Hace unos treinta años Luis Santaló, un gran matemático argentino que estuvo en el Centro de Estudios Avanzados en Princeton donde vivía Einstein decía que vendrían nuevos tiempos donde los grandes innovadores serían los sintetizadores, aquellos que logran unir diversos conceptos o teorías para lograr una visión más profunda. En el futuro no iba a ser tan importante crear lo nuevo como reinterpretar lo viejo, aseguraba Santaló.
Durante ese mismo año había una niña que jugaba con su padre a resolver cuestionarios. Los temas eran siempre variados. Podía ser sobre la naturaleza, sobre geografía, los idiomas. Primero, su padre hacía los cuestionarios y ella buscaba las respuestas. Después invirtieron los roles. Hasta el día de hoy Marina admite que le gustaba más cuando le tocaba hacer las preguntas.
Mientras Marina hacía preguntas, había un niño, Horacio, que estaba fascinado por los animales. Los había de muchas formas y tamaños. Pero descubrió que tenían un ethos en común: el de la vida. Perseguir ese patrón que subyace le quedó como una manera de ver el mundo.
Cada uno siguió con su vida hasta que sus caminos se cruzaron. Estudiaron Física y comenzaron a investigar y hacer sus primeros trabajos como docentes. En esos momentos el mundo se sacudió. Ese norte que había señalado Santaló se cristalizó cuando Anthony Wiles resolvió el conocido Teorema de Fermat integrando en una misma visión dos áreas separadas de las matemáticas.
Otros años después la Física revivió el sueño de una teoría totalizadora entre la Relatividad General y la Mecánica Cuántica con el primer gran avance concreto gracias al argentino Juan Maldacena quien también está en Princeton. Los dos físicos argentinos Marina Huerta y Horacio Casini ya eran un matrimonio y estaban trabajando en un nuevo aporte fundamental para tener una visión más completa en ese reino donde habita lo infinito y nada es como parece.
El área se denomina Teoría Cuántica de Campos, una rama de la Física donde conviven muchas teorías que deben ser coherentes con lo que ya se sabe de Relatividad y Mecánica cuántica. Identificar cuáles son las estructuras válidas para las teorías que pueden crearse es uno de los problemas más importantes de la Física. Por los aportes que hicieron en este tema, Horacio y Marina recibieron el anuncio de haber ganado la Medalla Dirac, algo así como el Nobel de la Física Teórica. Pero, ¿qué hicieron?
Nada mejor -pensaron- que empezar con el vacío. Para los matemáticos es todo lo que se necesita. Si está el vacío es porque se lo puede conceptualizar. Bueno el vacío es el cero y su conceptualización (el conjunto que contiene al vacío) el uno. Luego se ve que se tiene el dos, que sería el conjunto que contiene al vacío y a su conceptualización. ¡No necesitamos el Big Bang!, dicen los matemáticos.
La Física, en cambio, sí debe interactuar con la realidad y eso hace todo mucho más complejo. Por eso Marina y Horacio buscaron ir hacia lo aparentemente más simple: se fueron a entender el vacío dentro del contexto cuántico. Además, sumaron tres conceptos: información, entrelazamiento y entropía. La Teoría de la Información fue desarrollado por Shanon cuando intentaba crear herramientas matemáticas para el mundo de las comunicaciones y en su versión Física tiene que ver con la información que tiene un sistema y la forma de propagarla.
Le entropía uno de los conceptos más fascinantes de la Física es la medición del orden de un sistema. El universo normalmente tiende al desorden, y eso a su vez es una manera para físicos como Prigogine de entender el tiempo, un vaso que se rompe no vuelve a su pasado, las cosas, salvo que se retroalimenten de energía (por eso comemos) se terminan desordenando. La entropía dentro de la teoría de la información es una medición de la desinformación del sistema (en un análogo la información se va perdiendo o desorganizando).
El otro concepto que utilizaron es casi mágico. Se trata del entrelazamiento cuántico que sorprendió hasta el mismo Einstein. Hay partículas subatómicas entrelazadas, no importa a qué distancia se encuentran, si una recibe determinada estimulación la otra la sentirá instantáneamente.
