Platón y el electrón

Platón y el electrón

Guillermo Guevara Pardo, Bogotá, octubre 22 de 2017

“El ser humano desea comprender la realidad con independencia de con cuánta vehemencia se niegue su existencia”. David Deutsch y Artur Ekert.

Mecánica cuántica y relatividad son las teorías que soportan la elegante arquitectura del edificio, aún no terminado, de la física moderna. Sus aplicaciones tecnológicas se emplean a diario: el teléfono celular, el computador, la imagen diagnóstica obtenida por tomografía por emisión de positrones (TEP), el rayo láser, el sistema de posicionamiento global (GPS) y otras que están en camino como el computador cuántico o, quién sabe cuándo, el telescopio de ondas gravitacionales. La mecánica cuántica explica adecuadamente fenómenos como la formación del enlace químico que posibilita las uniones entre átomos en una molécula, la desintegración radiactiva de un núcleo atómico, la conductividad eléctrica, el magnetismo, la producción de energía en el interior de una estrella, la superconductividad, etcétera; permite hacer especulaciones científicas como es el caso de la teoría de cuerdas o sustentar la idea de que nuestro universo es apenas una minúscula parte de una estructura infinitamente mayor: el multiverso.

Las dos teorías vieron la luz en los albores del siglo XX pero empezaron a forjarse cuando el XIX finalizaba. Por esos días la física se vio abocada a una crisis de naturaleza conceptual (los físicos de entonces se formaban e interpretaban los resultados experimentales desde fundamentos esencialmente clásicos) aprovechada por ciertas corrientes filosóficas que vieron llegada la oportunidad para negar la existencia objetiva del mundo, declarar el fin de la materia, anunciar la buena nueva de la refutación definitiva del pensamiento materialista e incorporar la consciencia como el elemento fundamental de las leyes de la naturaleza. Un pionero de la nueva mecánica, Eugene Wigner, sostenía que «no es posible formular las leyes fundamentales de la mecánica cuántica de un modo completamente coherente sin hacer referencia a la consciencia». Al respecto los físicos David Deutsch (Universidad de Oxford) y Artur Ekert (Universidad de Oxford y Nacional de Singapur) apuntan: “Los culpables [de la crisis de la física a principios del siglo XX] fueron doctrinas como el positivismo lógico («si no puede confirmarse mediante un experimento, carece de sentido››), el instrumentalismo («si las predicciones funcionan, ¿por qué preocuparnos por lo que nos ha llevado hasta ellas?››) y el relativismo («no hay afirmaciones objetivamente ciertas o falsas, solo legitimadas o desligitimadas por una determinada cultura››). El daño provino de lo que dichas doctrinas tenían en común: la negación del realismo, la postura filosófica de sentido común que afirma que existe un mundo físico y que el método científico permite extraer conocimiento de él.

“Fue en esa atmósfera en la que Niels Bohr desarrolló una interpretación influyente de la mecánica cuántica [la Interpretación de Copenhague], la cual negaba la posibilidad de dotar a los fenómenos de existencia objetiva. No estaba permitido hablar de los valores de una variable cuántica cuando no se la observaba (como, por ejemplo, en mitad de un cálculo cuántico). Los físicos que, en virtud de la naturaleza de su profesión, no podían contener sus deseos de preguntar, intentaron hacerlo lo menos posible. Y la mayoría de ellos instruyó a sus estudiantes para que se abstuvieran de formular ese tipo de cuestiones. La teoría más avanzada del área más fundamental de la ciencia fue interpretada como una estridente negación de los conceptos de verdad, explicación y realidad física”.

Los fenómenos cuánticos y relativistas son contraintuitivos, están muy lejos del sentido común y asombran tanto al especialista como al neófito: un gemelo emprende un viaje espacial en la Enterprise a una velocidad cercana a la de la luz y cuando regresa a la Tierra encuentra que su hermano ha envejecido mucho más que él (si es que ya no ha muerto), pues el tiempo en la nave transcurre más lentamente que en el planeta; durante las fases finales de la vida de ciertas estrellas con masa mucho mayor que la del Sol, la explosión de supernova y el colapso gravitatorio hacen que electrones y protones se fusionen (formando neutrones) para dar origen a un objeto exótico llamado estrella de neutrones, una especie de núcleo atómico gigantesco donde una cucharadita de su materia pesa millones de toneladas; los experimentos muestran que el electrón tiene un comportamiento dual: puede ser onda pero también partícula.

