PERO,
¿QUÉ ES LA MATERIA?
El esfuerzo por entender el universo es una de las muy pocas cosas que eleva la vida humana un poco por encima del nivel de la farsa, y le confiere algo de la gracia de la tragedia.
Steven Weinberg
Durante miles de años, la
respuesta a la pregunta del título se reducía, con pocas variantes, a ésta: “lo
que ocupa espacio”. Es decir, implícitamente se suponía este último como un
marco rígido, que no quedaba afectado por el hecho de estar o no ocupado. La
materia gozaba de una serie de propiedades, entre las cuales quizá la más
característica era la impenetrabilidad. Bien es verdad que algunos fenómenos
(la disolución de un sólido en un líquido, por ejemplo) planteaban serias dudas
sobre ésta, pero con hipótesis adicionales más o menos ingeniosas se conseguía
resolverlas.
En el siglo XX, la
exploración del mundo subatómico ha hecho replantearse la pregunta repetidas
veces, para hallar en cada ocasión respuestas distintas. En cuanto fue
estudiado el tradicional esquema atómico (protón-electrón-neutrón) ya quedaba
claro que la inmensa mayoría del volumen ocupado por la materia resultaba
vacío, y la supuesta impenetrabilidad pasaba a ser una mera consecuencia de las
fuerzas de repulsión electromagnéticas, que impedían el acercamiento de unas
partículas con otras más allá de un cierto valor. En realidad, cuando
experimentamos que “tocamos” algo, no estamos “en contacto” con ello, sino que
la sensación fisiológica del “casi contacto”, por llamarla de alguna manera, es
la traducción sensorial de esa “gran proximidad”.
Esta última observación nos
da la clave: en realidad interpretamos la materia, como cualquier otra cosa, de
acuerdo con la sensación que provoca en nosotros. Hasta a principios del siglo
XIX, casi el único agente captador eran los sentidos, pero desde entonces
deberán ser los instrumentos subatómicos los encargados de darnos la
información a través de la cual reinterpretaremos todos nuestros antiguos
conceptos.
El siglo XX ha visto dos
grandes reunificaciones: en primer lugar, con la teoría de la relatividad, Einstein descubrió al mundo que materia y energía eran la
misma cosa bajo dos distintos aspectos, como vapor y hielo son distintas
manifestaciones del agua. Pero quedaba otra: unificar onda (campo) y partícula.
Centremos un poco más la
cuestión. Con las sucesivas investigaciones en el núcleo atómico, se convenía
en que lo que por el momento se consideraba “materia”, esto es, los protones,
los electrones y los neutrones, interaccionaban entre sí a través de la emisión
de ondas (las fuerzas electromagnéticas que mantenían el sistema estable). El
conjunto aparecía como un juego en el que cada actor representaba su papel,
como el de Otelo y el de Desdémona son distintos,
pero interindependientes, y el drama shakespeariano no se desarrolla sin el
concurso de ambos.
Pero la investigación
mediante los grandes aceleradores de partículas fue descubriendo nuevos
territorios inexplorados. Resultó que el protón y el neutrón no eran más que
dos casos particulares entre un vasto e infinito conjunto de partículas
llamadas hadrones, capaces de recomponerse y disgregarse múltiplemente, siempre
obedeciendo a las leyes de la relatividad. Y el electrón era otro componente de
los llamados leptones, capaces de interaccionar con los anteriores. El encargado
de hacer posible esta función era el gluón, también repartido en varias
familias.
En definitiva, ya que este
conjunto de partículas interaccionaban entre sí y proporcionaban una huella de
esta interacción a través de los aceleradores de partículas, la imagen que de
este proceso se transmitía debía conducir necesariamente a una nueva concepción
de la materia, como los movimientos de dos tenistas pueden permitirnos
formarnos una imagen de la bola que entre ambos se intercambian aunque no
seamos capaces de verla.
El concepto de campo se
había formado durante el siglo XIX de la mano de las investigaciones de Michael
Faraday, que conducían a la idea de que lo esencial en las interacciones
electromagnéticas no eran las partículas sino el campo: éste tenía una realidad
física en cuanto elemento que regía los fenómenos. Se aplicaba una vez más el
viejo esquema científico: cuando una cosa “ocurre como si…” lo que viene detrás
debe ser considerado como objetivamente existente.
