Debo pedir perdón al OP por la duración de esta respuesta, pero toca un tema que me apasiona profundamente y que he dedicado muchas décadas a su búsqueda.
La respuesta típica a esta pregunta es que la próxima gran consulta de la física es sobre la unificación de la relatividad general y la teoría cuántica en una teoría completa de la gravedad cuántica. Personalmente hice mi doctorado en teoría de cuerdas, una teoría pensada para proporcionar esa tan buscada unificación. La teoría de cuerdas ha evolucionado hacia grados cada vez más altos de complejidad y abstracción con D-branes y teoría M. Al mismo tiempo, la gravedad cuántica de bucles se ha sugerido como una alternativa y probablemente sea igualmente complicada. Ambas teorías no tienen absolutamente ninguna predicción experimentalmente verificable, ya que ambas tratan fenómenos en la escala de Planck, una escala de duración y tiempo que es inconcebiblemente pequeña.
Como un hombre más joven (y ansioso), estaba convencido de que la teoría de cuerdas tendría la respuesta: la idea de evitar las singularidades mediante la colocación de cuerdas ya que los constituyentes elementales del Universo en lugar de las partículas “puntuales” parecían tener un anillo estéticamente agradable. . Pero, parafraseando las palabras de Einstein, me convencí de que “todo debe hacerse tan complicado como sea necesario, pero no más”. La teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles han incursionado muy profundamente en el bosque “más complicado de lo necesario”. Algunos lectores pueden pensar que me estoy refiriendo a la complejidad matemática: no es el caso. La geometría diferencial y las variedades riemanianas eran objetos matemáticos particularmente complejos para Einstein y la mayoría de sus contemporáneos de física teórica, pero hoy se imparten regularmente en cursos avanzados de pregrado o de posgrado.
- ¿Cuál es la fuerza que actúa entre diferentes partículas a nivel cuántico?
- ¿Cómo reaccionarían entre sí las partículas elementales con la misma carga?
- ¿Qué son los estados metaestables? En láser, ¿existen estados metaestables antes de excitar el electrón? En caso afirmativo, ¿podemos dirigir la excitación de un electrón al estado metaestable?
- Cuando decimos que los rayos cósmicos provienen de Big Bang, ¿cómo es posible? ¿Nos alejamos más rápido que la luz que la luz nos está alcanzando ahora?
- ¿No pueden los borradores cuánticos funcionar correctamente si nuestros cerebros tienen la 'información' de una partícula?
La complejidad a la que me refiero es conceptual: cada vez que nos topamos con un obstáculo en las matemáticas de las teorías candidatas para la gravedad cuántica, se nos ocurre un supuesto adicional, una dimensión adicional aquí y allá, una compatibilización en la parte superior y, por si acaso , un principio holográfico o similar para coronarlo todo.
En mi humilde opinión, lo que la física teórica está viendo hoy es similar a las décadas en que los físicos brillantes desperdiciaron su tiempo y brillantez buscando una teoría viable del “éter”. Impulsados por los éxitos anteriores de la mecánica newtoniana y enfrentados con las demandas de la teoría de Maxwell, intentaron encapsular la onda electromagnética que es luz en el reino newtoniano clásico. El resultado fueron teorías que fueron aumentando “no naturales” en sus supuestos y complicadas en sus formulaciones matemáticas. Todos estos esfuerzos fueron barridos bajo la alfombra cuando el empleado de patentes suizo llamado Albert tuvo la perspicacia de cuestionar los supuestos mismos del concepto newtoniano de espacio y tiempo aparentemente inatacable y altamente exitoso.
Algo similar debe suceder hoy en la física teórica: de alguna manera, en la adrenalina generada por los primeros éxitos de la relatividad, la teoría cuántica y la electrodinámica cuántica, perdimos de vista el hecho de que habíamos construido un gigantesco edificio sobre cimientos de arena. Mi apuesta es una o muchas de las siguientes:
- Comprender el proceso no lineal de reducción de estado cuántico,
- Averiguar qué es lo que realmente nos dice la existencia de soluciones de bucle cerrado tipo tiempo de las ecuaciones de la relatividad general acerca de la naturaleza del tiempo,
- Abandonar la explicación descaradamente insatisfactoria de la flecha del tiempo en la que nos hemos aferrado desde la era de Boltzmann (y, por supuesto, encontrar un sustituto más viable)
- Obtener una teoría adecuada, matemáticamente sólida y físicamente predictiva de lo que separa los sistemas “animados” e “inanimados”