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ENTREVISTA

Robert Myers: Un lexicógrafo del Cosmos

El físico canadiense, considerado uno de los más influyentes teóricos de la actualidad, explica por qué resulta tan difícil unificar las teorías que describen a las cuatro fuerzas del universo

Léo Ramos Chaves Myers durante su visita a la ciudad de São Paulo en julio de este año, cuando ofreció una cátedra para alumnos de América Latina que concursarían para ingresar a una maestría internacionalLéo Ramos Chaves

El físico canadiense Robert Myers, de 58 años, comenzó su carrera como investigador científico en la década de 1980 intentando descubrir cómo serían los agujeros negros en un universo con otras dimensiones además de las cuatro conocidas: tres espaciales (largo, ancho y altura) y una de tiempo. Su trabajo no salió como él esperaba, pero le abrió el camino para transformarse en un referente internacional en la teoría de cuerdas, un modelo físico según el cual el universo estaría formado por filamentos microscópicos –las cuerdas– que vibrarían hasta en 10 dimensiones.

Desde entonces, Myers ha publicado 211 artículos, que fueron mencionados unas 22 mil veces, y viene delineando el modo de usar la teoría de cuerdas para entender la fuerza de la gravedad. Recientemente fue considerado como uno de los científicos más influyentes en su área. Su nombre figuró en las ediciones de 2014 y 2015 del ranking World’s Most Influential Scientific Minds, que reúne a los autores de los artículos más citados de la última década en diversas áreas de la ciencia.

Myers creció en Deep River, un pueblito con 5 mil habitantes en la provincia de Ontario, en Canadá. Eligió estudiar física porque era el campo de estudios que le parecía más desafiante y, desde 2001, forma parte del equipo de investigadores del Perimeter Institute for Theoretical Physics, uno de los centros de física teórica más innovadores del mundo, cuya sede se encuentra en la ciudad de Waterloo, en la misma provincia canadiense.

En el mes de julio, Myers visitó São Paulo y brindó una clase ante casi 100 alumnos avanzados de la carrera de física en América Latina. Éstos se estaban preparando para concursar por las escasas vacantes para una maestría por realizar en parte en el Perimeter y otra parte en el Centro Internacional de Física Teórica (ICTP) del Instituto Sudamericano para la Investigación Fundamental (Saifr), en la Universidade Estadual Paulista (Unesp). En la entrevista que se presenta a continuación, Myers se explayó al respecto de cómo es trabajar en el Perimeter y acerca del área de la física que viene ayudando a desarrollar.

Usted trabaja en el Perimeter desde sus comienzos y también es docente en la Universidad de Waterloo. ¿Cuáles son las diferencias entre ambas instituciones?
Creo que fui el primer investigador contratado por el Perimeter. La Universidad de Waterloo es una gran institución, con unos 10 mil alumnos y que ofrece varios intereses y actividades. Ostenta una buena reputación en ingeniería y matemática. En el área de la física, está empezando a mejorar. En el Perimeter, predomina la física. Se encuentra en Waterloo porque allí es donde Mike Lazaridis tiene su empresa [es el dueño de la fabricante de celulares BlackBerry y donó 100 millones de dólares para fundar el Perimeter]. Cuando crearon el instituto, la idea era colaborar con otras instituciones, pero con la firme decisión de no formar parte de la universidad. Colaboramos con las universidades de Toronto, York, McMaster y Western. Contratamos profesores junto a ellos y trabajamos con sus alumnos. Eso nos otorga flexibilidad. En una universidad, la gente forma parte de un equipo de trabajo mayor, que acata las prioridades que determina la rectoría. Se necesita negociar más y tratar de convencer a las otras partes de que sus metas personales también son importantes. En el Perimeter definimos nuestras prioridades sin interferencias.

