Una tendencia de las disciplinas científicas tradicionales es que cada vez tienen más puntos en común. Dentro de esa tendencia unificadora, lo que realmente distingue a un físico frente a los otros científicos no es tanto lo que estudia como su formación y el tipo de preguntas que se plantea. En cualquier caos, las fronteras no son drásticas. De hecho, hay temas de investigación donde concurren de forma natural científicos de diferentes disciplinas.

Un ejemplo claro es la Ciencia de Superficies, cuya revista científica más importante, Surface Science, tiene un título deliberadamente ambiguo, pues se ocupa tanto de la Química como de la Física de Superficies. Cuando estudiamos un átomo adsorbido en una superficie, la frontera entre la Física y la Química se hace borrosa: se plantean problemas de enlaces químicos y de propiedades del estado sólido que son de interés tanto para físicos como para químicos. Lo mismo sucede en Ciencia de Materiales, donde convergen físicos y químicos interesados en la comprensión y el diseño de materiales.

Si hubiera que establecer una separación dentro de este tipo de problemas, se podría decir que el estudio del estado sólido tiende a ser tarea de los físicos, mientras que las propiedades de las moléculas suelen ser investigadas por los químicos. Esta división obedece en buena medida a razones puramente históricas. Otra diferencia característica es que los físicos tratan de comprender en profundidad los sistemas más sencillos, mientras que los químicos se conforman quizás con menos profundidad pero se atreven a investigar estructuras moleculares de enorme complejidad.

Otro ejemplo reciente de intersección entre la Física y la Química es la Electrónica Molecular, donde se trata de diseñar dispositivos electrónicos cuyo comportamiento está dominado por las propiedades de unos pocos átomos o moléculas.

Sobre los puntos de encuentro entre la Física y la Biología podríamos hacer comentarios parecidos. Sólo cabe destacar que la Biofísica es una ciencia muy joven de la que se espera una gran expansión durante las próximas décadas. Digamos que el contacto entre Física y Biología es más reciente que el que existe entre Física y Química o Química y Biología (la Bioquímica).

Desde un punto de vista muy básico, podríamos decir que la materia está organizada en diferentes escalas de longitud y energía, cada una de las cuales es relevante en un rango de temperaturas específico. La Teoría de la Estructura de la Materia se ocupa de la organización de la materia a escala microscópica, es decir, a escala molecular o más pequeña. En este sentido, se puede decir que cuando uno estudia un gas molecular, está investigando la Estructura de la Materia; pero también es Estructura de la Materia el estudio de las propiedades de un núcleo atómico o de los quarks. En realidad, el concepto de Estructura de la Materia es muy general, casi tanto como el de Física.

Yo soy físico teórico de la materia condensada. Aunque la Física es una ciencia experimental, hay físicos que nos especializamos en hacer cálculos con lápiz, papel y ordenador. Somos los llamados físicos teóricos y tenemos representación en casi todas las áreas de la Física. La Física de la Materia Condensada, incluyendo sus componentes experimental y teórica, abarca aproximadamente el 50% de toda lo que hoy en día entendemos por Física. Se dedica sobre todo a los sólidos pero también se ocupa de los líquidos, los polímeros y, en general, de todas las formas de la materia con las densidades típicas de los sólidos y líquidos, es decir, con átomos y moléculas en contacto cercano.

Esta disciplina aborda problemas muy distintos y tiene grandes repercusiones tecnológicas. ¡Sólo hay que pensar en las infinitas formas en las que átomos y moléculas pueden agruparse entre sí para presentar propiedades completamente diferentes! Estas dos razones, la gran variedad de problemas y el potencial interés tecnológico, hacen que seamos muchos los que nos dedicamos a la Física de la Materia Condensada.

Dentro de este campo tan amplio, yo me dedico al transporte de electrones en sistemas pequeños, que pueden ser nanoestructuras artificiales, o sistemas metálicos con algunas propiedades de interés. También me dedico a la Física de los Gases Cuánticos, que es un campo muy nuevo que presenta muchas analogías con la Física de Láseres. La idea es que, si un rayo láser es básicamente un montón de fotones en el mismo estado, un condensado de Bose-Einstein (que es el principal ejemplo de gas cuántico) está hecho de un montón de átomos en el mismo estado cuántico. Esto quiere decir que todos los átomos hacen exactamente lo mismo y, por la tanto, lo que normalmente haría un único átomo, ahora lo hacen todos de forma coordinada dando lugar a una amplificación a escala macroscópica. Podemos hablar entonces de Física Cuántica Macroscópica, un concepto sorprendente si tenemos en cuenta que tradicionalmente hemos asociado lo cuántico con lo muy pequeño.

Una de las principales tendencias de la investigación en los últimos años es el desarrollo de lo que podríamos llamar Ingeniería Cuántica, que consiste en la manipulación de la materia a escala muy pequeña con la finalidad de modificar sus propiedades cuánticas fundamentales. Dentro del campo de la Física de la Materia Condensada, se pueden diseñar estructuras con propiedades específicas si se controla su crecimiento a escalas de longitud por debajo de la micra. De esta forma se pueden crear materiales que actúan como "sólidos de diseño" hechos de átomos y moléculas artificiales. Estas estructuras presentan propiedades muy variadas, muchas de ellas imposibles de observar en materiales naturales.

También en la Física de Gases Cuánticos hay mucho de ingeniería cuántica. Los átomos se pueden perturbar y mover de uno en uno. Jugando con la sensibilidad de los átomos a la luz láser y a los campos magnéticos, se pueden diseñar a placer las fuerzas externas que actúan sobre estos átomos. Podemos tener "sólidos" en los que los átomos habituales son sustituidos por luz láser y los electrones por átomos móviles. Toda esta tecnología abre enormes posibilidades en el control de la materia. Se prevé que con estas técnicas podremos mejorar considerablemente la precisión de los relojes atómicos, las técnicas litográficas de crecimiento de estructuras cada vez más pequeñas, y los sistemas de interferometría atómica, necesarios para medir la aceleración de la gravedad (lo cual permite, entre otras cosas, buscar petróleo).

