El físico del siglo XIX Heinrich Hertz describió en una ocasión su sensación de que las ecuaciones de James Clerk Maxwell, que describen los fundamentos de la electricidad y el magnetismo, “tienen una existencia independiente y una inteligencia propia, que son más sabias… incluso que sus descubridores, que sacamos de ellas más de lo que se puso originalmente en ellas”. Poco después, Albert Einstein llamó al modelo atómico de Niels Bohr “la forma más elevada de musicalidad en la esfera del pensamiento”. Más recientemente, el fallecido premio Nobel Richard Feynman, al describir su descubrimiento de nuevas leyes de la física, afirmó: “Se puede reconocer la verdad por su belleza y su simplicidad”. Sentimientos similares son prácticamente universales entre los físicos modernos.
El pensamiento ilusorio nunca podría producir iPhones que funcionen, fotografías de Plutón ni bombas atómicas. La física, resumida en un puñado de leyes matemáticamente precisas, funciona indiscutiblemente. Sin embargo, muchas cosas que “funcionan” no despiertan el tipo de admiración que suscitan las leyes fundamentales de la naturaleza.
Su belleza tiene sus raíces, en primer lugar, en la simetría de las leyes, entendida aquí como la posibilidad de cambiar sin cambiar – un concepto preciso y casi místico. Del mismo modo que un círculo puede girar alrededor de su centro en cualquier ángulo, cambiando la posición de cada uno de sus puntos sin alterar su forma, las leyes simétricas se aplican a situaciones cambiadas sin cambiar ni perder validez. Por ejemplo, la relatividad especial afirma que las leyes fundamentales de la física permanecen iguales cuando observamos el mundo desde una plataforma que se mueve a velocidad constante. De manera similar, la llamada simetría de traslación temporal codifica la uniformidad de las leyes físicas en el tiempo: incluso cuando el universo envejece, las leyes siguen siendo las mismas.
La segunda fuente de belleza de las leyes de la física es su productividad, lo que llamo su exuberancia. Unos pocos principios básicos generan una riqueza asombrosa de consecuencias: ¡todo el mundo físico! Las ecuaciones de las teorías centrales de la física, conocidas como modelo estándar, caben cómodamente en una camiseta. Parafraseando a Hertz, devuelven mucho más de lo que se pone en ellas.
Es importante señalar que las leyes de la física no necesariamente tienen esas propiedades maravillosas. Consideremos esta situación hipotética: los avances en la potencia informática, la realidad virtual y la inteligencia artificial permiten crear seres autoconscientes cuyo “mundo” es, desde nuestra perspectiva, una simulación programada. Si un Super Mario autoconsciente empezara a analizar las leyes de su mundo, encontraría muy poca simetría o productividad. En cambio, hallaría una vasta colección de reglas poco relacionadas entre sí y caprichosas, que reflejan los caprichos del programador.
La belleza de la ley física es demasiado impresionante para ser accidental. Ha llevado a la gente, a lo largo de la historia, a creer que algún ser superior de buen gusto nos creó y que habitamos un mundo diseñado conscientemente, como nuestro hipotético Super Mario. Pero esta es una hipótesis extravagante, que va mucho más allá de los hechos que pretende explicar. Antes de adoptarla, deberíamos explorar alternativas más económicas.
La respuesta probablemente está en nosotros. Las cosas bellas son aquellas en las que encontramos placer y que buscamos. En términos neurobiológicos, son cosas que estimulan nuestro sistema de recompensa. Eso explica por qué los padres tienden a encontrar bellos a sus hijos pequeños y por qué los adultos se sienten atraídos por las modelos núbiles y sus imágenes. Tiene sentido evolutivo recompensar esos sentimientos.
La utilidad evolutiva de la belleza de las leyes físicas es algo menos obvia, pero no menos real. Dada la utilidad de evaluar con precisión las consecuencias de nuestras acciones, nuestro sistema de recompensa ha evolucionado de modo que derivamos alegría de hacer predicciones acertadas. Comprender las fuerzas y los patrones que definen nuestro mundo, y en especial los principios que se aplican (sin cambiar) a una gran variedad de situaciones, puede ayudar a mejorar nuestras predicciones. El hecho de que a menudo podamos inferir el comportamiento de objetos o sistemas complejos a partir del conocimiento de sus partes —es decir, que obtenemos más de lo que ponemos— puede ayudarnos a afinar aún más nuestras predicciones.
En definitiva, dado que la evolución nos predispone a encontrar bellas aquellas cosas que nos ayudan a comprender correctamente el mundo, no es casualidad que encontremos bellas las leyes correctas de la naturaleza. Visto desde esta perspectiva, la aparente belleza de las leyes de la física —nuestra atracción por su simetría y su exuberancia— no sorprende.
Lo que sigue siendo misterioso es por qué son comprensibles. Un vínculo profundo entre belleza y comprensibilidad es una fuente cada vez más importante de progreso científico. Las fronteras actuales de la física fundamental están muy alejadas de la experiencia cotidiana. Son difíciles y costosas de abordar experimentalmente, y no podemos confiar en nuestra intuición para llenar los vacíos. La acumulación paciente de hechos que recomendaban Francis Bacon, Isaac Newton y Sherlock Holmes ya no es, por tanto, práctica.
En cambio, invertimos el proceso y usamos conjeturas para motivar el experimento. Primero construimos ecuaciones bellas, luego derivamos sus consecuencias y, por último, diseñamos experimentos para ponerlas a prueba. En las últimas décadas, esa estrategia ha demostrado un éxito notable. Nos ha dado la cromodinámica cuántica, que resuelve el problema central de la física nuclear, además de predecir la partícula de Higgs y mucho más.
En lugar de reconocer la belleza de leyes descubiertas de otro modo, usamos principios de belleza —una vasta simetría y una alta relación entre lo producido y lo invertido— para posibilitar el descubrimiento. Cuando esto funciona, tenemos una explicación “antrópica” de la belleza de las leyes: si no fueran bellas, no las habríamos encontrado.
Este artículo se publica en colaboración con Project Syndicate. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde los puntos de vista expresados.
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Autor: Frank Wilczek es catedrático de Física en el MIT y recibió el Premio Nobel de Física en 2004.
Imagen: Vista exterior del antiguo salón de actos de la Universidad Georg-August de Gotinga, Alemania, que aportó al mundo la aspirina, la ciencia de cohetes, la física cuántica y el motor diésel.REUTERS/Christian Charisius.
