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El físico vienés Wolfgang Pauli tenía remordimientos de conciencia. Había resuelto uno de los enigmas más complicados de la física nuclear, pero a un precio. He hecho algo terrible”, confesó a un amigo en el invierno de 1930. He postulado una partícula que no puede detectarse.
A pesar de su pantomima de desesperación, las cartas de Pauli revelan que en realidad no pensaba que su nueva partícula subatómica pasaría desapercibida. Confiaba en que los equipos experimentales estarían finalmente a la altura de la tarea de demostrar que tenía razón o no, de una forma u otra. Aun así, le preocupaba haberse acercado demasiado a la transgresión. Las cosas que eran realmente inobservables, creía Pauli, eran un anatema para la física y para la ciencia en su conjunto.
La opinión de Pauli persiste entre muchos científicos hoy en día. Es un principio básico de la práctica científica que una nueva teoría no debe invocar lo indetectable. Más bien, una buena explicación debe ser falsable, lo que significa que debe basarse en algunos datos hipotéticos que podrían, en principio, demostrar que la teoría es errónea. Estas normas entrelazadas de falsabilidad y observabilidad tienen orgullosos pedigríes: la falsabilidad se remonta al filósofo de la ciencia de mediados del siglo XX Karl Popper, y la observabilidad se remonta más atrás. Hoy en día están vigiladas por guardianes autoproclamados, que se complacen en rechazar algunas de las nociones más extravagantes de la física, la cosmología y la mecánica cuántica como si fueran castillos en el cielo. El coste de permitir que tales ideas entren en la ciencia, dicen los guardianes, sería abrir el camino a todo tipo de tonterías manifiestamente acientíficas.
Pero para un físico teórico, diseñar castillos en el cielo forma parte de su trabajo. Dar vueltas a nuevas ideas sobre cómo podría ser el mundo -o, en algunos casos, cómo el mundo definitivamente no es– es fundamental para su trabajo. Algunas estructuras pueden construirse con gran esmero durante muchos años, y acaban recibiendo nombres peculiares como multiverso inflacionario o teoría de las supercuerdas. Otras se fabrican y descartan casualmente en el transcurso de una sola tarde, encontradas y perdidas de nuevo por un aventurero solitario en la troposfera del pensamiento.
Eso no es cierto.
Eso no significa que en la frontera sólo haya arquitectura de castillos en el cielo de estilo libre. El objetivo de la construcción de teorías científicas es comprender la naturaleza del mundo con una precisión cada vez mayor a lo largo del tiempo. Toda esa energía creativa tiene que engancharse a la realidad en algún momento. Pero convertir el ingenio en hechos tiene muchos más matices que limitarse a anunciar que todas las ideas deben cumplir las inflexibles normas de falsabilidad y observabilidad. No son medidas de la calidad de una teoría científica. Pueden ser directrices o heurísticas claras, pero como suele ocurrir con las respuestas simples, también son erróneas, o al menos correctas a medias.
Falsificabilidad no funciona como restricción general en ciencia por la sencilla razón de que no existen teorías científicas genuinamente falsables. Puedo inventar una teoría que haga una predicción que parezca falsable, pero cuando los datos me digan que es errónea, puedo conjurar algunas ideas nuevas para tapar el agujero y salvar la teoría.
La historia de la ciencia ha demostrado que la falsabilidad no es una restricción general.
La historia de la ciencia está llena de ejemplos de esta ingeniería intelectual ex post facto. En 1781, William y Caroline Herschel descubrieron el planeta Urano. Los físicos de la época se apresuraron a predecir su órbita utilizando la ley de gravitación universal de Sir Isaac Newton. Pero en las décadas siguientes, cuando los astrónomos siguieron el movimiento de Urano en su lenta órbita de 84 años alrededor del Sol, se dieron cuenta de que algo iba mal. Urano no se movía como debería. Desconcertados, perfeccionaron sus mediciones, realizaron observaciones cada vez más minuciosas, pero la anomalía no desapareció. La física de Newton sencillamente no predecía la ubicación de Urano a lo largo del tiempo.
Sin embargo, los astrónomos se dieron cuenta de que Urano no se movía como debería.