Desde hace unos siete millones de años en nuestros ancestros que vivieron primero en los bosques húmedos y después en las calurosas sabanas del continente africano, evolucionó un cerebro armado de un cableado neuronal para pensar de manera clásica, newtoniana. En un mundo de masas y velocidades bajas (campos gravitatorios débiles como el de la Tierra y velocidades muy inferiores a la de la luz) los abuelos evolutivos tuvieron que lidiar con problemas de supervivencia tales como evitar ser cazados por los depredadores, aprender a identificar las señales donde estuviera una carroña recién abandonada, cómo percutir dos piedras para fabricar una lasca con la forma adecuada para desenterrar raíces y tubérculos, saber cuál era el momento más apropiado para encontrar arboledas con frutos maduros, calcular la trayectoria de una lanza para matar un animal… Había que dominar conceptos como los de espacio, longitud, tiempo, velocidad, fuerza, cuerpo, todos ellos relacionados con el diario vivir. Un cerebro que captara el mundo en forma cuántica o relativista no tenía ninguna ventaja adaptativa: si en el camino de nuestra evolución algún hominino lo poseyó, no alcanzó a percibir el certero ataque del leopardo que lo acechaba.

Cuando despuntaba el siglo XX la mecánica de Newton y la teoría del electromagnetismo de Maxwell se mostraron insuficientes para explicar la geometría del universo, la recién descubierta estructura del átomo, la manera como los cuerpos calientes emiten energía, un movimiento anómalo en la órbita de Mercurio, además de la naturaleza de la luz. Pero esto no significó que las leyes de la física clásica dejaran de tener validez o que desapareciera la realidad del mundo: los cuantos eran tan reales como las galaxias, y ahora, cuantos y galaxias debían describirse de manera diferente. Había nuevos fenómenos, se hacía imperativo descubrir las leyes que los gobernaban. La llegada de la mecánica cuántica causó una ruptura tan profunda con la física del pasado, que todas las teorías anteriores terminaron llamándose «clásicas».

Al día de hoy la mecánica cuántica sigue, desafortunadamente, rodeada por un halo de incomprensibilidad y misterio que han utilizado charlatanes de distinta laya para justificar cosas tan absurdas como su supuesta relación con el budismo Zen, el poder creador de la consciencia, la existencia de realidades alternativas donde sucede algo que no ocurrió en esta, la «sanación cuántica» para curar diversos males cáncer incluido. Ya bien entrado el siglo XX, en 1964, un premio Nobel de la talla de Richard Feynman declaraba, quizás con algo de exageración: «Creo que puedo decir con toda tranquilidad que nadie entiende la mecánica cuántica». Pero, ¿por qué esto es así? Parte del problema reside en la nefasta influencia ejercida por algunas interpretaciones filosóficas que de esta bella teoría se han hecho y que reflejan las creencias que un individuo tiene acerca del mundo. Por ejemplo, cuando Ignacio Morgado, profesor de Psicobiología de la Universidad Autónoma de Barcelona (España), plantea: «El mundo es una ilusión creada por el cerebro…Nada de lo que hay aquí está realmente fuera, todo son ilusiones creadas por nuestro cerebro» y, Albert Einstein defendía que: «La creencia en un mundo exterior independiente del sujeto perceptor, es la base de toda ciencia natural» hay dos hombres de ciencia anclados en los campos filosóficos irreconciliables del idealismo y el materialismo. Las interpretaciones de la mecánica cuántica no escapan de esta contradicción: ¿Son los fenómenos cuánticos una ilusión creada por la mente o tienen una existencia independiente de ella?

Algunos científicos, como el astrofísico John Gribbin, sostienen que “Nada es real salvo si se observa”, que es lo mismo que decir que nada existe hasta que es medido, entonces, ¿cómo explicar la existencia, por ejemplo, de los fenómenos cuánticos que permiten la generación de energía en estrellas como el Sol desde hace unos 5.000 millones de años cuando apenas se estaba formando el Sistema Solar y no había observadores que los hicieran reales? O ¿es que el Sol estaba, como el famoso gato, en un estado de superposición de existe/no existe hasta que un observador produjo el colapso de la función de onda y la estrella se hizo real? Y más grave aún ¿cuál observador: el unicelular que tenía una molécula sensible a la luz, un dinosaurio o el primer hominino consciente de sí mismo? Cuando, por ejemplo, se mide el espín de un electrón (grosso modo, la cantidad de rotación de la partícula en sentido horario o antihorario) solamente hay dos resultados posibles: un número positivo o uno negativo; entonces, ¿el resultado que se obtenga depende de la consciencia de quien observa y mide o está determinado por factores independientes del observador? ¿El electrón y su espín solo existen desde el momento en que son medidos? Los seguidores de la interpretación de Copenhague contestan sí a esta pregunta, pues para ellos la teoría de los cuantos no es una descripción de la realidad sino, según Steven Weinberg, “un mero instrumento para calcular las probabilidades de los distintos resultados que podemos obtener cuando efectuamos una medida”. Concebir así la ciencia es negarle su objetivo principal: describir la realidad que nos rodea, para lo cual se hace necesario formular leyes independientes al observador.

