'Matrix' viaja al cosmos: simulaciones del Big Bang y agujeros negros en el ordenador

Estamos a muy pocos pasos de comprender el origen y el funcionamiento del cosmos. La tecnología avanza imparable para desvelar los mecanismos del universo, nuestra particular placenta existencial. Gracias a los modelos y las simulaciones podemos ya desentrañar los enigmas que se han mantenido esquivos a nuestro conocimiento. La posibilidad de delegar en un ordenador los pesados cálculos aritméticos permite, cada vez más, que los humanos concentren sus esfuerzos en observar las conexiones de la vida dentro y fuera de nuestro planeta.

Hacia el espacio profundo

A esta búsqueda, y con estos medios, dedica su trabajo el catedrático de Cosmología en el University College de Londres Andrew Pontzen (Oxford, 1983), que se ha propuesto comprender la totalidad de nuestro mundo mediante simulaciones capaces de dar luz a los orígenes de nuestra existencia y seguir el sinuoso rastro del espacio profundo. “Necesitamos miniuniversos generados por ordenador”, explica el científico en El universo en una caja, publicado recientemente por Debate.

¿Qué ocurrió al principio de todo? ¿Qué hizo caer la primera pieza del dominó? “Cuando construimos una simulación, no tenemos más remedio que partir de alguna especulación fundamentada sobre qué fue lo que puso las cosas en moviento”, señala el científico. “Hay muchas pruebas que demuestran que el universo lleva expandiéndose desde sus inicios, y que ese proceso ha sido tan extremo que hubo un día en que la totalidad del espacio era microscópica. La expansión puede incorporarse fácilmente a las simulaciones”.

Escalas inimaginables

Pontzen reconoce “bastante descaro” a la hora de intentar capturar el universo con estos modelos informáticos: “Lo que me atrapó de los ordenadores desde un principio fue la posibilidad de crear mundos virtuales”. Su objetivo, a la postre, es lograr comprender qué hay ahí fuera, cómo surgió y cómo afecta a nuestra vida aquí, en la Tierra”.

Una manera de empezar con las simulaciones es el pronóstico del tiempo. Dice el científico británico que los metereólogos no son tan diferentes de los astrónomos. Pontzen considera que ya se trate de recrear la Tierra u otro planeta, una estrella, una galaxia o el universo entero, el esquema básico de una simulación es muy similar. “Las simulaciones del cosmos son, en muchos aspectos, muy parecidas a las de la atmósfera terrestre, si bien en una escala inimaginablemente más grande”.

Cambios, giros, expansiones...

Las simulaciones han combinado computación, ciencia e ingenio humano para transformar silenciosmente lo que significa ser un cosmólogo de siglo XXI. “Algunas de ellas contienen elementos fantásticos, como la materia y la energía oscura”. Gracias a las simulaciones, añade, hemos conseguido desarrollar un conjunto coherente de explicaciones para fenómenos aparentemente muy distintos: los tamaños y formas de las galaxias, el modo en que estas giran, se mueven y se transforman con el tiempo o la cambiante tasa de expansión del universo.

Las simulaciones, siempre según el autor de El universo en una caja, sugieren, por ejemplo, que las galaxias regulares, como nuestra Vía Láctea, se formaron hace miles de millones de años a partir de galaxias más pequeñas, esos diminutos puntos de luz que salpicaban la incipiente red cósmica en sus inicios. “Las simulaciones se basan en una receta ecléctica: dependen a partes iguales de la física, de los trucos informáticos y de los ajustes para adaptarlas a lo que ya conocemos”.

La noción de infinito

“Las singularidades -añade Pontzen-  son siempre un problemón. Si tratas de concentrar toda la masa de una estrella en un único punto del espacio, las ecuaciones pertinentes dicen que la densidad en ese punto ha de ser infinita. Y los ordenadores tienen muchas dificultades para lidiar con la noción de infinito, porque no se ajusta a las reglas aritméticas normales”. El científico entiende que la estrategia que emplean la simulaciones actuales para sortear las singularidades tiene “un gozoso aire a ciencia ficción”.

Otro de los desafíos de las simulaciones es la física cuántica: “Es complicado, porque ni siquiera las partículas individuales son simples, se difuminan en una neblina conocida como “función de onda”, lo que representa un nivel irreducible de la incertidumbre en la realidad misma. Recrear esta nebulosidad requiere cantidades exponencialmente crecientes de tiempo y espacio de almacenamiento, porque se necesitan enormes incrementos en la potencia de un ordenador para lograr tan solo un pequeño aumento en el tamaño de la molécula que se simula”.

Destellos en la física cuántica

Según Pontzen, la complejidad de la física cuántica conlleva que la simulación de moléculas simples tope con esos límites prácticos. De ahí que químicos y biólogos estén entusiasmados con los ordenadores cuánticos, que podrían romper esas constricciones gracias al uso directo de los efectos cuánticos. La inteligencia artificial se está convirtiendo también en parte imprescindible de muchas ciencias, incluida la cosmología.

Del universo Pontzen viaja al cerebro y sus neuronas. “Incluso si pudiéramos lograr la hazaña de conseguir una instantánea del esquema eléctrico de un solo cerebro, no sería suficiente, porque los cerebros cambian cuando aprenden. Las simulaciones de neuronas son muy valiosas para comprender la función del cerebro, y, por tanto, también pueden servir para extraer conocimientos médicos que salven vidas”.

Al ritmo de la tecnología

¿Cuál es por tanto el futuro de las simulaciones? ¿Cómo intervendrán las herramientas que nos aportan los datos o el ChatGPT? El científico británico responde diciendo que los científicos del futuro no intentarán realizar creaciones ultradetalladas del universo, pero sí que se apoyarán en gran medida en simulaciones de varios tipos. "La ciencia siempre ha progresado al mismo ritmo que la tecnología pero sus premisas fundamentales han cambiado poco desde la Ilustración. El logro no está en recrear literalmente el universo, sino en comprender cómo surgen los fenómenos complejos".