Se trata de una solución salvaje a un problema imposible y que genera arduos debates en la comunidad científica. ¿Qué es el Universo? ¿Cómo funciona el Universo? Para algunos investigadores, podría tratarse de una computadora de autoaprendizaje.

Albert Einstein y Stephen Hawking, los físicos más famosos del siglo XX, pasaron décadas tratando de encontrar una ley única que pudiera explicar cómo funciona el mundo en la escala del átomo y en la escala de las galaxias. En resumen, el modelo estándar describe la física de lo muy pequeño. La relatividad general describe la física de lo muy grande. ¿El problema? Las dos teorías cuentan historias diferentes sobre la naturaleza fundamental de la realidad. Einstein describió el problema hace casi un siglo en su conferencia Nobel de 1923, diciendo a la audiencia que un físico que busca, “una teoría integrada no puede contentarse con la suposición de que existen dos campos distintos totalmente independientes entre sí por su naturaleza”. Incluso mientras estaba en su lecho de muerte, Einstein trabajó para unir todas las leyes de la física bajo una teoría unificadora.

Hawking finalmente se rindió.

Ahora, Stephon Alexander, profesor de física en la Universidad de Brown, está probando el desafío. En una preimpresión que aún no ha sido revisada por pares, Alexander y varios colaboradores, incluido el tecnólogo Jaron Lanier y el físico Lee Smolin, dieron un giro ligeramente diferente al problema. En lugar de centrarse en cuáles son las leyes de la física, se preguntan por qué el mundo físico se rige por ciertas leyes y no por otras. Escriben que si bien los físicos no han “terminado esa tarea” de descubrir las leyes de la física, “parece que sabemos lo suficiente como para dar algunos pasos para responder una pregunta más profunda”.

El modelo estándar y la relatividad general tienen mucho en común

Lo que los físicos sí saben es que dos teorías, el modelo estándar y la teoría de la relatividad general de Einstein, ofrecen explicaciones poderosas y empíricamente sólidas de la física en las escalas para las que están diseñadas. Resulta que las teorías también comparten algunas cualidades matemáticas fundamentales.

Según Alexander, ambos se basan en teorías de calibre y principios de simetría, que utilizan las matemáticas para describir cómo los objetos pueden moverse e interactuar. Los investigadores que trabajan en la tradición de la teoría de cuerdas se han basado en estas similitudes en sus esfuerzos por unificar las dos teorías reinventando algunas partículas como objetos unidimensionales llamados cuerdas. Pero hay una trampa. Ese enfoque da como resultado “una vasta riqueza de leyes” que son matemáticamente posibles. Ese “multiverso de teorías”, como lo llama Alexander, incluye el modelo estándar y la relatividad general, y muchas más teorías que aparentemente podrían describir nuestro mundo físico, aunque existen en una escala demasiado pequeña para ser probada.

Según la teoría de cuerdas, las características físicas, como la masa o la carga eléctrica de un producto, son el resultado de cómo la cuerda vibra en muchas dimensiones, incluidas muchas dimensiones hipotéticas que existen en una escala muy pequeña, escribió Brain Greene en Smithsonian. Determinar la forma de esas dimensiones sería clave para comprender cómo esas cuerdas constituyen la realidad física, pero las matemáticas no ofrecen una respuesta clara. Si bien los primeros teóricos de cuerdas identificaron un puñado de posibles formas de esas diminutas dimensiones adicionales, la lista de formas matemáticamente posibles creció a millones, luego a miles de millones y, finalmente, a “números tan grandes que nunca han sido nombrados”, según Greene.

Alexander dijo a New Scientist en septiembre:

“La teoría [de S] tring no responde a la pregunta del por qué. Carece de un mecanismo para seleccionar cuál de las máquinas tragamonedas de 10 500 universos posibles es nuestro universo”.

Su idea es que el mundo físico tal como lo conocemos hoy en día no es la única realidad verdadera, es el resultado de muchas iteraciones del universo que intentan un arreglo de leyes que no funcionó. Según el relato de Alexander, nuestro universo probablemente ha adquirido las características de muchos universos posibles. Eventualmente “se encontró en una configuración … que era estable” y le permitió “construirse de manera consistente”.

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Compara este proceso de intentar, fallar y volver a intentarlo con jugar un juego de arcade con una gran bolsa de monedas de veinticinco centavos.

Alexander dijo:

“Si tienes [vidas] infinitas, juegas, mueres, juegas, sigues jugando, mueres, pero puedes seguir jugando, ¿no? Creo que es algo así como la idea”.

El universo siempre puede “seguir intentándolo”. En este sentido, el universo está “aprendiendo” lo que funciona y lo que no a medida que evoluciona. Dado que el universo no tiene un maestro, pero está aprendiendo sus lecciones a medida que avanza, los investigadores lo llaman “autodidacta”.