Pero los astrónomos de la época no afirmaron que los datos inesperados falsificaran la gravedad newtoniana. En su lugar, propusieron otra explicación para el extraño movimiento de Urano: algo grande e invisible estaba tirando del planeta. Los cálculos mostraron que tendría que ser otro planeta, tan grande como Urano y aún más alejado del Sol. En 1846, el astrofísico francés Urbain Le Verrier predijo la ubicación de este hipotético planeta. Al no conseguir que ningún observatorio francés se interesara por la caza, envió los detalles de su predicción a sus colegas de Alemania. Aquella noche, apuntaron sus telescopios hacia donde Le Verrier les había dicho que miraran, y en media hora divisaron el planeta Neptuno. La física newtoniana, en lugar de ser falsificada, había sido fabulosamente reivindicada: había predicho con éxito la ubicación exacta de todo un planeta invisible.
Durante años, el misterio de Mercurio estuvo sin resolver, sin que se sugiriera que Newton estaba equivocado
Florecido por el éxito, Le Verrier fue tras otro enigma planetario. Varios años después de su descubrimiento de Neptuno, quedó claro para él y otros astrónomos que Mercurio tampoco se movía como se suponía. El punto de su órbita en el que se aproxima más al Sol, conocido como perihelio, se desplazaba un poco más de lo que la gravedad de Newton indicaba que debía hacerlo cada año mercurial, lo que sumaba 43 segundos de arco (una unidad de medida angular) adicionales en el transcurso de un siglo. Se trata de una cantidad ínfima -menos de la 30.000ª parte de una órbita completa alrededor del Sol-, pero al igual que ocurrió antes con Urano, la anomalía no desapareció con una observación persistente. Permaneció obstinadamente, desafiando al fantasma de Newton.
Una vez más, la gravedad newtoniana no se dio por falsada, al menos no inmediatamente. En su lugar, Le Verrier volvió a intentar el mismo truco: atribuir la anomalía a un planeta invisible, una roca diminuta tan cercana al Sol que todos los demás astrónomos a lo largo de la historia de la humanidad habían pasado por alto. Llamó al planeta Vulcano, en honor al dios romano de la forja. Le Verrier y otros astrónomos buscaron Vulcano durante años, llevando potentes telescopios a los eclipses solares en un intento de vislumbrar el planeta invisible en los breves minutos de totalidad, mientras el Sol era bloqueado por la luna de la Tierra.
Le Verrier nunca encontró Vulcano. Tras su muerte en 1877, la comunidad astronómica abandonó la búsqueda, concluyendo que Vulcano simplemente no existía. Pero aun así, la gravedad de Newton no fue descartada. En lugar de ello, los astrónomos de la época se encogieron de hombros colectivamente y siguieron adelante. Durante años, el misterio del perihelio de Mercurio quedó sin resolver, sin que se sugiriera seriamente que Newton estaba equivocado. La falsificación no estaba en el menú.
Por fin, en 1915, Albert Einstein utilizó su flamante teoría de la relatividad general para demostrar que podía triunfar donde Le Verrier había fracasado. La relatividad general era una nueva explicación del funcionamiento de la gravedad, que sustituía a la física newtoniana, y predecía perfectamente el desplazamiento del perihelio de Mercurio. Einstein dijo que estaba “fuera de sí de alegría” cuando se dio cuenta de que su teoría podía resolver correctamente este antiguo enigma. Cuatro años más tarde, el astrónomo británico Arthur Eddington y su equipo llevaron sus potentes telescopios a un eclipse, no para buscar a Vulcano, sino para confirmar que la luz de las estrellas se curvaba alrededor del Sol como había predicho la teoría de Einstein. Descubrieron que la relatividad general era correcta (aunque investigaciones posteriores sugirieron que sus resultados estaban viciados por errores, a pesar de haber llegado a la conclusión correcta); Einstein fue instantáneamente catapultado a la fama como el hombre que había demostrado que Newton estaba equivocado.
So la gravedad newtoniana fue finalmente descartada, pero no sólo ante los datos que la amenazaban. Eso no fue suficiente. Hasta que no llegó una teoría alternativa viable, la relatividad general de Einstein, la comunidad científica no consideró que a Newton se le hubiera escapado un truco. Pero, ¿y si Einstein nunca hubiera aparecido, o se hubiera equivocado? ¿Podrían los astrónomos haber encontrado otra forma de explicar la anomalía en el movimiento de Mercurio? Desde luego, podrían haber dicho que Vulcano estaba ahí, después de todo, y que sólo era invisible para los telescopios de alguna manera.
