Chiara Marletto es investigadora en Wolfson College, Universidad de Oxford. Su investigación se centra en la física teórica, especialmente en computación cuántica, termodinámica y teoría de la información. Sus intereses más amplios incluyen la biología teórica, la epistemología y la literatura italiana. La ciencia de lo que se puede y no se puede: el viaje de un físico a través de la tierra de los contrafactuales intenta avanzar una nueva base fundamental para la física. Es su primer libro no académico.
Usted defiende un enfoque radicalmente diferente de la física, al que llama la ciencia del poder y del no poder. ¿Qué significa eso?
Es un nuevo modo de explicación. Desde Newton, la física tradicional ha estado usando las leyes del movimiento, describiendo cómo se mueven los objetos en el espacio y el tiempo, qué le sucede a una manzana si la pones en movimiento de esta o aquella manera. Con una excepción: termodinámica. Las leyes de la termodinámica prescriben el imposibilidad de movimiento perpetuo; al hacerlo, imponen poderosas restricciones a todas leyes del movimiento: las conocidas y las que aún no se conocen. La teoría de constructores sigue la misma lógica, pero se extiende a un contexto mucho más amplio. Expresamos todas las leyes fundamentales como restricciones sobre qué transformaciones son posibles e imposibles. Este interruptor aparentemente simple es muy poderoso. Por ejemplo, puede capturar entidades que las leyes tradicionales del movimiento no pueden manejar exactamente: información, la física de la vida e incluso la mente.
Durante gran parte de la En el siglo pasado, se generó un debate en la física sobre cómo conciliar la teoría cuántica y la relatividad general. ¿Es su libro un paso hacia la respuesta a esa pregunta?
La ciencia del poder y del no poder se encuentra en un nivel más profundo que la relatividad general y la teoría cuántica. Fue propuesto por el pionero de la computación cuántica David Deutsch para ampliar la teoría cuántica de la computación. Al igual que este último, consta de principios físicos más profundos: pautas para unir constantemente diferentes leyes del movimiento, como la teoría cuántica y la relatividad general, sin dejar de preservar sus respectivas características centrales. Por lo tanto, proporciona nuevas herramientas clave para ayudar con esa pregunta. Y eso es bueno. Es como con Covid: quieres probar todas las formas posibles de resolver el problema.
Muchos científicos han explorado teorías complejas, como la teoría de cuerdas, como un medio para tender un puente entre estos dos mundos aparentemente irreconciliables. ¿Por qué no menciona ese tipo de física teórica?
Mi investigación no busca encontrar un candidato para fusionar la relatividad general y la teoría cuántica, por lo que esas propuestas no se ajustan al enfoque del libro. Creo que una dificultad con ellos es que les resulta difícil proporcionar predicciones comprobables. La ciencia de can y can’t es útil aquí, porque proporciona nuevos caminos hacia predicciones comprobables, incluso en dominios relevantes para la gravedad cuántica.
Hablas del «contrafactual» en el libro. ¿Qué quieres decir con ese término?
Mi forma de pensar sobre los contrafactuales es específica de la física. Los enunciados contrafácticos se refieren a lo que es posible o imposible, en contraposición a lo que sucede. Tomemos el principio de incertidumbre de Heisenberg: es imposible construir un medidor perfecto tanto de la posición como de la velocidad de un electrón. No se trata del hecho de que un medidor perfecto no sucederá dada una condición inicial particular; Heisenberg dice que no puede suceder en absoluto, sin importar cuál sea la condición inicial. Ese es un requisito mucho más estricto.
¿Diría que su libro trata tanto de la filosofía de la ciencia como de un argumento a favor de un tipo particular de física?
Tiene mucha filosofía. Yo diría que los mejores argumentos de la física son muy filosóficos. Pero el libro trata principalmente de física.
Usted argumenta en contra del reduccionismo, la idea de que todo en el universo puede reducirse a la dinámica de partículas elementales. ¿Existe algún peligro de que lo sobrenatural se deslice hacia una concepción anti-reduccionista de las cosas?
Creo que existe esta idea errónea de que la única forma de eliminar lo sobrenatural de nuestras explicaciones es reducir todo a leyes dinámicas microscópicas y condiciones iniciales. Ese es simplemente un posible nivel de explicación. Pero hay otras cosas que también son explicables en términos científicos, sin apelar a lo sobrenatural, pero no se pueden reducir a ese nivel de explicación. Un ejemplo son las leyes de la computación: no son leyes microscópicas del movimiento, pero son compatibles con ellas. No están diciendo que las computadoras sean mágicas: son leyes físicas que capturan algunos fenómenos de la naturaleza, en un nivel explicativo diferente. Si se adhiere únicamente a las leyes microscópicas, perderá las regularidades de la naturaleza que permiten las computadoras clásicas y cuánticas.
¿Cuál es la relación entre la computación cuántica y la teoría cuántica? ¿Cuál está liderando al otro?
La teoría cuántica fue lo primero, históricamente. Pero en los 80, algunos científicos se dieron cuenta de que los aspectos desconcertantes de la teoría cuántica en realidad tenían mucho más sentido en relación con la teoría de la computación. Resultó que al estudiar las propiedades de la computadora cuántica universal, un desarrollo teórico de la máquina de Turing, pudimos comprender la teoría cuántica mucho mejor. Por tanto, considero que la teoría de la computación cuántica es más fundamental porque captura los fundamentos (contrafácticos) de la teoría cuántica.
¿Cuáles imagina que podrían ser las aplicaciones prácticas de la ciencia del poder y del no poder?
La aplicación más espectacular es el constructor universal, una máquina que se puede programar para realizar no solo todos los cálculos posibles, sino todas las transformaciones físicas que permiten las leyes de la física. Es una impresora 3D todopoderosa. Podría haber una era, en el futuro lejano, en la que el constructor universal sea parte de nuestras vidas como lo son ahora las computadoras; esto podría revolucionar nuestra civilización.
Estás hablando de un poder computacional extraordinario. ¿Está ansioso por saber a dónde podría conducir ese poder cuando entramos en la era de la inteligencia artificial?
Sí, creo que, como científico, tienes estas preocupaciones. Pero le doy un gran valor al conocimiento que la humanidad puede crear, y lo que espero es que a medida que avanzamos en la ciencia, nuestra sociedad también pueda avanzar para buscar problemas potenciales que puedan surgir de las nuevas aplicaciones científicas, y soluciónalos.
¿Qué tan lejos estamos de que las computadoras cuánticas se conviertan en computadoras de trabajo confiables?
Más cerca que nunca, pero no sabemos hasta dónde. El objetivo inicial de construir la máquina cuántica universal de Turing se ha subdividido en objetivos más pequeños de construir computadoras cuánticas de propósito especial que puedan abordar tareas específicas, una a la vez; la criptografía es un ejemplo. Estas tecnologías cuánticas ya están aquí y se pueden utilizar en todo tipo de campos, desde la ingeniería hasta la biología y la medicina.
La física es tradicionalmente un campo muy dominado por los hombres. ¿Fue esa una imagen desalentadora cuando decidiste ingresar al campo?
Al elegir la física, no sentí que hubiera un problema, porque mis padres me empoderaron. Siempre me trataron como un individuo, por lo que la forma en que interactúo con el mundo no es principalmente por el hecho de que soy una mujer. Soy científico y me interesa la física, eso es todo. A veces me he encontrado con una incredulidad residual sobre el hecho de que haya mujeres en la física. Pero si persistimos en ello, se producirá un cambio cultural. Entonces, las niñas se darán cuenta de que pueden hacer lo que quieran (siempre que las leyes de la física lo permitan).