Retos de la Ciencia

El colisionador lineal internacional (Imagen: Ray Hori)

Recientemente, la revista Investigación y Ciencia(1), dedica un número especial a los hitos y retos de la Ciencia. Si bien abarca algunos de los grandes hitos históricos y de las grandes incógnitas por resolver aún le quedan muchos en el tintero, pues la ciencia es prácticamente inabarcable, como lo es la capacidad del conocimiento humano. Con este escrito quiero hacer una pequeña síntesis y algunos comentarios sobre este acertado número. La parte más importante de la revista está dedicada, como no podía ser de otro modo por su gran actualidad, al problema de las epidemias que, lejos de estar resuelto, aparece periódicamente con gran virulencia en las sociedades modernas. Se han realizado grandes descubrimientos, como la aparición de las primeras vacunas de finales del siglo XVIII y, de forma más clara, desde los años 60 y 70 del siglo pasado, como la vacunación sistemática contra la viruela en 1972. Pero también ha sido decisiva la aparición de los antibióticos, la penicilina en 1897, seguida por muchos más, desarrollados en el siglo XX. La identificación de los agentes infecciosos se inició, a finales del siglo XIX, por Robert Koch en el tratamiento del cólera, dando pie a los innovadores desarrollos de la medicina moderna del siglo XX en el tratamiento de las enfermedades infecciosas y, consecuentemente, en el espectacular aumento de la esperanza de vida.

La aparición del sida en los años 80 del siglo pasado demostró que aún quedaba mucho por hacer en el campo de las epidemias, agravado por la globalización y la influencia de factores sociológicos y económicos.

En su interesante contribución a la revista, Jaume Terradas expone como la mayor parte de las enfermedades infecciosas tienen origen animal y, lo que es más preocupante, son nuevas, muy influidas y extendidas por los cambios ambientales y el aumento de los desplazamientos humanos.

El origen y evolución del Universo, el origen de la vida humana y el significado del ser humano, ocupan otros cuantos artículos de la Revista.

Alfredo Marcos analiza la pregunta filosófica clave sobre la propia esencia del ser humano, que persiste desde hace milenios, pero que ha adquirido características especiales con el advenimiento de la ciencia y la tecnología. La teoría de la evolución de Darwin supuso un paradigma en la interpretación de la esencia del ser humano, que se ha continuado con el desarrollo de la genética y los avances médicos, particularmente los estudios del cerebro humano. Los grandes avances en el conocimiento del Universo, su evolución y la tecnología desarrollada como consecuencia de los avances científicos, inciden en la propia idea del hombre hacia su esencia y en sus relaciones sociales. Curiosamente, la consecuencia es una disgregación del propio concepto de ser humano y el establecimiento de una discusión abierta entre los defensores del antropocentrismo y sus rivales. La ciencia y la tecnología ayuda a responder a la pregunta sobre el ser humano, si bien no debe exagerarse el discurso.

Kate Wong nos plantea la dificultad para comprender la evolución de nuestra especie humana. Tras las grandes obras de Darwin, a finales del siglo XIX, “El origen de las especies” y “El origen del hombre”, que revolucionaron las ideas acerca de la naturaleza y permitieron a la ciencia avanzar por caminos rigurosos y libres de prejuicios ideológicos y racistas, los últimos descubrimientos nos indican que la evolución del hombre es compleja, no lineal y plena de incógnitas por resolver. Si bien el propio Darwin abogaba por una evolución monogénica, en la que el hombre tendría un único ancestro común, la gran cantidad de fósiles hallados desde entonces y sus estudios científicos rigurosos indican que la situación es diferente y mucho más compleja. Un punto común de convergencia entre los paleoantropólogos es el origen africano de la especie humana. Sostienen, además, que la evolución no es lineal, con períodos de avance y retroceso y que varias especies de homininos han convivido durante gran parte de su propia evolución, hace millones de años. Por otra parte, el Homo Sapiens ha convivido con otras especies humanas, como los neandertales y los denisovanos, durante sus desplazamientos por el planeta, desde su aparición en África hace 350.000 años, hasta hace menos de 40.000 años, convirtiéndose en la especie hegemónica hace tan solo entre 15.000 y 30.000 años. Ni siquiera se puede afirmar que el Homo Sapiens haya logrado esa supervivencia por su mejor capacidad intelectual, sino por una mayor capacidad de adaptabilidad, que puede estar relacionada con el mestizaje. De hecho, el estudio del genoma indica que pudo haber mezcla entre homininos en los antiguos humanos.

