física cuánt ica. De hecho, los guionist as de la serie de t elevisión St ar Trek est aban t an cont rariados por las crít icas de los físicos que añadieron «com pensadores de Heisenberg» para explicar sus t elet ransport adores y reparar est e

fallo.

Hoy

día,

gracias

a

avances

fundam ent ales,

los

físicos

pueden

t elet ransport ar át om os a t ravés de una habit ación o fot ...