Puede parecer algo descabellado, pero la historia de la ciencia demuestra que este tipo de cosas ocurren y a veces funcionan, como descubrió Pauli en 1930. En aquella época, nuevos experimentos pusieron en peligro uno de los principios básicos de la física, conocido como conservación de la energía. Los datos mostraban que, en cierto tipo de desintegración radiactiva, los electrones podían salir volando de un núcleo atómico a distintas velocidades (y con las energías correspondientes), aunque la cantidad total de energía de la reacción debería haber sido la misma cada vez. Esto significaba que a veces faltaba energía en estas reacciones y no estaba claro qué ocurría con ella.
El físico danés Niels Bohr estaba dispuesto a renunciar a la conservación de la energía. Pero Pauli no estaba dispuesto a dar por muerta la idea. En su lugar, ideó su extravagante partícula. He dado con un remedio desesperado para salvar… el teorema de la energía”, escribió. La nueva partícula podía explicar la pérdida de energía, a pesar de no tener casi masa ni carga eléctrica. Pero los detectores de partículas de la época no tenían forma de ver una partícula sin carga, así que la solución propuesta por Pauli era invisible.
No obstante, en lugar de estar de acuerdo con Bohr en que la conservación de la energía había sido falsificada, la comunidad física abrazó la partícula hipotética de Pauli: lo que llegó a conocerse como un “neutrino” (el pequeño neutro), una vez que el físico italiano Enrico Fermi refinó la teoría unos años más tarde. El epílogo feliz fue que los neutrinos se observaron finalmente en 1956, con una tecnología totalmente imprevista un cuarto de siglo antes: un nuevo tipo de detector de partículas desplegado junto con un reactor nuclear. Las partículas fantasmales de Pauli eran reales; de hecho, trabajos posteriores revelaron que billones de neutrinos procedentes del Sol atraviesan nuestro cuerpo cada segundo, totalmente desapercibidos e inobservados.
Así que invocar lo invisible para salvar una teoría de la falsación es a veces el movimiento científico correcto. Sin embargo, Pauli ciertamente no creía que su partícula nunca pudiera ser observada. Esperaba que se pudiera ver con el tiempo, y tenía razón. Del mismo modo, la relatividad general de Einstein fue reivindicada mediante la observación. La falsación no puede ser la respuesta, o al menos no toda la respuesta, a la pregunta de qué hace que una teoría sea buena. ¿Y la observabilidad?
Es cierto que la observación desempeña un papel crucial en la ciencia. Pero esto no significa que las teorías científicas tengan que tratar exclusivamente de cosas observables. Por un lado, la línea que separa lo observable de lo inobservable es borrosa: lo que antes era “inobservable” puede convertirse en “observable”, como demuestra el neutrino. A veces, una teoría que postula lo imperceptible ha demostrado ser la teoría correcta, y se acepta como correcta mucho antes de que nadie idee una forma de ver esas cosas.
Toma como ejemplo el debate dentro de la física en la segunda mitad del siglo XIX sobre los átomos. Algunos científicos creían que existían, pero otros eran profundamente escépticos. Físicos como Ludwig Boltzmann en Austria, James Clerk Maxwell en el Reino Unido y Rudolf Clausius en Alemania estaban convencidos por las pruebas químicas y físicas de que la teoría atómica era correcta. Otros, como el físico austriaco Ernst Mach, no se dejaron impresionar.
Los átomos eran inobservables. Por ello, Mach los condenó como irreales e innecesarios
Para Mach, los átomos eran una hipótesis totalmente innecesaria. Al fin y al cabo, todo lo que no era observable no podía considerarse parte de una buena teoría científica; de hecho, tales cosas ni siquiera podían considerarse reales. Para él, el arquetipo de una teoría científica perfecta era la termodinámica, el estudio del calor. Se trataba de un conjunto de leyes empíricas que relacionaban magnitudes directamente observables, como la temperatura, la presión y el volumen de un gas. La teoría era completa y perfecta tal como era, y no hacía referencia a nada inobservable en absoluto.
