"La física se rompe" suena bien, pero es confuso. Una frase mejor sería "la física conocida se rompe". La física intenta modelar la realidad utilizando las matemáticas. En este sentido, la física no tiene "leyes". En las famosas palabras del capitán Barbossa: "Son más bien directrices". Sin embargo, tenemos muchas de estas directrices que son tan asombrosamente fiables a la escala en la que viven y respiran los humanos que la palabra "directrices" nos parece demasiado blanda. Si se construye un rascacielos, es más probable que se mantenga en pie si se considera la gravedad como una "ley" y no como una "directriz". Los arquitectos que llaman "directriz" a la gravedad no suelen tener la oportunidad de diseñar rascacielos multimillonarios con el dinero de otros.
Por ello, no debe sorprendernos que las directrices se incumplan en circunstancias extraordinarias.
Personalmente, definiría dos versiones de este concepto de "la física se rompe". Una de ellas es cuando estas pautas se rompen de formas conocidas, cambiando a nuevos regímenes. El vuelo supersónico es un buen ejemplo. Se pueden aprender muchas pautas sobre cómo fluyen los fluidos (como el aire), pero esas pautas se rompen a la velocidad del sonido en ese fluido. A partir de ahí, disponemos de directrices sobre el flujo supersónico. En este caso, esta ruptura fue algo observado, típicamente en el borde de una transición de fase. Nos dimos cuenta de que el flujo supersónico seguía unas directrices diferentes a las del flujo sónico porque hicimos volar algo más rápido que la velocidad del sonido y se comportó de forma diferente.
El otro significado, más completo, de "la física se rompe" se da en cosas como los agujeros negros. Son casos en los que nunca hemos observado la ruptura, pero nuestras pautas nos llevan en direcciones contraintuitivas. Hasta donde alcanza nuestro estudio, nunca hemos encontrado un experimento o una observación astronómica que sugiera que la teoría de la relatividad general de Einstein sea algo menos que una ley. Como todo en física, no es más que una directriz, pero no hemos sido capaces de encontrar ninguna situación en la que falle.
Sin embargo, hay una trampa. Matemáticamente, las teorías de Einstein hacen extrañas predicciones sobre objetos densos extremadamente masivos. Las ecuaciones en las que se basan se salen de control, y acabas teniendo rarezas como una "singularidad", con volumen 0 y masa finita. Esto significa densidad infinita, y en general no creemos que ese tipo de infinitud ocurra en el universo. Así que decimos "la física se rompe" aquí porque creemos sinceramente que si alguna vez llegamos a observar realmente esta parte de un agujero negro, veremos una de esas transiciones de fase en las que la física simplemente deja de hacer lo de la Relatividad General y empieza a hacer Algo Más. Creemos esto porque no nos sentimos cómodos con la posibilidad de que esas matemáticas que implican infinitos sean "correctas".
Otro lugar donde "la física se rompe" es en la escala de Planck. Tiempo de Planck y longitud de Planck son muy pequeñas unidades de tiempo y espacio. Son del orden de $10^{-43} \text s$ et $10^{-35} \text m$ . Son importantes para otra directriz que ha demostrado ser tan eficaz que la llamamos ley: La Mecánica Cuántica. Todavía no hemos visto nada a pequeña escala que sugiera que la Mecánica Cuántica sea algo menos que una ley, al igual que no hemos visto nada a gran escala que sugiera que la Relatividad General sea algo menos que una ley. Sin embargo, cuando llegamos a esas escalas absurdamente pequeñas, las matemáticas de la mecánica cuántica (en particular, la teoría cuántica de campos) empiezan a fallar, y no consiguen dar respuestas predictivas sobre lo que ocurre a esa escala porque algunas de las herramientas simplemente dejan de funcionar. En un sentido muy manual, es como cortar cosas con un cuchillo, cosas cada vez más pequeñas, hasta que un día te das cuenta de que estás intentando cortar algo más fino que el filo de tu cuchillo. Nuestro cuchillo matemático metafórico (la renormalización) simplemente deja de cortar en este punto.
Por supuesto, no tenemos ninguna razón para creer que el universo "termina" a esta escala. Es sólo el punto en el que todas las pautas que tienen tanto éxito que se han ganado el apelativo de "ley" se desmoronan. Y en los casos extremos, como las cuestiones a escala de Planck o en los agujeros negros, es la propia matemática de la teoría la que sugiere que la teoría se desmorona.
Y así, pasamos incontables horas ideando nuevos experimentos con el objetivo de sondear estas regiones inciertas, con la esperanza de escribir algún día una nueva física que no se "rompa" a estos niveles.