El origen de la vida, como el origen de la materia, se encuadran en la gran pregunta acerca del origen y evolución del Universo. En este punto hay dos grandes escuelas científicas, trabajando desde los extremos de la escala de tamaños más alta macroscópica, como es la astronomía, y la escala más pequeña, submicroscópica, como es la física de partículas. Ambas disciplinas se mezclan en los estudios de cosmología, donde astrofísicos y físicos de partículas se complementan con sus diferentes conceptos, teorías y métodos de estudio.

Efectivamente, cuando el Universo pasó por la etapa de desacoplamiento entre radiación y materia, cuando tenía aproximadamente 300.000 años de existencia, la radiación remanente conocida como radiación cósmica de fondo de microondas es el objeto de estudio de los cosmólogos astrofísicos, que se ocupan de su estudio detallado ya que el Universo es opaco a tiempos anteriores. Por su parte, los físicos de partículas simulan, con aceleradores de partículas, el Universo en sus primeras fracciones infinitesimales de segundo, tras el Big-Bang.

Martin Rees, un conocido astrofísico, nos muestra cómo, tras el descubrimiento casual en 1965 por parte de Arnos Penzias y Robert Wilson, ingenieros de los laboratorios Bell, del fondo de microondas, el modelo del Big-Bang cogió fuerza. La cosmología astrofísica posterior se ha basado, esencialmente, en el estudio preciso de esta radiación, sus ligeras perturbaciones, semillas de las actuales estructuras del Universo, como las galaxias y los cúmulos de galaxias, y las indicaciones indirectas sobre un período inflacionario tras el Big-Bang. Otros grandes hitos de la cosmología moderna están ligados al estudio del movimiento de estrellas y galaxias, indicativas de la expansión del Universo y de la existencia de materia oscura en una proporción cinco veces superior a la materia bariónica, la bien conocida por el modelo estándar de la física de partículas. Además, estudios conjuntos cosmológicos y de dinámica de galaxias y estrellas han permitido medir con precisión la cantidad de materia oscura, así como la constatación de la aceleración de la expansión del Universo, promovida por una desconocida energía oscura que supone el 70% de la energía del mismo.