Pero Boltzmann, Maxwell y Clausius habían trabajado duro para demostrar que la querida termodinámica de Mach distaba mucho de ser completa. Durante el resto del siglo XIX, ellos y otros, como el científico estadounidense Josiah Willard Gibbs, demostraron que toda la termodinámica -y algo más- podía derivarse de la simple suposición de que los átomos eran reales y que todos los objetos de la vida cotidiana estaban compuestos por un número fenomenal de ellos. Aunque en la práctica era imposible predecir el comportamiento de cada átomo individual, en conjunto su comportamiento obedecía a patrones regulares, y como hay tantos átomos en los objetos cotidianos (mucho más de 100.000 millones de billones de ellos en un dedal de aire), esos patrones nunca se rompían visiblemente, aunque sólo fueran el resultado de tendencias estadísticas, no de leyes férreas.
La idea de degradar las leyes de la termodinámica a meros patrones repugnaba a Mach; invocar cosas demasiado pequeñas para ser vistas era aún peor. No creo que existan los átomos”, soltó durante una conferencia de Boltzmann en Viena. Los átomos eran demasiado pequeños para verlos, incluso con el microscopio más potente que pudiera construirse en aquella época. De hecho, según los cálculos realizados por Maxwell y el científico austriaco Josef Loschmidt, los átomos eran cientos de veces más pequeños que la longitud de onda de la luz visible, por lo que quedarían ocultos para siempre a la vista de cualquier microscopio basado en ondas luminosas. Los átomos eran inobservables. Así pues, Mach los condenó como irreales e innecesarios, ajenos a la práctica de la ciencia.
Los puntos de vista de Mach tuvieron una enorme influencia en su Austria natal y en otros lugares de Europa central. Sus ideas llevaron a su compatriota Boltzmann a desesperar de convencer al resto de la comunidad física de que los átomos eran reales; esto podría haber contribuido al suicidio de Boltzmann en 1906. Sin embargo, los físicos que se adhirieron a las ideas de Mach se encontraron a menudo bloqueados en su trabajo. Walter Kaufmann, un físico experimental alemán de gran talento, descubrió en 1897 que los rayos catódicos (el tipo de rayos que se utilizan en el interior de los viejos televisores y monitores de ordenador) tenían una relación constante entre carga y masa. Pero en lugar de aceptar que los rayos catódicos pudieran consistir en pequeñas partículas con una carga y una masa fijas, hizo caso a la advertencia de Mach de no postular nada inobservable, y guardó silencio sobre el tema. Meses después, el físico inglés JJ Thomson descubrió el mismo hecho curioso sobre los rayos catódicos. Pero las opiniones de Mach eran menos populares en Inglaterra, y Thomson se sintió cómodo sugiriendo la existencia de una partícula diminuta que comprendía los rayos catódicos. La llamó electrón y ganó el Premio Nobel por su descubrimiento en 1906 (así como un lugar eterno en todos los libros de texto de introducción a la física y la química).
Las ideas de Mach no eran del todo malas; sus escritos inspiraron al joven Einstein en sus primeros trabajos sobre la relatividad. La influencia de Mach también se extendió a su ahijado, Pauli, hijo de dos compañeros intelectuales de Viena. Las ideas de Mach desempeñaron un papel importante en el desarrollo intelectual temprano de Pauli, y las palabras de su padrino probablemente resonaban en los oídos de Pauli cuando sugirió por primera vez la idea del neutrino.
A diferencia de Pauli, Einstein no temía sugerir cosas inobservables. En 1905, el mismo año en que publicó su teoría de la relatividad especial, propuso la existencia del fotón, la partícula de luz, a un mundo incrédulo. (No se demostró que tuviera razón sobre los fotones hasta casi 20 años después.) Las ideas de Mach también inspiraron un movimiento vital en filosofía una generación más tarde, conocido como positivismo lógico -en términos generales, la idea de que las únicas afirmaciones significativas sobre el mundo eran las que podían verificarse directamente mediante la observación. El positivismo se originó en Viena y otros lugares en la década de 1920, y las brillantes ideas de los positivistas desempeñaron un papel fundamental en la configuración de la filosofía desde entonces hasta nuestros días.
