El profesor Philip W. Anderson, premio Nobel de Física, profesor de Princeton y uno de los físicos más influyentes de las últimas 5 décadas cumple hoy, 13 de diciembre, 90 años. Uno ya se ha acostumbrado a que casi nadie sabe quien es Jhon Bardeen, dos veces premio Nobel de física, e inventor de los transistores que hacen funcionar toda la electrónica que nos rodea, y que en cambio permite que todos sepamos quien narices es Belén Esteban. Por tanto, que P. W. Anderson sea un perfecto desconocido para el gran público no puede sorprenderme menos. En esta entrada intentaré explicar, de forma me temo que un tanto críptica para los no iniciados, la influencia enorme de su obra.
P. W. Anderson es físico teórico de la materia condensada. De hecho, una de sus muchísimas contribuciones fue ponerle el nombre a este vasto campo de la física, al cuál se dedican aproximadamente la mitad de los físicos del mundo, y que estudia la materia que nos rodea: el agua que bebemos, los semiconductores que hacen funcionar la electrónica, los metales con los que está hecha la red de eléctrica que hace funcionar la humanidad, la fibra óptica por la que vuela la información de internet. Es decir, la materia condensada es la rama de la física que nos ayuda a entender cómo funcionan las cosas del día a día, y que hace posible la tecnología del día a día.
Además de bautizar el campo, P. W. Anderson ha hecho contribuciones decisivas en prácticamente todas las ramas de la materia condensada. El premio Nobel se lo concedieron por su descubrimiento de que el desorden podía convertir a un material conductor en aislante, debido a la naturaleza ondulatoria de los electrones. Anderson hizo contribuciones decisivas para entender el fenómeno del antiferromagnetismo y las interacciones antiferromagnéticas, presentes en una cantidad abrumadora de sólidos y moléculas. Anderson desarrolló la teoría que explica el extraño comportamiento de átomos magnéticos en metales, que con el advenimiento de la nanotecnología se observa en infinidad de dispositivos nanoelectrónicos. Anderson desarrolló la teoría de los llamados vidrios de spin, creando así una rama entera de la mecánica estadística y abriendo nuevos horizontes en el estudio de lo que hoy se ha dado en llamar sistemas complejos.
Pero hay dos contribuciones de Phil Anderson que van a perdurar en el libro de la Historia de la Ciencia. En primer lugar, Anderson fue el primero en proponer el mecanismo que ahora llamamos bosón de Higgs, y por el cuál se podría haber llevado perfectamente le premio Nobel de Física de este año, pero que no ha sido así por motivos que quizá tengan que ver con la segunda aportación que destaco más abajo.
Otro día contaré con más detalle la historia del bosón de Anderson-Higgs, pero antes quiero mencionar la otra gran contribución, en mi opinión todavía más importante, de Anderson. Se trata del concepto de emergencia. En palabras de Anderson, "la capacidad para reducir todo a leyes sencillas fundamentales" (como por ejemplo el modelo standard de física de partículas o la ley de la gravitación universal) " no implica que sea posible comenzar con esas leyes y reconstruir" (nuestra comprensión) "del universo".
Por ejemplo, para analizar la dinámica de la ola que forma la gente en un estadio de fútbol es totalmente innecesario hacer un test psicotécnico a cada una de las personas que están en el estadio. De igual forma, las leyes de la hidrodinámica describen las leyes del movimiento de cualquier líquido, sin que sea necesario entender los detalles de su muy diversa composición química. Si estás escuchando música, la onda de sonido se propaga por el aire, por las paredes de la habitación, por el instrumento que las genera, como un objeto que tiene entidad física independiente de la composición química de aire, pared e intrumento. Así, la ola en un estadio, los fluidos y las ondas son todos objetos que "emergen" de la interacción entre los trillones de átomos que componen la materia. Estos objetos "emergidos" tienen propiedades tangibles, bien definidas, independientes en gran medida de los átomos con los que todo está hecho. Así, la música se propaga un poco más despacio por el aire que por un sólido, pero las leyes de propagación son las mismas.
Por tanto, comprender las leyes que gobiernan el comportamiento de los átomos no nos permite avanzar en el estudio de los objetos "emergidos". De igual forma, la comprensión de la química no permite, por si sola, entender los secretos de la biología, y ésta a su vez no nos conduce de forma automática a entender la consciencia, la inteligencia o las emociones. A cada nivel, emergen objetos cuyo comportamiento es independiente del nivel inferior.
El concepto de emergencia propuesto por Anderson aportaba una visión del universo que chocaba frontalmente con el dogma repetido hasta la saciedad por los físicos de partículas: que su rama de la ciencia es más fundamental que las demás, porque al desentrañar las leyes últimas de las partículas sub-atómicas con las que todo esta hecho, estarían así explicando todo. En esta visión reduccionista, muy querida por los físicos de partículas, habría una jerarquía en la ciencia por la cuál sería más importante el estudio de los quarks, que no en vano están presentes en todos los átomos del universo, que el estudio del arseniuro de galio (GaAs), que no es más que un triste material semiconductor.
Un ejemplo maravilloso de cómo la visión de Anderson es más correcta que la reduccionista lo da, precísamente, el GaAs, que fue el material donde se descubrió el efecto Hall cuántico. A bajas temperaturas, y sometido a un campo magnético 100 mil veces mayor que el de la tierra, una fina capa de unos pocos nanometros de ese material realiza una de las más maravillosas demostraciones de emergencia que uno pueda imaginar. En esas condiciones, la resistencia eléctrica del material es absolutamente independiente de sus propiedades, y adopta valores que vienen dados por el cociente del valor de la carga del electrón al cuadrado y la constante de Planck, dos cantidades fundamentales de la física. Tanto es así, que nuestro patrón para definir el cociente de estas cantidades se saca de este experiemnto y no de experimentos realizados con electrones en aceleradores de partículas.
Cuando en los años 80 Estados Unidos tuvo que decidir si construían el Large hadron Collider, Phil Anderson testificó en el congreso, argumentando en contra de una inversión gigantesca que, según él, debería ser emprendida a través de un esfuerzo internacional, como de hecho ocurre con el CERN. Steven Weinberg, otro de los grandes físicos de nuestro tiempo, defendió la construcción del proyecto, que al final no se aprobó. Me pregunto cómo habrá podido influir en la decisión del Nobel de este año el papel preponderante desempeñado por Phil Anderson en contra del mayor proyecto científico de los físicos de partículas en los Estados Unidos.