Y así se inició la
convergencia entre la concepción de las partículas y del campo que las regía.
La sugerencia de De Broglie de que las partículas como los electrones tenían
asociados campos de onda fue un gran paso hacia la reinterpretación del
fenómeno. Las partículas se podían comportar como campos de ondas y los campos
de ondas como partículas. Una y otra cosa eran lo
mismo en distintas manifestaciones, como el vapor y el hielo.
La teoría cuántica
interpreta la intensidad del campo en un punto del espacio como la probabilidad
estadística de hallar en él sus cuantos asociados. Así, no sólo desaparecía la
idea de materia dentro del concepto de campo, sino que el campo se convertía en
la probabilidad de encontrar cuantos. La vieja idea de un Dios jugando a los
dados, que tanto había repugnado a Einstein, pasaba a ser la clave de la nueva
interpretación del cosmos.
No es difícil visualizar el
mundo de los campos cuánticos que interaccionan. Podemos describirlo en
términos matemáticos, pero su traducción intuitiva es tan difícil como imaginar
objetos en un espacio de cuatro dimensiones: la imaginación visual falla al
intentar reproducir una imagen. Pero podemos tener una ligera impresión de lo
que es la teoría de campos cuántica con una analogía tomada del campo de la
construcción.
Los ingenieros manejan a
menudo la idea de una estructura hiperestática. Un emparrillado formado de
vigas y pilares rígidamente unidos entre sí, que corresponde a lo habitual en
un rascacielos, incluso en un edificio corriente, tiene una propiedad esencial:
una carga aplicada en un punto cualquiera repercute sobre la totalidad de la
estructura, que se moviliza así a efectos resistentes. Un piano colocado en un
extremo de la quinta planta provoca una ligera deformación en el extremo
opuesto de la segunda, por ejemplo. No cabe duda que esta propiedad es
altamente beneficiosa para la resistencia de la estructura ante el colapso
motivado por exceso de cargas, terremotos, etc., pues su capacidad resistente
se moviliza siempre totalmente en “solidaridad” con cualquier rincón afectado
por una carga.
En estas condiciones, el
espacio podría ser considerado como una estructura hiperestática infinita, y
las cargas aplicadas en un punto cualquiera de ella, como las singularidades
equivalentes a la presencia de materia. Si imaginamos por ejemplo que las vigas
representan protones y los pilares electrones, a través de los nudos en que
ambas se juntan se transmitirá el efecto de unos sobre otros. Estos nudos
corresponden a los gluones.
Un universo formado por una
estructura infinita de este tipo se halla bastante cerca a lo que los físicos
interpretan como un conjunto de campos, cuya manifestación son las partículas.
El universo pasa a ser así un concepto fértil: es un “campo de batalla” entre
los cuantos, y ese concepto tan intuitivo que llamamos “fuerza” no es en
realidad más que una alteración en el “emparrillado”, que provoca movimientos
en la “estructura”, como un hoyo en una mesa de billar provocaría desviaciones
y aun hundimientos en las bolas que sobre él pasaran. El universo se ha traducido
en un conjunto de entes difíciles de imaginar, pero perfectamente coherentes en
su funcionamiento en cuanto son interpretadas con arreglo a un conjunto de
leyes sencillas. ¡Una nueva interpretación metasensorial
se ha abierto ante nosotros!
Queda ahora una pregunta:
¿qué son los campos fundamentales? De hecho esta pregunta es la misma del
título de este artículo, reformulada de acuerdo con los conocimientos
adquiridos a través de todo un siglo de investigación de las partículas. Estos
campos parecen representar los niveles más elementales de la materia. No es
posible ir más allá, por ahora, en imaginarlos, incluso en concebirlos.
¿Existen en realidad estos
campos? Preguntarse esto es lo mismo que preguntarse si existe la electricidad
o la materia. Existen una serie de efectos, que interpretamos de acuerdo con
nuestra experiencia sensible, directa o a través de los instrumentos de
observación. En realidad nunca podremos liberarnos de la misma definición: “La
materia es lo que nos afecta de la forma tal y tal”.
Salou,
agosto 2001