Las revoluciones científicas del siglo XX

En el siglo XX se han producido tres grandes revoluciones que han cambiado el modo de entender la realidad:

1. En el ámbito de la física, las teorías de la relatividad y cuántica originan un nuevo concepto de la estructura del universo y de la materia.
2. En el ámbito biológico, la bioquímica y la genética muestran la vida como resultado de la complejidad y autoorganización de la materia.
3. En el ámbito humano, la revolución digital y las neurociencias relacionan la conciencia con la física y la biología, respectivamente.

1. La teoría de la relatividad

Albert Einstein, a partir del descubrimiento del efecto fotoeléctrico, llegó a la conclusión de que la luz se comporta como onda y como partícula, y su velocidad es constante. Era el inicio de la teoría de la relatividad.

Según la teoría especial de la relatividad, no hay ningún movimiento absoluto, ni ningún punto de referencia fijo, como exigía la física de Newton. Y, por tanto, no existen el tiempo y el espacio separados, sino un continuo espacio-tiempo. La masa y la energía son intercambiables, de acuerdo con la consabida fórmula:  E = m c²

La teoría general de la relatividad explica el movimiento acelerado de los cuerpos y, en especial, la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo, representado, gracias a la nueva geometría, como un espacio cuatridimensional.

La comprensión de estos enunciados es poco intuitiva. Su elevada abstracción requiere de analogías para entenderlos. La relatividad de toda observación puede comprenderse si nos situamos en el interior de un tren y comprobamos que los postes de la catenaria parecen pasar más deprisa o más despacio según estemos quietos o caminemos dentro del tren.

2. La teoría cuántica

Esta teoría pretende explicar la estructura de la materia en el nivel atómico y subatómico. En 1900, Max Planck demostró que la materia absorbe o emite energía en unidades limitadas llamadas quanta. Más adelante, otros físicos, como Bohr, Dirac, Heisenberg y Schroedinger, llegaron a la conclusión de que la materia se compone de átomos, y estos, de pequeñas partículas muy próximas al límite de lo inobservable.

Estas partículas tienen una naturaleza dual: unas veces se comportan como puntos de masa y otras como ondas, de manera que sola una ecuación matemática puede expresarla. Esta ecuación no describe un comportamiento exacto, sino solamente una tendencia o probabilidad.

Heisenberg formula este carácter indeterminista del mundo subatómico en el llamado principio de indeterminación: "No se puede medir a la vez la velocidad y la posición de una partícula". Es decir, se puede predecir, bien la velocidad, bien la posición de una partícula, pero no ambas a la vez. Este descubrimiento supone el fin del determinismo.

3. El big-bang y la nueva imagen del universo

El gran reto de la física actual es la unificación de las teorías cuánticas y de la relatividad. La revolución cuántica trajo consigo el descubrimiento de dos nuevas fuerzas que se suman a las ya conocidas de la gravedad y el electromagnetismo. Estas son la fuerza nuclear "fuerte", que mantiene unido el núcleo del átomo, y la fuerza nuclear "débil", que actúa en el interior de los protones y neutrones del núcleo.

Las fuerzas nucleares "fuerte" y "débil" desarrollan una extraordinaria energía muy concentrada y de alcance muy limitado. En el otro extremo, la gravedad opera de forma inversa. No es la de mayor potencia, pero sí la de mayor alcance. Las fuerza electromagnética mantiene la cohesión de los átomos mediante la atracción y la repulsión de los protones y electrones, fenómeno que llamamos electricidad.

A estas cuatro fuerzas se les llama también metafóricamente "cuerdas", por su función energética de integración o enlace. La teoría de unificación más aceptada es la teoría de la supercuerda. Propuesta en la década de 1980, intenta describir la totalidad del universo como constituido por unas entidades abstractas semejantes a cuerdas, infinitamente pequeñas, que se encuentran vibrando y girando bajo una gran tensión. Las partículas serán estados vibracionales, nodos o puntos de oscilación de esas cuerdas.

Bajo esta misma perspectiva unificadora se sitúan las teorías sobre el origen del universo. La más consistente es la conocida como big-bang o gran explosión. En 1948, George Gamow, basándose en estudios anteriores sobre la radiación del fondo del universo, propuso una imagen de éste en expansión. El momento inicial fue una gran explosión de un punto primordial de energía casi infinita y materia casi nula, por tanto, de elevadísima densidad y temperatura.

