En entrevista con La Mañana, Horacio Failache reflexiona sobre los misterios de la física cuántica, su impacto en la vida cotidiana y el papel de la ciencia en el desarrollo nacional. El investigador, creador de tecnologías como BiliLED y LUCIA, defiende la importancia de la investigación fundamental como motor del progreso tecnológico.
Ingeniero formado en Uruguay y doctor en física por la Universidad de París, Horacio Failache lidera en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República un que investigaen física cuántica.
Su nombre trascendió más allá del ámbito académico cuando dos desarrollos nacidos en su laboratorio –BiliLED, una tecnología de fototerapia para el tratamiento de la ictericia neonatal, y LUCIA, un sistema de desinfección por luz ultravioleta– comenzaron a salvar vidas en hospitales uruguayos y de la región.
En esta entrevista con La Mañana, Failache conversa sobre los fundamentos y los desafíos de la física cuántica, la disciplina que hace un siglo revolucionó la ciencia y hoy impulsa una nueva era tecnológica. Habla también sobre el valor de la educación científica, los puentes entre la academia y la sociedad, y el reto de inspirar a nuevas generaciones en un país que aún no logra aprovechar plenamente su capital humano en ciencia y tecnología.
Se formó como ingeniero en Uruguay y como físico en Francia. ¿Qué lo atrajo de la física cuántica?
Creo que el perfil del ingeniero está orientado, en general, a resolver problemas técnicos. Pero en mi caso lo que me motivaba no era tanto resolver esos problemas, sino la intriga y la pasión por comprender cosas nuevas, por explorar lo desconocido. En particular, me atraía entender los aspectos de la física cuántica que aún quedaban por descubrir, y eso fue lo que me llevó a dedicarme a esta área, sobre todo desde un enfoque experimental.
Siempre me gustó “poner las manos en la masa”, trabajar directamente con sistemas físicos, no solo desde la teoría, sino en el laboratorio. La física es una ciencia natural: requiere que la teoría se confronte permanentemente con la experiencia y con la realidad.
La física experimental, además, impulsa desarrollos técnicos y tecnológicos, y esos avances muchas veces surgen a partir de descubrimientos fundamentales. Creo que los grandes saltos en la técnica y en la tecnología ocurren precisamente cuando logramos comprender las leyes más profundas en las que se basan.
Usted fue parte del desarrollo de BiliLED y LUCIA, dos tecnologías que nacieron en laboratorios y terminaron salvando vidas. ¿Qué le enseñaron esas experiencias sobre cómo hacer ciencia con impacto?
En realidad, no diría que me enseñaron algo nuevo, porque siempre he defendido la idea –compartida con muchos colegas– de que hacer ciencia fundamental, es decir, ciencia orientada a comprender mejor las cosas, es esencial también para generar aportes técnicos y tecnológicos verdaderamente transformadores.
Como usted mencionaba, BiliLED fue uno de los primeros equipos a nivel mundial que trató la ictericia neonatal mediante una nueva tecnología de iluminación. Y Uruguay lo tuvo disponible comercialmente al mismo tiempo que los países desarrollados. Niños que antes se trataban con métodos tradicionales pudieron beneficiarse de una tecnología de última generación desarrollada íntegramente en el país.
Siempre quise demostrar que investigar en física o en ciencia fundamental no está en contradicción con el desarrollo tecnológico; al contrario, lo complementa. La investigación básica es necesaria para lograr verdaderos quiebres en la tecnología.
Por supuesto, también hay que hacer investigación aplicada, desarrollar técnica e ingeniería, pero eso no implica descuidar los estudios fundamentales. Muchas veces, los mayores avances tecnológicos nacen precisamente de ellos.
En ambos casos hubo colaboración de médicos, diseñadores, fabricantes. ¿Faltan más puentes como esos entre la academia y la sociedad?
Sí. No sé si la pregunta se refiere específicamente a Uruguay o al mundo, pero en nuestro país, sin duda, faltan. Es bastante frustrante. Uruguay tiene un aparato científico muy sólido, especialmente dentro de la Universidad de la República, con investigadores de muy buen nivel. Sin embargo, muchas veces ese potencial no se aprovecha plenamente.