La respuesta podría ser una “meta-ley” primordial

¿Cómo puede ser esto posible? La respuesta de Alexander es elegante: una “meta-ley” que existió mucho antes de las leyes de la física que conocemos como el Modelo Estándar y la relatividad general. Es esta meta-ley la que contiene la capacidad de probar cosas y aprender. Confusamente, la meta-ley es el universo mismo, al menos en algunos aspectos.

Alexander agregó:

“Lo extraño aquí es que el hardware es el software y el software es el hardware”.

La relatividad general y el modelo estándar surgieron más tarde, una vez que el universo encontró la estabilidad que estaba buscando. Compara la idea con la teoría de la evolución de Darwin.

Los investigadores escribieron en la preimpresión:

“En biología, solía haber un ‘¿Por qué estas especies?’ Problema: explique por qué existen los perros y los gatos mientras que los unicornios y los hombres lobo no”.

Explican que Darwin introdujo un puñado de principios que gobiernan la vida en general que hacen posible comprender cómo surgió una especie específica. Por ejemplo, la idea de que las especies surgen porque los individuos que se adaptan bien a su entorno tienen más posibilidades de transmitir rasgos valiosos a sus descendientes. Encontrar ese primer destello de esos principios subyacentes fue un logro gigantesco, pero no fue el final de la historia. Los investigadores han pasado 160 años completando detalles y aún no han terminado.

Alexander y sus colegas no afirman haber descubierto el equivalente físico de la evolución. Describen su contribución como “pequeños pasos de bebé” hacia una teoría completa. Para Alexander, era importante proponer una versión formal de la teoría para ver si resiste el escrutinio de otros físicos teóricos y el trabajo empírico de los experimentalistas.

Alexander dijo:

“Tenemos que comprometernos con algo para poder jugar y podemos intentar hacer algunos cálculos y explorar la idea”.

¿Cómo funcionaría un universo autodidacta?

La idea de que el universo ha evolucionado de acuerdo con otras reglas no es totalmente nueva. El filósofo Charles Sanders Pierce aplicó los principios de la selección natural a la cosmología en 1893, menos de cuatro décadas después de que se publicara El origen de las especies. Alexander y sus colegas se inspiraron en los avances en la física teórica, la informática y la filosofía de la ciencia para hacer la afirmación mucho más audaz de que el universo está aprendiendo sus leyes, no simplemente evolucionando para lograr una mayor aptitud en su entorno.

El argumento se basa en tres elementos fundamentales: modelos matriciales, teorías de calibre cuántico y máquinas de aprendizaje.

El equipo comenzó con la idea de que las teorías de la física podrían entenderse como modelos matriciales. Es decir, las teorías podrían escribirse como ecuaciones o podrían fundamentarse como tablas de números con quizás miles de millones de columnas y filas. Una matriz tan vasta podría contener todas las leyes posibles que podrían gobernar el universo. Los conocimientos de la informática iluminan el camino a partir de ahí.

Alexander dijo a New Scientist:

“Las matemáticas de la teoría matricial parecen tener algunos de los ingredientes de un tipo particular de red neuronal”.

Alexander agregó:

“Tal vez haya algo de entrada y algo de salida, y el universo está ajustando los pesos de tal manera que termina aprendiendo el modelo estándar … y la gravedad. Esa es la idea básica”.

Aquí, “pesos” se refiere a las relaciones matemáticas específicas que determinan cómo las entradas que entran en una red neuronal se transforman para generar sus salidas.

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Si Alexander tiene razón, los humanos casi definitivamente no estamos en condiciones de ver todo lo que el universo ha aprendido.

Alexander agregó:

“Puede haber otros rincones del universo donde sucedieron otras cosas interesantes que son completamente radicales desde nuestra perspectiva. En lo que a mí respecta, fue parte de la evolución. Somos los que decimos que eso es genial”.

No hay razón para pensar que el universo tuvo una preferencia por aprender leyes que han permitido que la vida y la conciencia surgir.

La confirmación de la teoría autodidacta del universo no necesariamente descartaría la posibilidad de una teoría del todo como Einstein o Hawking podrían haberla imaginado, pero definitivamente subrayaría la creencia de Alexander de que los físicos deberían explorar ideas que van mucho más allá de los confines de fronteras tradicionales. Es posible que las respuestas a estas preguntas no se encuentren en lo que actualmente consideramos “física”.

Greene dice que la observación directa de cadenas requeriría un acelerador de partículas “del tamaño de la galaxia”. La esperanza de Alexander, que detalla en su nuevo libro, Fear of a Black Universe: An outsider’s guide to the future of physics, es más modesta, pero está lejos de estar garantizada. “Los expertos deben participar en la exploración con personas de otros campos”.

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