Otro de los grandes retos de la Física en los próximos años es el desarrollo de la Información Cuántica en sus dos vertientes principales: Computación Cuántica y Comunicación Cuántica. Esta última trata sobre todo de la "Criptografía Cuántica", que está generando un cambio cualitativo fundamental en la tecnología de la comunicación. Utilizando principios cuánticos, empieza a ser posible la transmisión codificada de información de forma ultrasegura, de modo que un mensaje no puede ser leído por nadie o, si alguien llega a leerlo, el destinatario se percata de ello. Este es un avance fundamental, pues en la comunicación clásica es posible leer un mensaje sin que nadie se de cuenta.

La idea es que, en información cuántica, si uno lee un mensaje lo destruye necesariamente o al menos lo modifica considerablemente. Esto es debido a que en el mundo cuántico, si uno quiere observar algo, necesariamente lo modifica en alguna medida. Esto no es un problema en muchas situaciones pero sí es importante en el contexto de la Comunicación Cuántica. Un punto esencial de la Información Cuántica es que se basa en la existencia de correlaciones sutiles entre dos o más partículas. Estas correlaciones pueden sobrevivir cuando las partículas se hallan muy distantes entre sí. Si hacemos una medida sobre una partícula, dicha operación puede alterar el estado de la partícula lejana, en el sentido de que sabemos mejor cómo responderá cuando se le mida una propiedad física. Lo sorprendente es que esta influencia a distancia es compatible con el hecho de que, localmente, la partícula lejana no se entera de que su "pareja" ha sido observada. En particular, no permite enviar señales a velocidad superior a la de la luz.

Esta idea de que al medir cambiamos el estado de las cosas no es relevante en el contexto de la Física clásica, pero en el mundo cuántico puede ser decisiva.

Concretando un poco, el sistema más utilizado es el de un par de fotones "enrededados", esto es fotones cuyo estado de polarización individual no está bien definido pero con seguridad es opuesto al del otro fotón. (La dirección de polarización de un fotón es perpendicular a la de propagación y puede ser vertical, horizontal, o una combinación de ambas.) Los fotones se pueden propagar por guías de onda convencionales y ya se están comercializando dispositivos de Comunicación Cuántica que conectan puntos a varios kilómetros de distancia.

Ciertamente la divulgación de la Ciencia en general y de la Física en particular es una necesidad acuciante. Nuestra sociedad tiene que estar informada de lo que hacemos, entre otras razones porque no están garantizados de forma indefinida los niveles de apoyo que hemos tenido hasta ahora (que, por lo demás, en nuestro país todavía deberían aumentar bastante) si no explicamos a la sociedad lo que hacemos con su dinero. ¡Esto es algo de lo que empiezan a ser conscientes los físicos de todo el mundo! En la medida en que logremos transferir ese conocimiento y consigamos explicar tanto su interés intrínseco como su potencial tecnológico, la sociedad será más generosa con la Ciencia y, además, seremos capaces de atraer un mayor número de jóvenes hacia los estudios de ciencias, asegurando un flujo adecuado de futuros investigadores y docentes.

Un problema práctico es que la divulgación lleva tiempo y en el ámbito de la investigación es algo que todavía no se valora lo suficiente. Con frecuencia, la divulgación se ve como una actividad menor. Este es un error grave porque la divulgación debería ser una preocupación de todos los científicos. Además, divulgar no es fácil. Hay que tener muy claro el público a que nos dirigimos: éste puede variar desde niños o estudiantes de enseñanza media hasta las colegas científicos de otras especialidades. En cada caso se requiere una terminología y un nivel de profundización diferente. Lograr la combinación adecuada de claridad y rigor es difícil, porque la tendencia natural es a ser poco claro si uno quiere ser preciso y a ser poco preciso si uno quiere ser claro.

Desde el Instituto Nicolás Cabrera, hemos iniciado una serie de charlas por institutos y colegios de enseñanza media para divulgar la Física y promover los estudios de Física. Creemos que esta actividad es de interés incluso para aquellos estudiantes que no van a escoger la carrera de Física. Es muy positivo que un futuro ingeniero o economista conozcan los principales rasgos de la Física actual porque, desde su futuro trabajo, será más proclive a favorecer la investigación o incluso a realizarla él mismo en su propio ámbito. Nuestro país necesita más ingenieros interesados en la innovación tecnológica, que es su campo natural de investigación. Se trata, en definitiva, de fomentar una cultura en la que se valora tanto la investigación científica como la tecnológica, sin descuidar ninguna de las dos.

El título del libro parece muy específico porque hace alusión a las propiedades de paridad de las partículas elementales, es decir, a cómo varía su comportamiento si consideramos su imagen especular, pero en realidad el libro trata de temas muy variados. El libro es excelente, un clásico de la divulgación científica. Aunque no es el caso de Asimov, que generalmente escribía sólo, una combinación muy eficaz es la de un físico investigador en colaboración con alguien que tiene una cierta formación científica pero que sobre todo se ha especializado en la divulgación científica. Hay que fomentar el periodismo científico, tanto de libro como de artículo periodístico o de revista. Otro gran libro de divulgación es el de Jame Gleick, "Caos: la creación de una nueva ciencia". Ambos libros han sido grandes éxitos editoriales, lo que demuestra que la divulgación científica de calidad no sólo es posible si no que, además, puede ser económicamente rentable.