Tadashi Takayanagi: “Siempre habrá una cuota de azar en el universo”

Una ecuación fundamental para una ley fundamental”, dice Tadashi Takayanagi mientras el sol porteño de una mañana de fines de julio toca Ciudad Universitaria y entra por una ventana de la biblioteca del Departamento de Física. El sol ilumina gentilmente el rostro serio de este visitante japonés, también sus lentes sencillos y su cabello oscuro de corte recto. “Creo que debe existir algún tipo de diseño así, bello y simple, para una ecuación que describa la ley fundamental del universo –sigue–. Eso es lo que busco”.

Su área de investigación es la teoría de cuerdas, una propuesta de la física que está en las fronteras del conocimiento; desde su oficina en la Universidad de Kioto, Takayanagi –uno de los científicos más renombrados del Lejano Oriente– intenta comprender el origen del universo.

En 2006, Takayanagi pateó el tablero de la escena internacional cuando descubrió, junto a su colega Shinsei Ryu, un vínculo entre la teoría de la información cuántica y la teoría de la gravedad; o sea, entre lo tremendamente microscópico y lo exageradamente macroscópico. La fórmula Ryu-Takayanagi sirve desde entonces para explicar algunos aspectos raros de los agujeros negros, y esto a su vez nos permite entender más sobre la esencia del universo. Según el argentino Gastón Giribet, profesor de Física de la Universidad de Nueva York, “el trabajo de Takayanagi abrió el camino de una de las mayores líneas de investigación en física teórica en los últimos quince años”.

En 2024, Takayanagi recibió la Medalla Dirac, algo así como un Premio Nobel para la física teórica y las teorías del futuro. Junto a él también fueron premiados Shinsei Ryu y dos argentinos: Marina Huerta y Horacio Casini (dos referentes mundiales que dan clases en el Instituto Balseiro).

Uno de los físicos más relevantes del Lejano Oriente, es sin embargo un hombre sencillo, hijo único (ahora con 49 años) de un matrimonio compuesto por un ingeniero jubilado que trabajó a lo largo de su vida diseñando camiones, y de una mujer que se dedicó a las tareas del hogar.

Su familia materna es originaria de Hiroshima. De hecho, el abuelo de Takayanagi se encontraba refugiado, lejos de la ciudad, cuando cayó la bomba atómica, hace 80 años. Después de la guerra ese hombre se convirtió en un salaryman, un típico empleado de oficina, una parte anónima de la masa urbana, un punto en la estadística de la pujante economía japonesa de posguerra. Quizás un salaryman no entienda cómo la fuerza desatada por la fisión del átomo destruye el lugar en el que vive, pero su nieto sí lo entendió y se propuso ir más allá.

Ahora, en Ciudad Universitaria, Takayanagi menciona la famosa ecuación de la teoría de la relatividad general de Einstein. “Es muy bella”, dice, sonriendo apenas. “También hay ecuaciones similares en teoría cuántica de campos, en mecánica cuántica y en mecánica estadística. Las fórmulas más cruciales siempre están escritas de forma muy simple”.

Afuera, en un aula del Pabellón Cero+Infinito, hay una masterclass a sala llena. Este día de fines de julio, la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires es sede de la XXVII Escuela Giambiagi, un foro dedicado a la holografía, los agujeros negros y la teoría de la información, organizado por el Grupo de Física Teórica de Altas Energías de la UBA. Algunos de los héroes máximos de esta liga se han reunido aquí, incluyendo a Takayanagi, a Casini y a Giribet, y a los dos que vienen a ser como Federer y Nadal: Edward Witten y Juan Maldacena.

–¿Cómo explicaría en palabras sencillas la teoría de cuerdas?

–Hasta ahora sabemos que existen cuatro fuerzas diferentes en la naturaleza: la fuerza electromagnética, la interacción fuerte, la interacción débil y la gravedad. Sabemos describir las primeras tres fuerzas a la luz de la teoría cuántica, que es una teoría microscópica. Sobre eso sabemos mucho… Pero sobre la gravedad, no. Aquí aparece la teoría de cuerdas. La pregunta tradicional que se plantea en física de altas energías como principal problema es la siguiente: “¿Qué quedaría finalmente si intentamos descomponer una y otra vez cualquier material que nos rodea, como escritorios, libros, monedas, etcétera, en materiales más pequeños?”. La respuesta: partículas elementales. Ejemplos básicos de ellas son los electrones, los quarks y los fotones. Actualmente, disponemos de una teoría casi satisfactoria, el Modelo Estándar, que utiliza la formulación teórica de la teoría cuántica de campos, y que explica con precisión el comportamiento de las partículas elementales; se trara de una teoría confirmada por muchos experimentos. La siguiente pregunta importante será: “¿Cuál es la unidad mínima de nuestro espacio-tiempo o universo?”. Esta es una pregunta mucho más compleja y profunda, pero de suma importancia para explorar el origen y la estructura fundamental del universo.

