La Gran Máquina de Dios Parte V (introducción a la Mec. Cuántica)
Pocos saben de que se trata, pero la Mecánica Cuántica hoy está de moda.
Desde la reciente película de Woody Alen “Si la Cosa Funciona” (título original
en Inglés “Whatever Works”), pasando por El Secreto y la mayoría de los libros
de espiritualidad hacen referencia a la Mecánica Cuántica. Incluso se la ha llegado
a comparar con el Zen y las filosofías Orientales (ver por ejemplo “El Tao de la Física”
de Fritjof Capra).
No es para menos. Sus predicciones escapan por completo a lo que es el sentido
común y aún hoy se continúan discutiendo sus implicancias filosóficas.
Voy a intentar transmitirles aquí algunos aspectos de esta fascinante teoría en
un lenguaje simple y lo más sencillo posible, aunque el estudio del mundo atómico
obligó a los físicos a admitir que nuestro lenguaje común no sólo es impreciso,
sino totalmente inadecuado para describir las realidades atómica y subatómica
de las que se ocupa esta teoría. La teoría cuántica y la teoría de la relatividad,
bases ambas de la física moderna, han puesto de manifiesto que esta realidad
trasciende la lógica clásica y que no se puede hablar de ella en el idioma
corriente. Por eso escribía Heisenberg:
El problema más difícil… en relación con el uso del lenguaje surge en la teoría cuántica.
En primer lugar nos encontramos con que no tenemos ni una sola guía que nos permita
correlacionar los símbolos matemáticos con conceptos del lenguaje ordinario, y lo único
que sabemos desde un principio es el hecho de que nuestros conceptos comunes no pueden
aplicarse a la estructura de los átomos (W. Heisenbcrg, Physics and Philosophy , Allen & Unwin,
Londres, 1963, pág. 177 ).
El objeto más pequeño que podemos ver, incluso bajo la lente de un microscopio,
contiene millones de átomos. Para ver los átomos en una pelota de tenis tendríamos
que dar a la pelota el tamaño de la tierra entera. Si la pelota tuviera el tamaño de
nuestro globo, sus átomos serían, aproximadamente como uvas.
El segundo paso hacia abajo nos lleva al nivel subatómico, donde nos encontramos con
las partículas que componen los átomos. La diferencia entre el nivel atómico y el nivel subatómico es mayor que la diferencia entre el nivel atómico y el nivel de las pelotas de
tenis y las raquetas. Sería imposible ver el núcleo de un átomo del tamaño de una uva.
Sería imposible, en realidad, ver el núcleo de un átomo del tamaño de una habitación.
Para poder ver el núcleo de un átomo, éste tendría que ser del tamaño de un edificio de
catorce pisos. El núcleo de un átomo que tuviera la altura de un edificio de catorce pisos, tendría el tamaño de un grano de sal. Puesto que una partícula nuclear tiene dos mil veces la masa de un electrón, el electrón que girara en torno a su núcleo sería como una partícula de polvo.
La cúpula de la Basílica de San Pedro, en el Vaticano, tiene el diámetro de un edificio de
catorce pisos. Imagínense entonces un grano de sal en medio de la cúpula de San Pedro
con unas cuantas partículas de polvo girando a su alrededor en los límites de la cúpula.
Esto nos da un ejemplo a escala de las partículas subatómicas. Es en este terreno, el
terreno de lo subatómico, donde la física de Newton se muestra inadecuada y la mecánica cuántica es necesaria para explicar la conducta de las partículas.
Se llama Mecánica al estudio del movimiento. Un Cuanto es una cantidad específica de
algo (del Latín Quantum). Consecuentemente «Mecánica Cuántica» es el estudio del movimiento de las cantidades. La teoría del cuanto dice que la energía en la naturaleza no
es un continuo, sino que se presenta en porciones y pedazos (los cuantos) y la mecánica del cuanto es el estudio de este fenómeno.