Ustedes son libres de elegir qué investigar.
Eso mismo, y así resulta más sencillo cambiar de área y probar nuevos caminos. En parte, porque somos una institución pequeña. Pero también hay algo que nos caracteriza, que es apuntar alto e ir tras temas que configuren un reto.

¿Cuántos alumnos hay en el Perimeter? ¿Ellos tienen un nivel diferente a los de otras instituciones?
En conjunto, no son más de 100. Hay unos 30 alumnos de maestría y 45 en el doctorado. Está el programa Visiting Graduate Fellowship, que cada año recibe a una buena cantidad de alumnos de posgrado de nivel avanzado. Ellos trabajan un tiempo en el Perimeter, pero elaboran sus tesis e investigaciones en otras universidades. Todos nuestros estudiantes son alumnos de Waterloo, dado que no es el instituto el que concede los títulos de máster y doctorado. La idea inicial consistía en hacer algo bien hecho. Al formalizar convenios, el instituto y las otras instituciones se benefician mutuamente. Actualmente, Waterloo recluta mejores alumnos de física que hace 15 años.

Recientemente usted fue elegido dos veces como uno de los científicos más influyentes del mundo en su área. Además, lleva publicados más de 200 artículos, que fueron citados 22 mil veces. ¿Cuál es el secreto?
He trabajado mucho. No se me ocurre un consejo. Les digo a mis alumnos que deben buscar algo que realmente les guste. El resto llega con el esfuerzo. Noto que hay muchos que desarrollan una carrera porque necesitan un trabajo para sobrevivir. Yo tuve la suerte de conseguir un trabajo divertido. El entusiasmo es lo que nutre a muchos investigadores. Es mucho más que un trabajo o una carrera, es algo que nos apasiona. Nos gusta trabajar duro, durante largas horas, para descubrir nuevas fórmulas o analizar resultados de experimentos.

Su artículo más citado (1.539 veces) aborda los agujeros negros. ¿De qué se trata?
Ese artículo data de 1986. Fue mi tesis doctoral en la Universidad de Princeton, en Estados Unidos. Por ese entonces, se produjo una segunda revolución en la teoría de cuerdas que nos dejó exultantes. Vivimos en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, tres espaciales y una temporal. Y la teoría de cuerdas está planteada para un espacio-tiempo de hasta 10 dimensiones. Me preguntaba cómo serían los agujeros negros en un universo con más de cuatro dimensiones. Tenía en mente una idea, pero no resultó. Los agujeros negros son objetos que surgen en condiciones extremas, donde la gravedad es muy intensa, y podrían aportar datos acerca de varios aspectos de la teoría. Una de sus características más alentadoras reside en el hecho de que es una teoría de gravitación cuántica [la teoría de cuerdas incluye una descripción cuántica de la gravedad e intenta congeniar la mecánica cuántica, que describe tres tipos de fuerzas físicas –electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil– relevantes para los fenómenos microscópicos con la teoría de la relatividad general de Einstein, referente a la fuerza de gravedad y que describe los fenómenos macroscópicos]. Con el tiempo, los físicos descubrieron conexiones y fueron capaces de estudiar agujeros negros y disponer de insights sobre la teoría de cuerdas.

Hoy buscamos herramientas de la teoría informática cuántica para intentar entender aspectos relevantes de la gravedad y de los agujeros negros

¿No era habitual el estudio de agujeros negros en varias dimensiones?
Era algo de vanguardia. A mi supervisor, Malcolm John Perry y a mí nos sedujo la idea. A medida que fui avanzando, traté de aprovechar las oportunidades. Suelo decir que disponemos de una caja de herramientas con ideas y técnicas. Cuantas más herramientas ponemos en la caja mayor es la capacidad de resolver problemas. Por ahora estoy empeñado en trabajar en un área que trata de entender el modo en que las ideas de la teoría de la información cuántica serían útiles para la comprensión de los agujeros negros y la gravitación cuántica.

