Tratando de complacer a mi compañero de paseos en Algarrobo y los que, como él, quisieran saber qué es la física, procuro mostrarlo sin decirle al lector que le hablo de esta rama de la ciencia para que sus prejuicios no lo estorben. Sin embargo, mi esperanza es que una lectura completa del libro muestre un panorama de la manera como los físicos interpretamos hoy el mundo. Tenemos una manera de ver las cosas influida por largos años de estudio, en que se combinan las matemáticas y la reflexión sobre la naturaleza. Es una mentalidad especial, entrenada en el uso de una mezcla de intuición imaginativa y rigor intelectual. Cuando observo algo que no entiendo, tengo la tendencia natural a buscarle una explicación inmediata. Los conocimientos de matemáticas y de física acuden entonces en mi ayuda y llenan una especie de caja de herramientas a mi lado para construir la teoría. A veces no sirven demasiado, pero suelen también ayudar. Si lograra en estas páginas transmitir algo de esa manera de pensar, me sentiría contento. Quizás el mundo material no sea como lo vemos. Pero hasta la fecha nadie ha encontrado una manera mejor de entenderlo y por eso vale la pena conocer algo del lenguaje y de los conceptos que dominan la física de hoy.
El ideal sería tener una varita mágica que despertara inquietudes y preguntas dormidas. Pero sé que cuesta mantener la atención del lector en estos temas, y me siento obligado a pedirle que acepte explicaciones algo áridas a veces, o un vocabulario nuevo que necesito ir desarrollando para que nos podamos comunicar. Lo que aquí presento es un panorama global, como un rápido paseo guiado por un museo, sin detenerse demasiado en ningún cuadro en particular. He incluido tópicos que no se encuentran en libros similares, y dejado fuera otros que ya están demasiado cubiertos. Para ilustrar conceptos a menudo menciono números, los cuales deben entenderse siempre como cifras aproximadas solamente. Aparte de informar, ojalá estas líneas estimulen la reflexión en torno a la experiencia diaria con las cosas que nos rodean. El mundo es extraordinariamente diverso y el comportamiento de las cosas nos deja a menudo perplejos. ¿Cómo no observarlo, cómo no detenerse ante tanta belleza, unidad, armonía? Ignorarlo es como jamás haber leído un libro o escuchado música. Se puede sobrevivir así, pero se pierde demasiada riqueza y satisfacción espiritual.
Cuando le conté a un visitante alemán que planeaba hacer un libro sobre toda la física, me preguntó en cuánto tiempo lo iba a escribir. Le dije que en cinco meses, a lo que respondió “serán cinco años”. Me imaginé entonces a Mozart escribiendo la Flauta Mágica en diez días, y luego pensé cuán distante estoy yo de ser un Mozart, de escribir a toda velocidad sin cometer errores, de producir algo genial… Qué depresión. Traté de zafarme con todas las argucias imaginables, pero siempre mi interior dijo ¡No!, hay que hacerlo. Y rápido. El desafío ya lo había aceptado y tenía que cumplir. Me puse un horario de trabajo en las mañanas y poco a poco, golpe a golpe, fueron saliendo palabras, ideas, conceptos. El resultado no es una pequeña serenata diurna mozartiana ni nada que se le parezca, pero ha quedado el tema cubierto.
El libro está pensado para leerse de corrido, más como un relato liviano que como un texto de física. Los temas tratados son tan vastos y diversos que necesariamente los recorremos sin intentar profundizarlos. Quien desee adentrarse en los detalles encontrará una guía en la bibliografía indicada al final del libro, seleccionada teniendo en mente lectores que prefieren no entrar en el lenguaje matemático. También se ha incluido un glosario, y un índice temático que permite ubicar rápidamente en el escrito algún concepto particular. El apoyo de esa inmensa biblioteca contenida en internet es un valioso recurso para complementar esta lectura.
Agradezco el apoyo constante y comprensivo de mi esposa Isabel, de mis hijas Alejandra y Magdalena, y de mi hijo Sebastián. Cada uno me entregó algo valioso a su manera, que aprecio infinitamente. Agradezco también a Bruno Philippi por empujarme a esta aventura, a Carlos Friedli por abrirme los cofres de su informadísimo e inagotable intelecto, a Jorge Alfaro y Hernán Quintana por corregirme en áreas en que saben muchísimo más que yo, a Gisela Hertling y Roberto Musa, por leer pacientemente cada palabra del manuscrito (y sugerirme sin cuenta correcciones).