Mi contacto inicial con la Mecánica Cuántica se remonta a 1982. En ese año comencé a
cursar el 3er año de Ingeniería y nunca imaginé que una materia, Fisica III
(Física Cuántica y de los Semiconductores), iba a producir un cambio tan profundo en mi forma de percibir el mundo. El Jefe de Trabajos Prácticos en ese entonces era el Ing. Jorge Perri y las clases teóricas eran dictadas por el Dr. Carlos Rosito (actual Decano de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires) que había sido mi jefe durante los años en que yo trabaje como Técnico recién recibido en el Centro de Investigaciones de Laser y Aplicaciones (CEILAP) en la provincia de Buenos Aires. Quedé tan maravillado con lo que estaba escuchando, que al año siguiente apliqué para el cargo de ayudante de segunda para trabajar “ad honorem” junto al Ing. Perri. Durante los siguientes 15 años me dediqué a enseñar y a aprender llegando a ocupar el cargo de Jefe de Trabajos Prácticos en la misma facultad.
Mucho antes que esto, a mediados del siglo XIX, la mecánica de Newton se hallaba
en su cénit. Parecía no existir ni un solo fenómeno que no pudiera ser explicado en
términos de este modelo. En esa época el director del Departamento de Física de Harvard trataba de desanimar a aquellos que querían prolongar sus estudios, basándose en que, a su entender, eran muy pocas las cosas importantes que quedaban por resolver 1 (cuantas veces han escuchado en su vida el “No te calientes que ya está todo inventado” ?!!).
En un discurso dirigido a la Royal Institution en 1900 (institución dedicada a la educación e investigación científica basada en Londres), Lord Kelvin expresó la idea de que sólo quedaban dos puntos oscuros por resolver en el horizonte de la física: el problema de la radiación de los cuerpos negros y el experimento de Michelson-Morley 2. No había duda, dijo Kelvin, de que pronto serían aclaradas.
Sin embargo se equivocaba. Las dos «nubes» de Kelvin minaron los pilares fundamentales
de la mecánica clásica y señalaron el fin de la era que comenzó con Galileo y con Newton.
El problema de la radiación de los cuerpos negros condujo a Planck a postular que la energía no era un continuo que podía tomar cualquier valor, sino que era discontinua y estaba formada por paquetes (a los que se llamó cuantos). El experimento de Michelson-Morley condujo a las famosas teorías de la relatividad de Einstein.
Esta revolución tuvo lugar entre 1900 y 1930, y pasados ya más de 80 años, aún truena la polémica sobre qué es exactamente lo que se ha descubierto.
La mecánica cuántica no reemplaza a la física de Newton, sino que la incluye en su teoría. La física de Newton sigue siendo válida dentro de sus límites.
En palabras de Einstein:
«… crear una nueva teoría no consiste en destruir el viejo granero y levantar un rascacielos
en su lugar. Es más bien como escalar una montaña, ganando perspectivas nuevas y más amplias, descubriendo contactos inesperados entre nuestro punto de partida y el rico paisaje que se revela a su alrededor. Pero el punto del que partimos sigue existiendo y puede ser visto, aun cuando aparezca más pequeño y haya pasado a ser una pequeña parte de nuestra más amplia perspectiva que hemos ganado al superar los obstáculos de nuestro camino, pleno de aventuras, hacia la cumbre»
La física de Newton sigue siendo aplicable al mundo a gran escala, pero no tiene validez en el mundo subatómico. La mecánica cuántica es el resultado del estudio de ese mundo subatómico, de ese universo invisible que está por debajo, incluido en, y formando el tejido de todo lo que existe en torno a nosotros.
La visión Newtoniana nos describe un universo en el que la materia es fácilmente identificable moviéndose dentro de un espacio de 3 dimensiones y en el tiempo de acuerdo a ciertas leyes fijas. Pensó al universo como si fuera una gran máquina.