¿Qué le gustaría descubrir?
Los agujeros negros son una especie de playground para los matemáticos. Hoy en día, cualquier teoría que se proponga explicar fenómenos astrofísicos muy energéticos los atribuye a los agujeros negros. Hace unos 40 años, se planteaban soluciones más elegantes. Al comienzo de los años 1970, Jacob Bekenstein [1947-2015] fue el primer físico que estudió los agujeros negros desde una perspectiva diferente e intentó incorporarle a la relatividad general, que trata sobre la gravedad, ideas de la teoría de la información. Llevó a cabo experimentos mentales que trataban de imaginar cómo sería la física involucrada en determinado fenómeno diciendo que, para que la física tal como la conocemos  tenga sentido, los agujeros negros deberían tener entropía [la medida en que la energía puede distribuirse entre los componentes microscópicos de ese objeto]. También mencionó que dicha entropía debería ser proporcional a la superficie abarcada por el agujero negro. Muchos lo tomaron con escepticismo. Para que haya entropía debe haber una estructura interna, como es el caso de las moléculas de un gas confinado en un cuarto. Y, desde el punto de vista de la relatividad general, no tenía sentido plantear una estructura interna para los agujeros negros.

¿Qué recepción tuvo esa idea?
Bekenstein era alumno de posgrado en Princeton y la gente lo cuestionó, hasta que años después, Stephen Hawking propuso que cuando se producen fluctuaciones cuánticas en los agujeros negros, éstos pueden liberar radiación térmica. Si esos objetos funcionan como reservorios de calor, deberían ser entrópicos. Ambos científicos esbozaron una predicción muy certera acerca de lo que sería la entropía del agujero negro. Es una fórmula notable. Por un lado, aporta información sobre el área, una característica geométrica bidimensional del espacio-tiempo. Por otra parte, presenta entropía, que insinúa algo acerca de su estructura interna, sobre el estado cuántico que compone al agujero negro. Esa fórmula sugiere que la información sobre la estructura interna o la naturaleza cuántica del agujero negro podría estar codificada en su geometría. Menciono esto porque para tratar de entender en profundidad esa idea y otras relacionadas nos remitimos permanentemente al tema de cómo la geometría del espacio-tiempo codifica la información al respecto de los estados microscópicos que no podemos o que aún no logramos detectar. Bekenstein notó pronto que la entropía era una forma de caracterizar la información, pero nos llevó un tiempo reconocerlo. En lugar de usar la teoría de la información para intentar comprender aspectos relevantes de la gravedad y de los agujeros negros, actualmente empleamos la teoría de la informática cuántica, un campo que creció a partir de la idea de utilizar la mecánica cuántica para producir nuevos tipos de computadoras.

¿Cómo podría usarse ese conocimiento?
Se usaría para construir computadoras más rápidas o para lograr una mejor comprensión del comportamiento de la materia. Existen teorías sobre la materia condensada basadas en la entropía de enmarañado o en ideas de la teoría informática cuántica para caracterizar nuevos estados de la materia [se trata de estados exóticos que no pueden describirse por medio de fenómenos, tales como el magnetismo, la densidad y otros, que se usan para caracterizar a la materia común]. Esto ya le ha aportado herramientas a los físicos en el pasado. Ahora un nuevo grupo de físicos está acudiendo a los teóricos de la informática cuántica para tomar prestadas nuevas herramientas que podrían proporcionarnos una nueva perspectiva sobre temas que se están analizando desde hace mucho.

¿Qué clase de planteo querría dilucidar basándose en esas herramientas?
Como corolario, me gustaría descubrir cómo unificar las teorías que describen las cuatro fuerzas conocidas, uno de los grandes misterios para los físicos teóricos. Por un lado, tenemos la mecánica cuántica. Ella funciona muy bien con predicciones y verificaciones experimentales, pero a escala atómica. Por el otro, contamos con la relatividad general, que describe los fenómenos asociados a los objetos mayores, tales como el movimiento de los planetas o la evolución del universo. Como físico teórico, puedo imaginar experimentos mentales donde ambas teorías cumplirían un rol importante. Debería haber un modo de unificarlas. Pero todavía no hemos descubierto cómo hacerlo de un modo consistente. Creemos que no estaríamos planteando los problemas en forma correcta y que la teoría de la información cuántica nos ayudará a progresar.