El espacio-tiempo se originó en la misma explosión y con él las primigenias partículas y los primeros núcleos de hidrógeno y helio. En billonésimas de segundo se fueron constituyendo los átomos y, en virtud de la atracción de la gravedad, se fueron concentrando en estrellas y planetas. Este universo podría seguir expandiéndose o, previsiblemente, acabar en una implosión (big-crunch), en la que todos los elementos constituyentes retrocederán hasta fusionarse de nuevo en la partícula inicial.

4. Los agujeros negros

Un agujero negro es una deformación del espacio-tiempo causada por una estrella en extinción que al enfriarse provoca una gran campo gravitatorio. Todo cuanto se acerca a él, incluida la luz, es absorbido. Según Stephen Hawking, el universo es un continuo de infinitos y pequeñísimos agujeros negros, y lo que llamamos el vacío cósmico no es tal, sino el resultado de la neutralización de una partícula y su antipartícula. En los agujeros negros siempre se pierde una partícula o su antipartícula, borrándose así la mitad de la información e incrementando, por tanto, la naturaleza indeterminada de la materia. Incluso, a veces, el agujero se perfora abriendo paso a otros universos paralelos.

5. La revolución digital

La investigación teórica nunca ha sido separada de la técnica. Pero hoy día, la relación es tan estrecha que no se daría la una sin la otra. Así, hemos creado el término tecnociencia para indicar esta dependencia recíproca.

Actualmente, no es posible realizar una investigación sin la colaboración de complejos sistemas informáticos. La revolución digital es otra gran aportación de la tecnociencia en nuestro tiempo.

La digitalización consiste en reducir toda información a un sistema matemático basado en dos valores o dígitos: el uno y el cero. Estos valores numéricos se traducen, mediante un transistor, en impulsos eléctricos. Toda imagen, texto o sonido puede ser convertida en dígitos y procesada electrónicamente en los ordenadores, permitiendo cálculos y simulaciones inconcebibles por la mente humana.

Esta tecnología abre un nuevo universo: el espacio cibernético, semejante a una gran "retícula neuronal", una tupida red de conexiones libres donde la mente humana entra y sale cuando y donde quiere. Esta profunda transformación ha dado lugar a una visión globalizada del mundo y sobre todo a una situación de comunicación total.

En este especio cibernético, la televisión, la telefonía e internet cumplen una función mediadora entre la realidad física y la mente humana. En muchos casos, ya la realidad física va siendo sustituida por la realidad virtual. Así se va configurando una especie de "mente universal" como si de otro espacio infinito se tratara.

Las neuronas de nuestro cerebro funcionan como diminutos ordenadores conectados en red, y el espacio cibernético, como una actividad cerebral ejecutada por millones de neuronas artificiales. Incluso, se está planteando la conexión directa entre el ordenador y el cerebro.

En este contexto, se difuminan las fronteras entre lo material y lo mental, entre la máquina y la inteligencia. La relación entre inteligencia natural y artificial se constituye como lugar de encuentro de las revoluciones cuántica y digital. La energía, la materia y la información no son ámbitos tan dispares como aparecen ante el sentido común y, como veremos a continuación, también el ámbito de la vida está íntimamente unido a ellos.

6. La revolución biológica

La revolución biológica es el resultado de tres grandes aportaciones. La primera es la teoría de la evolución. Las otras dos surgen del campo de la bioquímica y de la genética.

En 1953, Stanley Miller logró sintetizar en laboratorio los primeros elementos de la vida, y con ello mostró la vida surgiendo de la materia. Estableció la relación entre química y vida. Consiguientemente, también la relación entre el origen del universo y el origen de la vida.

A partir del big-bang, los procesos oscilatorios de la energía y la materia cristalizaron en diminutas partículas que iniciaron un camino de complejidad y autoorganización que constituyen la prehistoria de la vida. Algunas de las primeras biomoléculas adquirieron, en virtud de esa complejidad, dos rasgos muy característicos de la vida: la replicación y la relación consigo mismas. El ser vivo adquiere interioridad y se convierte en un sistema abierto con propiedades emergentes. La conciencia sería una de estas propiedades.

Tanto la identidad como la replicación son posibles por la información o programación que posee la célula: el código genético. El descubrimiento de la doble hélice de ADN por Francis Crick y James Watson y el posterior desciframiento de sus secuencias o genes han sido un paso decisivo en la explicación y el dominio de la diversidad biológica. Tal diversidad es el resultado de casi infinitas combinaciones de solo cuatro elementos o bases (adenina, citosina, timina y guanina).