Antes de que Newton formulara sus leyes del movimiento, el filósofo francés René Descartes, enunció lo que en su tiempo era una noción revolucionaria: que nosotros – representados por nuestras mentes- estábamos separados de esta materia inerte y sin vida de nuestros cuerpos, que no eran sino otra máquina bien engrasada. El mundo estaba compuesto por una serie de pequeños objetos discretos que se comportaban de manera previsible. El más separado de ellos era el ser humano. Nosotros estábamos fuera del universo y lo observábamos. Hasta nuestros cuerpos estaban separados de algún modo y eran otra cosa que nosotros mismos, las mentes concientes que realizaban la observación. El enorme engranaje del mundo seguiría adelante tanto si nosotros estábamos presentes como si no.
La mecánica cuántica barre con estos pensamientos e instala una visión completamente distinta del universo. A medida que los pioneros de la física cuántica entraban en el corazón mismo de la materia lo que veían los dejaba anonadados. Las partículas más pequeñas de la materia ni siquiera eran materia tal como la conocemos, ni siquiera un algo establecido, sino que a veces eran una cosa y otras veces otra completamente diferente. Y lo que es aún más extraño, a menudo eran varias cosas diferentes a la vez. Pero lo más significativo de todo es que estas partículas subatómicas no tienen sentido aisladas unas de otras, tan sólo en relación con todo lo demás. Al nivel más fundamental, la materia no puede ser dividida en pequeñas unidades autocontenidas, sino que es completamente indivisible. Sólo podemos entender el universo como una trama de interconexiones.
Las cosas que estuvieron alguna vez en contacto siguen estando en contacto a lo largo del espacio y del tiempo. Evidentemente, el espacio y el tiempo mismo parecen construcciones arbitrarias, inaplicables a este nivel de realidad. De hecho el tiempo y el espacio no existen tal como los conocemos. Todo lo que aparece – hasta donde el ojo puede ver – es el gran paisaje del aquí y ahora.
Los pioneros de la física cuántica – Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Neils Bohr y Wolfang Pauli – tuvieron algunos atisbos del territorio metafísico en el que estaban adentrando. Si los electrones están conectados simultáneamente con todo, esto implica algo profundo respecto a la naturaleza del mundo en general. En su intento de entender la verdad profunda del extraño mundo subatómico que estaban observando, se dirigieron a los textos filosóficos clásicos. Pauli estudió psicoanálisis, los arquetipos y la cábala; Bohr el tao y la filosofía china; Schrödinger la filosofía hindú, y Heisenberg las teorías platónicas de la antigua Grecia. No obstante seguían sin llegar a una teoría coherente sobre las implicaciones espirituales de la física cuántica.
Los pioneros cuánticos descubrieron que nuestra relación con la materia era crucial. Las partículas subatómicas existían en un estado abierto a todas las posibilidades hasta que nosotros las alterábamos – al observarlas o medirlas – y en ese momento se convertían, por fin en algo real. Nuestra observación – nuestra conciencia humana – era fundamental para que este flujo subatómico se convirtiera en una cosa fija, pero nosotros no estábamos incluidos en las fórmulas matemáticas de Hesenberg o Schrödinger. Ellos se dieron cuenta que, en cierto sentido, nosotros somos la clave, pero no sabían como incluirnos. En lo tocante a la ciencia, seguíamos siendo observadores externos.
La nueva física ha otorgado al observador un papel central en la naturaleza de la realidad física.
Si no estamos separados necesitamos redefinir lo que designamos como “yo” y “no-yo” y reformar la manera en que interactuamos con nuestro alrededor.
Para que esto que estamos diciendo no suene tan abstracto, vayamos entonces a lo concreto.
Continuará…..
(en el próximo post me ocupare del inicio de la Mecánica Cuántica)
1.- Werner Heisenberg, Physic and Philosophy, Harper, Torchbooks. Nueva York, Harper and Row, 1958, pág. 52
2.- Lord Kelvin «Nineteenth Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light», Philosophical Magazíne, 2, 1901, 140