Retos de la Ciencia

Crédito:  http://ESA PLANCK COLLABORATION – D. DUCROS / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Todos estos descubrimientos han sido posibles gracias a los grandes avances tecnológicos que han conducido a experimentos muy sofisticados, tanto en los observatorios astronómicos terrestres, como en las misiones espaciales con satélites artificiales. Otro gran triunfo, iniciado por el experimento LIGO en 2015, mediante interferometría muy precisa, ha sido la observación de ondas gravitacionales procedentes de colisiones de agujeros negros y/o de estrellas de neutrones, tal como predice la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Su observación ha abierto el camino a otra gran línea de investigación en astrofísica, la del estudio de las ondas gravitacionales, complementaria al estudio de ondas electromagnéticas en las que se basaban todos los estudios presentes hasta ahora. Como he indicado, no es posible realizar la observación directa del Universo temprano, porque es opaco a ese tiempo anterior a los 300.000 años. Pero sí que es posible simularlo mediante las colisiones a enormes densidades de energía que se producen en los grandes aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones del Laboratorio Europeo de Física de Partículas, el LHC del CERN. Precisamente el desarrollo de los grandes proyectos con aceleradores de partículas, iniciados en la segunda mitad del siglo XX, han culminado en el conocimiento al nivel más elemental y fundamental de la estructura del Universo, así como de sus interacciones fundamentales, lo que llamamos Modelo Estándar(2). Lo que nació a principios del siglo XX como Mecánica Cuántica, una nueva teoría para explicar el mundo microscópico, subatómico, de la materia, serviría para explorar las profundidades de la estructura íntima de la materia y, como contrapartida, los primeros instantes de existencia del Universo cuando apenas tenía una billonésima de segundo tras el Big-Bang. El último gran descubrimiento de esa estructura lo hicimos en el año 2012, en el LHC, al observar el mensajero del campo que genera la masa de las partículas elementales, el campo de Higgs. Con esta partícula completamos el modelo estándar, pero se nos quedan muchas incógnitas sin resolver, entre ellas la escasez de antimateria, cuando el Universo primordial la contenía en igual proporción que la materia. Nos quedan, además, otras incógnitas esenciales, como la materia y energía oscura, ya citadas en los estudios cosmológicos. Nuevos experimentos, tanto en astrofísica como en física de partículas, nos darán pistas o incluso descubrimientos para resolver estas incógnitas. El LHC está preparado para funcionar con mayor intensidad durante los próximos quince años, y estamos preparando un gran proyecto, el colisionador lineal internacional (ILC), complementario al LHC, que nos permitirá entender con gran precisión las propiedades del bosón de Higgs, cómo se acopla a otras partículas y a sí mismo y, si la Naturaleza quiere mostrarse en sus misterios, nos aguardan nuevos descubrimientos. Mientras tanto los físicos teóricos siguen profundizando en sus técnicas, ahondando en la precisión de sus cálculos y, si el ingenio avanza en la dirección que deseamos, una nueva teoría que conjugue la gravitación universal y la mecánica cuántica nos permitirá avanzar en el conocimiento de los instantes más cercanos al origen del Universo, además de dotarnos de instrumentos para la exploración de objetos exóticos, como los agujeros negros. Los grandes desarrollos científicos del siglo XX han ido parejos con los desarrollos tecnológicos(3). La mecánica cuántica permitió el desarrollo de la electrónica moderna, sin la cual nuestra vida sería completamente diferente, del mismo modo que la electricidad, desarrollada científicamente en el siglo XIX, revolucionó la sociedad mundial y dio lugar a una era en la que la comunicación ha adquirido unas dimensiones mundiales. La tecnología desarrollada para satisfacer las necesidades de los grandes experimentos científicos en astrofísica y física de partículas ha modificado y mejorado la industria y la medicina, entre otras, y es la causa del aumento de la esperanza de vida de la sociedad moderna. El desarrollo de las redes de comunicación (Internet) y su lenguaje de uso global (World Wide Web), debido a los desafíos de la industria de la ciencia en los grandes laboratorios mundiales como el CERN, ha revolucionado la sociedad moderna, debido a la globalización en las comunicaciones y transmisión de información. Todos ellos son aspectos positivos del progreso, que no está exentos de peligros para la propia humanidad si se utilizan de forma inadecuada y no sostenible, como está ocurriendo en este era antropocéntrica, en la que el cambio climático es una de las grandes preocupaciones mundiales, para cuyo control es necesario, nuevamente, la ciencia y, sobre todo, la ética y acogimiento a los objetivos de desarrollo sostenible por parte de toda la humanidad, sus élites en primer lugar.

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(1) Investigaciòn y Ciencia, Noviembre 2020

(2) Alberto Ruiz Jimeno (IFCA, CSIC-Univ. Cantabria), “Pasado, presente y futuro de los aceleradores de partículas” , conferencia invitada online en el Ateneo de Santander, 13-Mayo- 2020. https://www.youtube.com/watch?v=r4srh_DwxKs

(3) Alberto Ruiz Jimeno (IFCA, CSIC-Univ. Cantabria), “Aceleradores: Ciencia y Sociedad” , conferencia invitada online en “Tardes con Ciencia”, IFCA, 26-Mayo-2020 https://youtu.be/7Qje4T7SFBc