Una nueva termodinámica
La termodinámica trata de las cosas que se pueden y no se pueden hacer. Por ejemplo, una consecuencia de la segunda ley que la describe es que cuando se genera calor a través de la fricción en un volante de inercia no se puede invertir la transferencia de energía y, así, convertir el calor en trabajo útil y accionar un pistón. Esto parece chocar con las leyes de reversibilidad que rigen las partículas microscópicas del volante y el pistón, que dicen que si un movimiento hacia adelante está permitido, también lo está su reverso.
La forma habitual de explicar esta contradicción es decir que las leyes termodinámicas son aproximaciones emergentes de lo que ocurre a escala microscópica. Solo son válidas en un sentido estadístico para un gran número de partículas: las leyes reversibles y microscópicas del movimiento son las leyes fundamentales.
Una de las consecuencias de todo ello es que las leyes de la termodinámica, tal y como están, son insuficientes para construir motores hechos de unas pocas partículas, un obstáculo en el camino hacia el desarrollo de nanomáquinas, que podrían usarse para reparar células o eliminar sustancias nocivas de la atmósfera.
AL REVÉS. El enfoque de la ciencia del se puede y no se puede toma un camino diferente. Dice que una transformación termodinámica es posible cuando puede llevarse a cabo en un sistema con una precisión arbitrariamente alta, con un error arbitrariamente pequeño, por un ente que opera en un ciclo, de forma fiable. Por ejemplo, un agitador mecánico podría aumentar la temperatura de una masa de agua que, de otro modo, estaría aislada, incrementando la energía cinética de sus moléculas. Pero en este caso, la inversión de la trayectoria no realiza la operación inversa de enfriar el agua: para eso se necesita un refrigerador, una máquina cíclica que va mucho más allá de que los átomos del agitador funcionen al revés.
Así, poder transformar algo no siempre significa que su transformación inversa sea posible, y la irreversibilidad formulada en términos de posibilidad e imposibilidad no choca con las leyes de simetría temporal. En la ciencia de la posibilidad y la imposibilidad, se puede formular una segunda ley de la termodinámica que sea válida en todas las escalas, al margen de las leyes dinámicas que sigan las partículas.
Pero volvamos al punto de partida y reflexionemos sobre los avances tecnológicos que podría suscitar un ordenador cuántico universal. En la década de 1940, el matemático John von Neumann señaló que una computadora universal capaz de realizar todos los cálculos físicamente permitidos no sería, sin embargo, la máquina más universal que se podría programar. Así, concibió el constructor universal, un ingenio que podría realizar todas las transformaciones físicamente posibles. En esencia, sería una impresora 3D todopoderosa que podría programarse para producir cualquier cosa.
VON NEUMANN NO LOGRÓ IDEAR UNA BASE FÍSICA PARA SU CONSTRUCTOR UNIVERSAL Y MUCHO MENOS DISEÑAR UNO. Pero la ciencia del se puede y no se puede, cuando esté desarrollada, será la mejor candidata para la teoría que subyace a ese constructor universal. Por eso, el conjunto de proyectos destinados a ponerla en práctica se denomina programa de la teoría del constructor. Propuesto originalmente por el físico David Deutsch, ahora lo llevan a cabo mi grupo de la Universidad de Oxford y nuestros colaboradores del Centro de Tecnologías Cuánticas de Singapur y del Instituto para el Intercambio Científico y el Instituto Nacional de Metrología de Italia, ambos en Turín.
Nuestra esperanza es que esa teoría sea fundamental para la revolución tecnológica posterior a la computación cuántica, al igual que la termodinámica ayudó a impulsar la revolución industrial. Aún es pronto para saberlo. La ciencia es tentativa: cuanto más rápido cometamos errores, más posibilidades tendremos de progresar.
La física está llena de problemas abiertos que con demasiada frecuencia se barren bajo la alfombra. Lejos de ser indeseables, son oportunidades para encontrar el próximo avance. No hay garantía de que la ciencia del puede y del no se puede tenga éxito, pero nos enseñará mucha física al resolver algunos problemas. Es más, ya lo está haciendo. Se dice que la mejor manera de predecir el futuro es inventarlo. Pues bien, la ciencia del se puede y no se puede es una de las apuestas más prometedoras en este sentido.
Una teoría del conocimiento enraizada en la física nos permitiría avanzar en la búsqueda de vida extraterrestre y el desarrollo de la inteligencia artificial