Es frustrante ver cómo, de forma sistemática, se toman decisiones en el país que no están basadas en evidencia científica. Y eso, para quienes trabajamos en investigación, resulta profundamente desalentador.
¿Por qué invertir en ciencia debería ser una prioridad para el país?
Creo que la prioridad de cualquier país debe ser invertir en educación, y eso va de la mano con invertir en ciencia. Apostar a la ciencia significa evitar que el país sea analfabeto en conocimiento científico y tecnológico, que son los lenguajes del mundo actual.
Formar técnicos y científicos es fundamental, no solo por razones económicas o productivas, sino porque es la base de una democracia de calidad. Una sociedad bien educada, con pensamiento crítico, puede juzgar mejor a sus dirigentes y tomar decisiones políticas más informadas.
Por eso, la educación y la formación técnica y científica –junto con otras disciplinas, por supuesto– son pilares indispensables para el desarrollo y la madurez democrática del país.
¿Cuáles son hoy las principales trabas que encuentra la ciencia en Uruguay para crecer y ser parte activa del desarrollo?
Hace veinte años yo hubiera dicho, sin dudarlo, que la principal traba era la falta de inversión. Pero en la última década eso ha cambiado: hoy existen más fondos, más becas para estudiantes y más oportunidades que antes no había.
Sin embargo, ha surgido otro problema igualmente importante: la dificultad para encontrar el capital humano adecuado. Hacer ciencia requiere una formación muy alta, tanto en capacidades técnicas como tecnológicas, sobre todo en el ámbito experimental. Y en el plano teórico también se necesitan habilidades específicas.
Pero esto, en parte, refleja los valores que imperan en la sociedad. Hoy, muchas veces, los jóvenes no aspiran a formarse con profundidad o no encuentran que esa formación sea socialmente valorada. Se tiende a valorar más la capacidad económica o el “éxito” medido en la capacidad de adquirir bienes, y menos la búsqueda de conocimiento o el desarrollo cultural.
Creo que hay un entorno social que ha perdido de vista algunos valores esenciales, y eso se traduce en menos recursos humanos bien formados para hacer ciencia.
¿Cómo explicaría, en palabras simples, qué es la física cuántica y por qué cambió para siempre nuestra forma de entender el mundo?
Las leyes que rigen el universo microscópico –el de las partículas atómicas, subatómicas o incluso algunas moléculas muy pequeñas– son distintas de las que gobiernan nuestro mundo cotidiano. Nosotros convivimos con una realidad macroscópica, a escala humana, y solo percibimos algunas consecuencias indirectas de la física cuántica. Acceder a ella no es sencillo: para estudiar un sistema con comportamiento cuántico es necesario observar un conjunto de muy pocas partículas, cuidadosamente aisladas del entorno, porque cualquier interacción con el “mundo clásico” hace que ese sistema pierda su carácter cuántico y pase a comportarse como algo clásico.
Un sistema cuántico es, por tanto, muy frágil. Basta una mínima interacción con el entorno para que deje de exhibir sus propiedades cuánticas. Por eso, los experimentos en este campo requieren crear condiciones extremas en las que unas pocas partículas puedan mantener ese comportamiento peculiar durante un tiempo suficiente extenso que nos permita estudiarlas.
En esencia, la física cuántica es la teoría que describe las leyes que gobiernan esos sistemas microscópicos. Lo fascinante –y a la vez desconcertante– es que todo lo que existe, incluidos nosotros, está compuesto por partículas subatómicas y moléculas que obedecen esas mismas leyes. Sin embargo, el conjunto de todas ellas se comporta de una manera diferente: el universo clásico que percibimos parece emerger de una realidad cuántica más profunda.
Ese paso entre ambos mundos –cómo surge lo clásico de lo cuántico– sigue siendo uno de los grandes misterios. Entendemos muy bien las ecuaciones de la física cuántica, pero a menudo resulta difícil comprenderlas desde un punto de vista filosófico, porque en ese nivel ocurren cosas que desafían la lógica intuitiva con la que nuestra mente fue moldeada por la experiencia con el mundo clásico.