Como es de esperarse el vacío no tiene entropía, no hay desorden. Pero si recortamos ese vacío porque miramos, o sea realizamos observaciones, en sólo una región de él ahí la cosa cambia. "En ese caso habrá una entropía, un desconocimiento del estado de vacío exacto en esa región”, dice Casini.
En el análogo con la conceptualización del vacío de los matemáticos, el tomar o definir una región ya está agregando algo, lo está conceptualizando, sea porque se tomó una esfera de ese vacío u otra forma. Los físicos ahí crearon su “uno” y ya su fabulosa máquina de generar teorías se enciende.
Si bien el vacío sigue siendo vacío desde el punto de vista cuántico aparecen fluctuaciones y hay creación y destrucción de pares de partículas entrelazadas. El tema es que algunas se crean en el borde de la región. Al suceder eso, "la entropía de entrelazamiento no crece como el volumen de la región, que es lo que sucede usualmente con las entropías (a mayor volumen se puede medir mayor desorden), sino que crece con el tamaño del borde (el volumen puede ser el mismo pero su borde no), producto de las fluctuaciones del vacío que ocurren a lo largo del borde”, dice Marina. O sea, adentro de la región no hay problemas pero en ese borde perteneciente a la forma abstracta (por ejemplo una esfera) sucede algo diferente que da una forma de medir la entropía del vacío.
Los investigadores primero estudiaron el problema en lo que denominan 1+1 o sea una dimensión espacial (como si fuese que el universo esté contenido en una recta) y una temporal. Luego fuero extendiéndolo hasta lograr tres dimensiones. Todo esto está muy sintetizado pero fue el trabajo de muchos años. “La clave es trabajar con paciencia, sin apuro… prestarle mucha atención más a la pregunta que a ver dónde está la respuesta. A veces sale bien”, revela Huerta.
“Esta cuestión, tiene que ver con poner un poco de `orden´ en las teorías de campos. Las teorías de campos se pueden estudiar a distintas escalas. En principio están definidas a escalas muy pequeñas. Pero al ir a escalas más grandes se pueden transformar en otro tipo bastante distinto de teorías. Por ejemplo, podemos partir de una teoría con quarks y gluones interactuando débilmente a distancias pequeñas y a distancias más grandes tenemos una teoría de protones y piones que es muy distinta. Horacio y Marina mostraron que la entropía decrece cuando vamos a distancias más grandes”, explica Maldacena.
El trabajo de Marina y Horacio se sigue extendiendo y cada vez se adentra en misterios más profundos. “En particular, destaco los resultados de los otros investigadores con los que compartimos el premio, Shinsei Ryu y Tadashi Takayanagi de Japón, que encontraron la forma de conectar la entropía del vacío con la gravedad cuántica, utilizando la dualidad de Maldacena. La entropía del vacío resulta ser el área de una superficie en gravedad. Una conexión muy loca e inesperada que nos deja a los físicos perplejos.
El recorrido para llegar hasta tener el gran reconocimiento internacional que significa la medalla Dirac tuvo su larga dedicación a un mismo problema. “Empezamos Marina y yo, por curiosidad, investigando una cantidad, “la entropía del vacío” (¡hace ya 20 años!), que había sido definida y prácticamente olvidada 10 años antes; y encontramos que unas propiedades muy simples de esa entropía permitían probar que hay una irreversibilidad cuando uno cambia la descripción de un sistema de escalas muy pequeñas a escalas muy grandes”, sintetiza Casini.
El ir por esas ideas ya trabajadas por los demás pero desde una nueva perspectiva como proponía Santaló es otra gran lección si se recuerda lo que decía Leonardo Da Vinci: “Sobre esa mercadería rechazada, despreciada, y que ha rodado por todos los mostradores, pondré mi escaso caudal y de este modo iré, no por las grandes ciudades, sino por las pobres aldeas, distribuyendo y recibiendo el precio que merecen las cosas que yo ofrezco”.
Ahora esos niños entrelazados por una magia cuántica de vacíos con bordes que dicen mas de lo que muestran pueden salir a ofrecer cuestionarios, una mercadería que construyeron a partir de teorías rechazadas por los demás. Del otro lado del borde, alguno de sus estudiantes de doctorado, o quizá un simple alumno les devolverá una pregunta. Esas que por el sólo hecho de formularlas trazan el ethos de la senda correcta.