La realidad a menudo parece más extraña y deslumbrante que la ficción más inspirada. El espacio, por ejemplo, puede deformarse, estirarse y ondular como el caucho, tal como Einstein nos enseñó. Y, sin embargo, viajamos a través de él, como pasajeros en la Tierra, a 150 millas por segundo, sin sentir la menor resistencia. ¿Cómo es posible?
Esta es una de las preguntas con las que Matt Strassler, físico teórico de la Universidad de Harvard, abre su nuevo libro, Waves in an Impossible Sea: How Everyday Life Emerges from the Cosmic Ocean. Su respuesta: Nuestro mundo tangible—sillas, árboles, perros y seres humanos—no existe «dentro» del universo, sino que está hecho «del» universo mismo, construido a partir de las mismas ondas que constituyen el espacio.
¿Cómo entendemos esas ondas? Con la teoría cuántica de campos, que según Strassler subyace a toda la realidad. Nos dice que todo en nuestro universo está compuesto por campos, similares a nuestros conocidos campos eléctricos y magnéticos. Las partículas como protones, electrones y bosones de Higgs son excitaciones de estos campos. Cómo se construyen estos campos y dan lugar a las partículas es el núcleo del libro de Strassler.
Estos son conceptos profundos, y sin embargo, Strassler escribe con una envidiable simplicidad conversacional, trazando paralelos entre las ondas y vibraciones que conocemos en nuestra vida cotidiana—especialmente las de la música (de la cual es un conocedor)—y las ondas y partículas de la física moderna. En algunos lugares, acuña frases deliciosamente ingeniosas que se sienten intuitivas, como el «éter de Higgs» para el campo de Higgs, que está en el corazón de lo que imparte masa a ciertas partículas en el universo. La ley de inercia es la «ley de la inercia». Un campo escalar—un campo para una propiedad, como temperatura o presión, que se define solo por un valor en cada punto del espacio y no por una dirección—es «no direccional».
Strassler también plantea preguntas frecuentes sobre física en forma de conversaciones que ha tenido con sus estudiantes y amigos no científicos. Esto proporciona un marco narrativo divertido y una manera fácil de resolver cualquier duda que un lector novato pueda tener sobre los conceptos difíciles que está explicando. Por ejemplo, Strassler relata una conversación que tuvo en una cafetería sobre la noción aparentemente paradójica de que, debido a que todo movimiento es relativo, podemos estar tanto en reposo como en movimiento al mismo tiempo: No sientes que el suelo sobre el que te paras se precipite alrededor del sol a 150 millas por segundo. Cada hecho del universo físico debe ser consistente con este principio de relatividad, que parece simple, pero que recorre la narrativa como el hilo de Ariadna para evitar que nos perdamos.
Strassler utiliza el principio de relatividad y la ley de la inercia para desmantelar un concepto erróneo común—un engaño físico, o «phib» como él lo llama—sobre el bosón de Higgs, una partícula elemental que recibe mucha atención. La partícula surge del «éter de Higgs», también conocido como el campo de Higgs, y el phib es que es una especie de sopa espesa que, por su resistencia al movimiento, «da masa a los objetos». Si este phib fuera cierto, significaría que el Higgs ralentiza los objetos, cuando en realidad les permite seguir moviéndose, según la ley de la inercia. Si el phib fuera cierto, el campo de Higgs también ralentizaría los objetos en movimiento, pero no tendría impacto en los objetos estacionarios, una situación que sería inconsistente con el principio de relatividad.
Es más preciso, sugiere Strassler, pensar en el campo de Higgs como un «agente de rigidización» que interactúa con los campos de muchas partículas diferentes y las convierte de flexibles a rígidas, al igual que el campo gravitacional convierte un péndulo flexible que oscila desordenadamente en un péndulo que se mueve con precisión metronómica. Las cosas que llamamos partículas, en el vocabulario de Strassler, deberían llamarse «ondículas»—manifestaciones ondulatorias de campos, como los diferentes modos armónicos de vibración en una cuerda de violín o guitarra cuando se pulsa.
Lo que hace el campo de Higgs es interactuar con las «frecuencias resonantes» de otros campos. (Una frecuencia resonante es la frecuencia natural a la que un campo vibra cuando se le hace vibrar y se deja sin perturbar). El campo de Higgs interactúa fuertemente con los campos de las ondículas con altas frecuencias resonantes—como los de los quarks superiores y los electrones—que luego se vuelven rígidos, por lo que se puede decir que sus masas provienen del mecanismo de Higgs. Por el contrario, el campo de Higgs interactúa de manera insignificante con los campos de las ondículas con bajas frecuencias resonantes, como los gluones que mantienen unidos a los quarks que componen los protones y neutrones. Este hecho es la razón por la que los objetos cotidianos como los cuerpos humanos, que obtienen casi toda su masa de los protones y neutrones, tienen poco que ver con el bosón de Higgs: el 99 por ciento de su masa proviene de la energía de interacción entre los quarks y los gluones.
Waves in an Impossible Sea parece estar dirigido principalmente al lector que ha leído muy poco sobre física. Strassler dedica bastante tiempo a explicar conceptos simples, como las ondas y la inercia, que muchos lectores de libros de física popular ya deberían entender y pueden encontrar tedioso revisar. Pero, paradójicamente, omite gran parte de la historia de la física moderna, lo que lo obliga a comprimir otras ideas clave. («Yo también corro el riesgo de contribuir a la creación de mitos aquí,» concede en una nota al final. «… Estoy abreviando drásticamente la compleja prehistoria de las ideas de Einstein …»)
Tomemos la simetría. Está íntimamente conectada a la existencia de leyes de conservación para la energía y otras propiedades fundamentales. Pero el libro no profundiza en por qué la ruptura de esta simetría para las fuerzas electromagnéticas y débiles da lugar al mecanismo de Higgs. Históricamente, este fue un desarrollo significativo que condujo al descubrimiento del campo de Higgs, y mencionarlo habría iluminado un principio importante.
No obstante, los esfuerzos de Strassler por iluminar aspectos fundamentales de la composición del universo son encomiables—y agradables de leer: entender la danza de los campos en funcionamiento en nuestra vida cotidiana es darse cuenta de que no hay nada ordinario en ellos. Como escribe Strassler, todos somos «criaturas ondiculares,» y «el universo canta en todas partes, en cada cosa.»