En la física cuántica se habla de fenómenos que parecen desafiar la lógica clásica. ¿Podría darnos un ejemplo de alguno de esos comportamientos tan desconcertantes?
A nivel cuántico pasan cosas como que dos partículas o un sistema que está compuesto por dos partes pueden tener un estado que se denomina estado de entrelazamiento. Esas dos partículas pueden estar en un estado entrelazado.
Einstein lo llamaba eso “acción fantasmagórica a distancia”.
Él nunca aceptó completamente las predicciones de la física cuántica. Pensaba que la teoría estaba incompleta, que en realidad había algo más –lo que él llamaba variables ocultas–. Pero los experimentos desarrollados posteriormente demostraron que la física cuántica es correcta.
Hace pocos años se probó definitivamente que la física cuántica es correcta y que esa “acción fantasmagórica a distancia” que mencionaba Einstein realmente existe. Si, a Einstein le costaba aceptarlo, pero estoy seguro de que hoy lo aceptaría, porque las pruebas experimentales lo demuestran.
Como decía, ese sistema que llamamos sistema bipartito, o sea, compuesto por dos partes, que están en un estado entrelazado, puede separarse a grandes distancias y seguir comportándose como un solo sistema. Si uno actúa sobre una partícula a kilómetros de distancia, la otra responde de forma instantánea.
¿Y de qué distancia estamos hablando?
La distancia está limitada por el hecho de que uno debe asegurarse de que el sistema no deje de ser cuántico, y eso es difícil porque los sistemas grandes interactúan con el entorno. Pero es más fácil hacerlo con partículas de luz, porque la luz interactúa poco con el entorno, salvo que se encuentre con materia.
Si uno se las ingenia para enviar dos partículas de luz –dos fotones–, ese experimento puede hacerse incluso a kilómetros de distancia. Ya se ha hecho entre la Tierra y un satélite, y también en la Tierra, usando fibra óptica que conecta laboratorios separados por varios kilómetros.
Entonces, eso sería información, ¿no?
No, y eso es importante aclararlo. Aunque esa acción a distancia ocurre aparentemente de manera instantánea, no hay información que viaje. No es posible obtener información de ese proceso de forma instantánea.
Eso lo prohíbe la relatividad y sigue verificándose. Lo que sí ocurre, al realizar las medidas, es lo que los físicos llamamos colapso: el sistema responde a la interacción con el ambiente y se vuelve clásico.
Ese colapso ocurre instantáneamente, pero no se transmite información instantánea –eso está prohibido por la relatividad–.
Más allá de la teoría, ¿cómo impacta la física cuántica en nuestra vida cotidiana? ¿En qué nos ayuda comprenderla o investigarla? ¿Qué logros concretos o desarrollos se derivan de ella?
Digamos que este año, concretamente, la física cuántica ha tenido mucha repercusión porque estamos conmemorando sus cien años. Es una fecha simbólica: las primeras ideas surgieron antes, pero podemos decir que la física cuántica, como teoría, ya tiene un siglo, y en ese tiempo ha cambiado por completo la humanidad.
Tenemos que entender que la física cuántica describe el comportamiento de los sistemas atómicos y subatómicos, y eso permitió el desarrollo de toda la electrónica moderna. Hoy no podríamos concebir un mundo sin electrónica, sin fibras ópticas, sin láseres, sin computadores o teléfonos móviles. Todas las comunicaciones actuales –desde internet hasta los sistemas de transmisión de datos– se basan en esos principios que derivan de la física cuántica.
Quizás la física cuántica hubiera surgido de todos modos, porque los seres humanos siempre habríamos intentado comprender cómo se comporta el mundo atómico y subatómico. Su comprensión cambió radicalmente nuestra relación con la tecnología y, en consecuencia, a la humanidad misma. No necesariamente siempre para bien, pero sí de una forma irreversible.
A menudo se dice que la física cuántica es contraintuitiva, casi filosófica. ¿Cuál es para usted el mayor misterio cuántico aún abierto?