También expreso mi gratitud a Zdenka Barticevic, Cecilia García Huidobro, Juan Antonio Guzmán, Douglas Hofstadter, Leopoldo Infante, Marcelo Loewe, Nicolás Majluf, Karl von Meÿenn, Mónica Pacheco, Gustav Obermeir, Jorge Ossandón, Julio Retamal, Arturo Reyes, Carlos Rivera y Cristóbal Sánchez, quienes contribuyeron de una u otra manera a lo bueno que pueda contener este libro. Lo malo, es de mi entera responsabilidad.
Capítulo 1
Diversidad
Sentado frente a la ventana, observo el pequeño jardín asoleado, con su terraza en sombra. Veo las sillas blancas de plástico, los maceteros de arcilla rojos, el patio de cemento, la pelota de fútbol, de cuero, en un rincón; veo las hojas de los más variados verdes en los árboles. Veo el cielo azul y el agua de la manguera que lo salpica todo. En este momento, un sorprendente picaflor, quieto en el aire, sostenido apenas por la invisible esfera de su veloz aleteo, extrae ávidamente el néctar de un abutilón. Veo los cables de electricidad en la calle, el metal de la reja en la ventana, la lámpara de bronce de mi abuela sobre un extremo de la antigua mesa en que trabajo, el cuaderno de papel a mi lado, el procesador de palabras en que escribo, mis dedos que se mueven sobre su teclado. Me veo a mí mismo viendo y me pregunto ¿cómo es todo ello posible? ¿Por qué tanta diversidad?
Estas simples preguntas, y otras como ellas, han acompañado a las culturas desde sus inicios y surgen en la mente de cada ser humano muchas veces a lo largo de su vida. Todos han buscado respuestas, aunque algunos en forma más dedicada que otros.
Un ejemplo de esta actitud, rico en anécdotas, personajes y descubrimientos, lo provee la historia de la astronomía, esa antigua práctica de abrir una ventana del intelecto hacia lo más grande, hacia aquello que siempre ha fascinado y sobrecogido al ser humano: el cielo. Es también el origen del largo peregrinaje seguido por las culturas más antiguas en el sendero de las preguntas.
Allá arriba…
El asombro ante lo que vemos al mirar hacia arriba es tan antiguo como la humanidad. El Sol, las estrellas fijas y las fugaces, la Luna y sus fases, los cometas, los eclipses, el movimiento de los planetas en el cielo, despertaron siempre admiración, curiosidad y temor. Lo atestiguan silenciosos monumentos de épocas remotas como Stonehenge en Inglaterra, Chichén Itzá en México, Angkor Vat en Camboya, los Moai en Isla de Pascua, Abu Simbel en Egipto.
Desde tiempos remotos las civilizaciones sobre la Tierra tuvieron cada una su propia visión del cosmos. El Inca se consideraba descendiente del dios Sol. Para los aztecas el joven guerrero Huitzilopochtli, símbolo del astro rey, amanecía cada mañana con un dardo de luz combatiendo a sus hermanos, las estrellas, y a su hermana, la Luna, para que se retirasen y así imponer su reinado diurno. Moría en el crepúsculo para volver a la madre Tierra, donde renovaba su fuerza a fin de enfrentar un nuevo ciclo el día siguiente.
Para las tribus primitivas de la India, la Tierra era una enorme bandeja de té que reposaba sobre tres inmensos elefantes, los que a su vez estaban sobre la caparazón de una tortuga gigante. Para los antiguos egipcios el cielo era una versión etérea del Nilo, por el cual el dios Ra (el Sol) navegaba de Este a Oeste cada día, retornando a su punto de partida a través de los abismos subterráneos donde moran los muertos; los eclipses eran provocados por ataques de una serpiente a la embarcación de Ra. Para los babilonios la Tierra era una gran montaña hueca semi sumergida en los océanos, bajo los cuales moran los muertos. Sobre la Tierra estaba el firmamento, la bóveda majestuosa del cielo, que dividía las aguas del más allá de las que nos rodean.
El Sol nos ilumina y nos calienta de día. La Luna alumbra la noche. Los planetas se mueven lentamente sobre el fondo inmutable de las estrellas, describiendo trayectorias aparentemente circulares. El ritmo de las estaciones nos trae los coloridos cambiantes de las flores y las hojas de los árboles, e impone a las siembras que nos alimentan el rigor implacable de sus ciclos. Produce la migración de los pájaros y la aparición o desaparición de insectos y otros animales. El ciclo diario despierta a gallos, lechuzas y murciélagos en diferentes horarios. La regularidad de las fases lunares es la de las mareas y coincide misteriosamente