–¿En ella pone el foco esta teoría?

–Sí. Mi objetivo de investigación es responder a esta pregunta. La teoría de la relatividad general de Einstein ya nos dice que, para comprender nuestro universo, necesitamos estudiar la teoría de la gravedad. Por lo tanto, necesitamos desarrollar la relatividad general para poder analizar una física microscópica de la gravedad, llamada gravedad cuántica. La teoría de cuerdas es el candidato más prometedor para integrar la gravedad cuántica al resto del sistema, y por eso la estudio en la mayoría de mis investigaciones.

–Y además la teoría de cuerdas trabaja sobre los agujeros negros. ¿Pero por qué deberían importarnos los agujeros negros?

–Son objetos estelares muy compactos, donde la fuerza gravitacional es extremadamente fuerte. Einstein describió cómo se forma un agujero negro: ese es el mundo macroscópico. Pero, como decía antes, lo que nos interesa ahora es la gravedad microscópica, aún no del todo explicada. Comprenderla es muy importante para responder esta pregunta: ¿cómo se creó nuestro universo? La teoría de cuerdas intenta resolver el problema, ya que considera que el objeto fundamental del universo es una cuerda microscópica mucho más pequeña que un átomo, que un protón y que un quark. Es muy difícil realizar experimentos realistas para confirmar la existencia de las cuerdas, pero ésta está matemáticamente bien definida y podemos pensar que es una teoría fundamental, una teoría que lo explica todo.

–Una vez que sepamos cómo se originó el universo, ¿podremos saber qué había antes del principio?

–Quizás no hubiera nada antes del principio. Por ahora no lo sabemos. Puede ser que existiera otro universo y que se haya achicado hasta ser muy pequeño, y tal vez después pudo haberse vuelto a expandir.

–¿Estamos cerca de saberlo realmente?

–No. Aún falta mucho, principalmente porque desconocemos la ley fundamental de la física, la teoría que lo explica todo. Pero hay muchas ideas interesantes.

–La teoría de cuerdas no ha sido probada aún. Pero ¿cuál es la evidencia más sólida de que las cuerdas existen?

–Sin asumir la teoría de cuerdas, no podemos explicar la gravedad cuántica. Al contrario, una vez que admitimos que todo está compuesto de cuerdas podemos comprender la gravedad cuántica. Y al menos la teoría de cuerdas es matemáticamente consistente. Hay una evidencia muy importante de esta teoría. Esa evidencia se encuentra, como decía antes, en los agujeros negros, que son objetos muy pesados que surgieron de estrellas y cuyas características, al menos algunas, pueden ser explicadas mediante la teoría de cuerdas. Esa es la evidencia. Para ser honestos, no es una situación completamente realista, ni mucho menos ideal, porque solo podemos calcular estos casos teóricamente.

–¿Y cree que la teoría de cuerdas puede ayudarnos a comprender el contrapunto entre aleatoriedad y determinismo en el universo?

–Sí, creo que puede ayudarnos a comprender esto. La teoría de cuerdas siempre nos da algún tipo de diseño básico; es decir, describe el universo. Pero, honestamente, no está completa: no podemos describir cómo se creó el universo solamente a través de la teoría de cuerdas. Así que ésta todavía es un tema en desarrollo, pero asume la idea de que existen reglas simples que lo explican todo. Esto siempre es cierto en la teoría de cuerdas y aunque usa muchas matemáticas, su regla fundamental siempre es fácil, en mi opinión. Creo que eso nos da una pista muy sólida respecto a comprender el destino del universo mediante ideas simples. En algún momento, así, obtendríamos una ecuación, pero tal vez haya varias soluciones para esa ecuación y en tal caso, puede que haya margen para la aleatoriedad. Atención, no estamos completamente seguros acerca de cuál será el resultado y espero que podamos minimizar el margen de aleatoriedad tanto como queramos. Aún así, siempre habrá alguna cuota de azar en el universo. Este azar puede ser importante, y también tomar un promedio aleatorio puede ser importante para predecir algo.