Quizás haya varios. El primero, y tal vez el más grande desafío que enfrenta la física moderna, es compatibilizar la física de lo muy pequeño con la física de lo muy grande. Las leyes que gobiernan los sistemas atómicos –regidos por la mecánica cuántica– son muy distintas a las que explican la evolución del universo a escala cósmica, donde domina la relatividad y la gravedad. Entender cómo se compatibilizan ambos mundos, el cuántico y el relativista, es una de las grandes empresas intelectuales de nuestro tiempo.
Pero la física cuántica además plantea enigmas fascinantes por sí misma. El entrelazamiento cuántico, por ejemplo, desafía nuestra intuición: dos partículas pueden permanecer correlacionadas, aunque estén separadas por grandes distancias, algo que parece contradictorio, pero que hoy sabemos que es real y medible.
Y hay otro misterio no menor: cómo emerge el mundo clásico a partir del mundo cuántico. Todo lo que percibimos –la materia, los objetos, la realidad cotidiana– tiene debajo un “chasis” cuántico, gobernado por reglas completamente diferentes. Comprender cómo se da esa transición entre ambos niveles de realidad sigue siendo uno de los grandes problemas abiertos de la física contemporánea.
Muchas veces la física cuántica se percibe como un lenguaje inaccesible. ¿Cómo se puede transmitir ese conocimiento tan complejo a quienes no son científicos? ¿Cómo lograr que la gente entienda, al menos básicamente, el funcionamiento de ese mundo invisible?
Es un gran desafío, sin duda. Primero, porque requiere un interés real del interlocutor y, segundo, porque comunicar ciencia no es sencillo. Para llegar a comprender –y luego investigar– cualquier disciplina científica, en particular la física cuántica, se necesitan al menos 20 años de formación rigurosa en matemáticas y física avanzada. Recién después de ese recorrido uno empieza realmente a entender las teorías y a poder contribuir a ellas.
Además, hoy los científicos están cada vez más hiperespecializados. El volumen de conocimiento que se genera es tan grande que muchos terminan concentrados en áreas muy pequeñas, casi microscópicas del saber. Eso hace que incluso dentro del propio ámbito científico cueste comunicarse entre disciplinas, y mucho más todavía con el público general.
Creo que uno de los grandes desafíos del siglo XXI es volver a tender esos puentes: entre ciencias y entre la ciencia y la sociedad. Porque si no logramos transmitir el conocimiento, terminamos con una cultura donde se produce ciencia de altísimo nivel, pero desconectada de la gente que podría beneficiarse de comprenderla.
Muchos asocian la física cuántica con fenómenos casi de ciencia ficción. ¿Qué relación tiene, por ejemplo, con los agujeros negros?
Tienen y no tienen algo que ver. Los agujeros negros son objetos cosmológicos, sistemas de dimensiones imposibles de imaginar, con masas miles de veces mayores que la del Sol. Son sistemas masivos que colapsan bajo la acción de su propia gravedad.
A ese nivel, se cree que el comportamiento cuántico de la gravedad emerge, por eso son tan importantes: en ellos podría encontrarse el vínculo entre la física de lo muy pequeño y la de lo muy grande, entre la gravedad y la física cuántica.
Los agujeros negros son, de alguna forma, el punto de contacto entre ambas teorías, y por eso muchos físicos los consideran el “santo grial” de la física: allí podría hallarse la clave para una teoría unificada del universo.
Y si hablamos de otro concepto popular como la teletransportación, ¿qué tan real es eso desde la física cuántica?
Depende de qué entendamos por teletransportación. Hoy en día se logra teletransportar “estados de la materia”, pero no materia como tal. Todas las partículas atómicas son idénticas, indistinguibles entre sí, así que lo que realmente se teletransporta es el estado cuántico de una partícula sobre otra.
Eso significa que no se traslada la materia física, sino la información que define su estado cuántico. Para hacerlo, es necesario destruir el estado original y reconstruirlo en el nuevo lugar. No se puede copiar un sistema cuántico, solo recrearlo destruyendo el primero.
En los hechos, el resultado es que el nuevo sistema físico es idéntico al original, aunque el primero haya dejado de existir. A todos los efectos, el estado cuántico fue teletransportado.