Pero, ¿qué es lo que hace que algo tenga sentido?
¿Pero qué hace que algo sea “observable”? ¿Son observables las cosas que sólo pueden verse con instrumentos especializados? Algunos de los positivistas dijeron que la respuesta era no, que sólo bastaban los datos brutos de nuestros sentidos, por lo que las cosas vistas con microscopios no eran verdaderamente reales. Pero en ese caso, “no podemos observar las cosas físicas a través de los cristales de la ópera, ni siquiera a través de las gafas normales, y uno empieza a preguntarse por el estatus de lo que vemos a través del cristal de una ventana normal”, escribió el filósofo Grover Maxwell en 1962.
Además, Maxwell señaló que la definición de lo que era “inobservable en principio” depende de nuestras mejores teorías científicas y de nuestra plena comprensión del mundo, por lo que se mueve con el tiempo. Antes de la invención del telescopio, por ejemplo, la idea de un instrumento que pudiera hacer que los objetos lejanos parecieran más cercanos parecía imposible; en consecuencia, un planeta demasiado débil para ser visto a simple vista, como Neptuno, se habría considerado “inobservable en principio”. Sin embargo, Neptuno está ahí sin lugar a dudas, y no sólo lo hemos visto, sino que enviamos allí el Voyager 2 en 1989. Del mismo modo, lo que hoy consideramos inobservable en principio podría llegar a ser observable en el futuro con la llegada de nuevas teorías físicas y tecnologías de observación. ‘Es la teoría, y por tanto la ciencia misma, la que nos dice lo que es o no es… observable’, escribió Maxwell. No existen criterios a priori o filosóficos para separar lo observable de lo inobservable.’
Utilizamos todo ello, lo observable y lo inobservable, cuando hacemos ciencia
Incluso cuando las teorías proponen resultados observables idénticos, algunas se aceptan provisionalmente mientras que otras se rechazan de plano. Supongamos que publico una teoría que afirma que existen unicornios microscópicos invisibles con pelo suelto, cuernos en espiral y gusto por las ecuaciones diferenciales parciales; estos unicornios son responsables de la aleatoriedad del mundo cuántico, empujando y tirando de las partículas subatómicas para asegurarse de que obedecen la ecuación de Schrödinger, simplemente porque les gusta esa ecuación más que ninguna otra. Esta teoría es, por su naturaleza, totalmente idéntica, desde el punto de vista observacional, a la mecánica cuántica. Pero es una teoría profundamente tonta, y (espero) sería rechazada por todos los físicos si alguien la publicara.
Aparte de este ejemplo simplista, las elecciones que hacemos entre teorías idénticas desde el punto de vista observacional tienen un gran impacto en la práctica de la ciencia. El físico estadounidense Richard Feynman señaló que dos teorías muy diferentes que tienen consecuencias observacionales idénticas pueden darte perspectivas diferentes sobre los problemas, y llevarte a respuestas diferentes y a realizar experimentos diferentes para descubrir la siguiente teoría. Así que no sólo importa el contenido observable de nuestras teorías científicas. Lo utilizamos todo, lo observable y lo inobservable, cuando hacemos ciencia. Ciertamente, somos más cautelosos en cuanto a nuestra creencia en la existencia de entidades invisibles, pero no negamos que las cosas inobservables existan, o al menos que su existencia sea plausible.
Algunos de los trabajos científicos más interesantes se realizan cuando los científicos desarrollan teorías extrañas ante algo nuevo o inexplicable. Las ideas descabelladas deben encontrar una forma de relacionarse con el mundo, pero exigir falsabilidad u observabilidad, sin ningún tipo de sutileza, frenará a la ciencia. Es imposible desarrollar con éxito nuevas teorías bajo restricciones tan rígidas. Como dijo Pauli cuando ideó el neutrino, a pesar de sus propios recelos: “Sólo ganan los que apuestan”.
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es escritor y astrofísico. Actualmente es profesor visitante en la Oficina de Historia de la Ciencia y la Tecnología de la Universidad de California, Berkeley. Sus escritos han aparecido en New Scientist y en la BBC, entre otros medios. Es autor de ¿Qué es real? The Unfinished Quest for the Meaning of Quantum Physics (2018). Vive en Oakland, California.