–Entonces cree que existe algo así como un diseño para las leyes del universo…

–Creo que sí. Creo que hay algún tipo de diseño muy bonito. En mi investigación, observo la naturaleza para entender las leyes fundamentales. Uno de mis pasatiempos es coleccionar cristales. Empecé cuando era estudiante: solía visitar antiguas minas y canteras con mis amigos; ahora lo sigo haciendo y voy a minas antiguas, abro piedras y encuentro adentro estos cristales. Luego los dejo en casa o en mi oficina. Cuando no estoy ocupado, visito museos en Japón y en el extranjero para observar cristales. Lo que encuentro particularmente fascinante de los cristales es que, por supuesto, se ven hermosos, pero la razón por la que tienen esa apariencia y ese contraste es que, al observarlos microscópicamente, los átomos están dispuestos en un patrón muy regular. En ese sentido, conectan lo microscópico con lo cristalino, lo cual me resulta muy inspirador. Por otro lado, hay muchos cristales sorprendentes, y siempre están ocultos bajo tierra. Del mismo modo, hay muchas fórmulas y ecuaciones escondidas. Debemos desenterrarlas. Debemos buscarlas sin saber a dónde están, y aunque puede ser que terminemos embarrados, después de desenterrarlas por fin brillarán.

–Entonces, ¿cree que se está trabajando con una teoría que podría ser la anhelada teoría del todo; es decir, la teoría única que explique lo megagigantesco y lo infraliliputiense que hay en el universo?

–Sí, exactamente.

–A esa teoría usted contribuyó de una manera importante. ¿Cómo nació su colaboración con Shinsei Ryu, con quien luego llegaría a desarrollar la famosa fórmula Ryu-Takayanagi?

–Él trabajaba en física de la materia condensada, física de materiales. Yo trabajaba en física de altas energías, gravedad o física de partículas. Teníamos trayectorias diferentes. Nos habíamos graduado de la misma universidad, la de Tokio, pero nos conocimos más adelante, siendo investigadores en la Universidad de California en Santa Bárbara, Estados Unidos. Él estaba en el departamento de Tecnología. Yo en el de Ciencias. Nuestras oficinas estaban muy cerca y charlábamos todos los días, salíamos a comer, etcétera. Una vez nos preguntamos: ¿cuál es el tema más interesante de la física teórica? Y así fue como empezamos a trabajar juntos.

–Imagine un día cualquiera de investigación, en su oficina en la Universidad de Kioto. Afuera, el planeta está en conflicto: en 2024, hubo 56 guerras que involucraron a 92 países. ¿Cómo se ve afectado su trabajo, y en general el de la comunidad científica?

–Nos afecta cuando tenemos una conferencia o un taller en el que participa gente de todo el mundo. A veces hay restricciones de viajes. Al mismo tiempo, tenemos reuniones y debates en línea, y también podemos enviar correos electrónicos. Pero estoy un poco preocupado por todo eso: uno de mis colaboradores es iraní y vive en Teherán.

–Por último, algo sobre la cosmovisión japonesa tradicional. Ésta es diferente a la occidental. Propone, por ejemplo, un entendimiento del tiempo que no es el del progreso en línea recta, sino un ciclo continuo, con patrones recurrentes y cíclicos. ¿Cómo influyó todo esto en su pensamiento?

—Sí, hay diferencias. Pero, al mismo tiempo, la ciencia japonesa se desarrolló básicamente con la introducción de ideas occidentales de la era Meiji. Por otro lado, los japoneses tenemos una idea básica de respetar la naturaleza: las montañas, los ríos, etcétera. Esto, creo, todavía está muy presente. Estamos muy formados por esa manera de vivir. Y sin embargo, intentamos explorar diferentes mundos para buscar nuevas ideas. Así que no nos centramos en una sola teoría, sino también en los temas relacionados. Quizás eso también sea útil para la ciencia. Por mi parte, cuando me estanco en la investigación o tengo mucho que pensar, doy un paseo por mi barrio. En Kioto hay muchos santuarios sintoístas y también muchos templos budistas. Me gusta explorar esos sitios para refrescar la mente.

EN BUSCA DE LA TEORÍA DEL TODO

PERFIL: Tadashi Takayanagi

Tadashi Takayanagi nació en Tokio en 1975. Estudió física en la Universidad de Tokio, donde recibió su licenciatura en 1998, su maestría en 2000 y su doctorado en 2002. Fue investigador posdoctoral en la Universidad de Harvard.

Hoy enseña en de la Universidad de Kioto. Físico teórico, es especialista en la teoría de cuerdas, que plantea que las partículas elementales en el universo son cuerdas y aspira a explicar las leyes del universo.

En 2006 se hizo conocido por la fórmula de Ryu-Takayanagi, que se aplica a los agujeros negros. Los agujeros negros pueden dar pistas sobre el origen del universo.

En 2016 recibió el Premio Conmemorativo Nishina por el descubrimiento y desarrollo de la fórmula de la entropía del entrelazamiento holográfico.

En 2024, volvió a recibir la Medalla Dirac del ICTP junto con Ryu y los científicos argentinos Horacio Casini y Marina Huerta por sus ideas sobre la entropía cuántica en la gravedad cuántica y las teorías cuánticas de campos.

Por Javier Sinay

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