¿La meta es llegar a la denominada teoría del todo?
Podría llamársela así. Algunos sugieren también teoría de la gravitación cuántica.

Hay casos donde la mecánica cuántica y la relatividad general cumplirían un rol importante. Debería haber un modo de unificar ambas teorías

Una de las herramientas utilizadas es el principio holográfico, un planteo teórico según el cual sería posible describir la información contenida en un espacio tridimensional, como en el caso de una esfera, a partir de lo que se conoce de su superficie, un espacio bidimensional. ¿Se trata de un intento para eliminar la gravedad de la historia?
Así es, en cierto modo. Pienso en la holografía como si fuera un diccionario. Hay fenómenos que queremos describir y podemos utilizar dos idiomas. Uno de ellos es una clase especial de teoría cuántica de campos, que se denomina teoría de campos conforme. Los detalles no importan, pero en esa lengua, no existe la gravedad. En la otra, usamos la gravedad, pero en otra dimensión. Uno de los obstáculos es que, por un lado, tenemos la teoría cuántica de campos, que describe un mundo en tres dimensiones, dos espaciales y una temporal. ¿Cómo la usaría para describir fenómenos que se suscitan en cuatro dimensiones, tres de espacio y una de tiempo?

¿La gravedad no es de importancia en la escala planteada por la teoría cuántica de campos?
No es tan así. En la teoría cuántica de campos no existe el concepto de gravedad. Es como si fuera un idioma en el cual esa palabra no existiera. Por lo tanto, no hay que preocuparse por ella. Esto comporta una ventaja, porque esa teoría es un sistema en el cual deberíamos sentirnos cómodos para hacer los cálculos. Como la física que describo con esa teoría es la misma que describo en el caso de la relatividad general, que contempla la gravedad, usamos nuestra intuición para entender cómo funcionan las cosas en una de ellas y luego intentamos traducir y entender lo que eso significa en la otra. Existe un diálogo, en realidad. En algunos casos usamos la relatividad general para la realización de cálculos difíciles en la teoría cuántica de campos y así, aprender algo sobre ésta. En otros, los cálculos los efectuamos valiéndonos de herramientas de la teoría cuántica de campos para tratar de aprender algo nuevo sobre la gravedad. Es una trabajo que se desarrolla desde hace dos décadas, un diccionario difícil de entender.

¿Y qué le gustaría descubrir, finalmente?
Me gustaría entender qué es la radiación Hawking que escapa de los agujeros negros. No entraré en detalles, pero parece haber inconsistencias.

¿No es un hecho que los agujeros negros emitan alguna forma de radiación?
La emisión de radiación significa que se libera energía. Si transcurriera un tiempo lo suficientemente largo, el agujero negro podría emitir toda su energía y desaparecer. Eso es un contrasentido, porque la mecánica cuántica establece que la información no puede desaparecer en el universo, sino que se conserva, tal como ocurre con la energía. Éste es un planteo importante, que acaso sólo pueda responder una teoría completa de la gravitación cuántica.

¿Qué permitiría describir tal teoría?
Todo, a cualquier escala. Eso sería importante, por ejemplo, para entender cómo habrían sido los instantes iniciales del universo. Sabemos que el Cosmos se expande en forma acelerada. Si pudiésemos revertir el tiempo, lo veríamos encogerse hasta un punto en el que los efectos de la gravedad cuántica se tornarían relevantes. En principio, ella podría brindarnos un insight acerca de dónde proviene el universo, dónde comenzó todo.