Entonces, ¿no se transporta materia, sino información?
Exactamente. Lo que se transporta es el estado cuántico, que es lo que hace singular a ese sistema físico. Dado que los átomos son todos iguales, lo que los distingue es su estado cuántico, y eso sí puede trasladarse, a velocidades cercanas a la de la luz.
En física cuántica, una de las reglas fundamentales es que no se puede clonar un sistema físico. La teletransportación cumple esa regla: destruye el primero para construir el segundo.
¿Y esos estados cuánticos cuánto duran?
Depende del sistema. Los que nosotros creamos en el laboratorio duran microsegundos. Todo el proceso –la creación, manipulación y medición del estado cuántico– ocurre en ese lapso brevísimo.
Ese tiempo de vida está limitado por la interacción del sistema con su entorno. Cuanto más aislado esté, más dura. Si pudiéramos enfriar el entorno –no el sistema, que ya está cerca del cero absoluto, sino el ambiente que lo rodea–, podríamos prolongar su vida útil.
¿Eso implicaría enfriar todo el laboratorio?
No, basta con enfriar la zona donde está el sistema atómico. Existen dispositivos llamados crióstatos que permiten hacerlo, aunque son costosos. Una pequeña caja fría que rodee al sistema bastaría para reducir la radiación del entorno y así extender el tiempo de vida de esos estados cuánticos.
Usted forma estudiantes que eligen quedarse a investigar en Uruguay. ¿Qué los mueve? ¿Qué los desafía?
Sin duda, lo que los mueve es el afán por investigar, por descubrir y explorar terrenos desconocidos. En nuestro caso, ese territorio es la física cuántica, pero lo mismo ocurre en muchas otras disciplinas: biología, química, matemática…
Hay un número importante de jóvenes que eligen la carrera científica impulsados por la pasión por el conocimiento y el deseo de descubrir cosas nuevas. Esa curiosidad es lo que los sostiene, incluso ante las dificultades o las limitaciones que puede tener investigar en Uruguay.
En un contexto donde muchos jóvenes científicos buscan oportunidades en el exterior, ¿cómo ve ese fenómeno desde Uruguay? ¿Se están yendo más o todavía hay quienes apuestan por quedarse e investigar aquí?
Hay un poco de todo. Es cierto que muchos se van, pero no necesariamente por una cuestión de dinero. En general, quienes ingresan al sistema científico no lo hacen motivados por lo económico, sino por la posibilidad de desarrollarse. Y en otros países existen comunidades científicas más grandes y ecosistemas más desarrollados, donde pueden crecer profesionalmente de otra manera.
De todos modos, hay también quienes eligen quedarse, por razones familiares, personales o por compromiso con el país. Y lo cierto es que, gracias a los lazos de colaboración internacional, hoy es posible hacer buena ciencia desde Uruguay. Esos vínculos permiten que permanecer aquí no sea una desventaja tan grande como podría parecer.
Si tuviera que convencer a un adolescente curioso de que vale la pena dedicarse a la física, ¿qué le diría?
En realidad, no intentaría convencerlo. Lo esencial para dedicarse a la física –como a cualquier disciplina creativa– es tener motivación y educación. Uno se entrega a la investigación solo si siente una verdadera pasión por comprender el mundo, por descubrir cosas nuevas.
No se trata de persuadir con argumentos o campañas atractivas; la vocación científica no puede fabricarse. Tiene que surgir de una inquietud genuina, de la curiosidad y la cultura personal de cada uno. Si esa chispa está, entonces vale la pena seguirla; si no, ningún artilugio publicitario logrará crear un verdadero científico.
Después de más de dos décadas de investigación, ¿qué sigue despertándole entusiasmo cada vez que entra al laboratorio?
Poder descubrir fenómenos nuevos, cosas nuevas. Eventualmente, muchas de ellas pueden o no ser, digamos, descubrimientos que lleven a aplicaciones. Pero simplemente el afán por descubrir, comprender, en este caso procesos y fenómenos cuánticos, es lo que me motiva.