La mecánica cuántica ha demostrado que el comportamiento de las partículas atómicas es probabilístico, pero que así sea no significa que ellas carezcan de una existencia objetiva: un neutrino que emerge del centro del Sol tiene una probabilidad escandalosamente pequeña de interactuar con un átomo, pero es completamente absurdo suponer entonces que esas partículas se hacen reales solo a partir del momento en que unas muy pocas de ellas son captadas (observadas) por un detector como el Super Kamiokande, localizado en Japón. Ideas como la de Gribbin se expresan a veces en otros ámbitos de la ciencia. Hace algunos años unos investigadores propusieron que el faraón Ramsés II pudo haber muerto de tuberculosis hacia el año 1213 antes de nuestra era; al conocer la noticia el filósofo francés Bruno Latour comentó que le parecía un anacronismo que al Faraón lo hubiera matado una bacteria que fue descubierta por Robert Koch en 1882, y llegó al extremo de afirmar que “antes de Koch, el bacilo no tiene existencia real”. ¡Sin comentarios!

La concepción materialista (realismo) implica reconocer la existencia de una realidad objetiva, independiente del observador; el papel de la ciencia consiste en describir esa realidad. Por el contrario, la interpretación idealista (instrumentalismo, realismo participativo) rechaza la existencia objetiva del mundo; el objeto y la sensación son una sola y misma cosa, no se puede abstraer uno de la otra; la sensación no es un vínculo de la consciencia con el mundo exterior sino un muro infranqueable, lo único existente; ninguna teoría científica es capaz de proporcionar una descripción fidedigna de la realidad pues el mundo está hecho de imágenes, no de objetos.

Los fenómenos de la mecánica cuántica parecen extraños pero tienen una explicación razonable, obedecen a leyes específicas perfectamente cognoscibles y aplicables. La realidad del mundo cuántico no puede entenderse solo como interacción, como un mundo de acontecimientos y no de cosas. Concebir de esta manera la física (y en general la ciencia) lleva a creer que esta no es capaz de describir de una manera aproximadamente fiel los aspectos fundamentales del mundo. Si algo ha hecho la ciencia es mostrar cómo funciona realmente la naturaleza. Negar que la mecánica cuántica proporciona una descripción objetiva de la materia en los niveles atómico y subatómico implica considerarla como un mero mecanismo matemático, un algoritmo, para efectuar predicciones sobre los resultados experimentales o entenderla en términos de la teoría de la información: los estados cuánticos no son reales sino solo una forma de información relacionada con el observador; no viviríamos en un mundo real sino en uno virtual, como el de Matrix. A pesar de la vehemencia con que ciertos físicos y filósofos niegan la existencia de la realidad, el hombre desea y necesita conocerla, comprenderla cada vez más con mayor profundidad, desde la minúscula escala de la longitud y tiempo de Planck hasta la inimaginable de los millones de años luz y los eones. Esa es precisamente la empresa de la ciencia.

Toda interpretación idealista del mundo hunde sus raíces en la filosofía de Platón. Para Erwin Schrödinger, uno de los científicos más importantes en la historia de la mecánica cuántica, «… la materia es una imagen de nuestra mente –por lo tanto la mente es anterior a la materia…» y «… ante las partículas finales que constituyen la materia, parece quedar excluida la posibilidad de concebirlas como formadas por algún material. Son, como lo fueron, pura forma, nada sino forma; lo que vuelve una y otra vez en sucesivas observaciones es su forma, no una pizca individual de materia». El gran hombre de ciencia hace caso omiso del concepto de materia como categoría filosófica, cual es, toda la realidad objetiva que nos es dada a través de las sensaciones, que son imágenes de la materia en movimiento. La representación sensible no es la realidad que existe fuera de nosotros, es solo la imagen captada a través de los órganos de los sentidos: la sensación es una imagen subjetiva del mundo objetivo. En la más pura tradición platónica la existencia individual y particular del electrón se debe a que participa de la Forma eterna e inmutable de un electrón arquetípico; la partícula que se mide y se capta sería apenas una imagen imperfecta, una ilusión de la Forma que es la entidad real, existente en un mundo apartado, ideal, perfecto, sin conexión con el imperfecto y material donde habitamos. Esta concepción filosófica también es apoyada por Werner Heisenberg (otro grande en el desarrollo de la teoría de los cuantos) que cree que “la física moderna se ha decidido definitivamente a favor de Platón. Las unidades más pequeñas de la materia no son objetos físicos en el sentido común de la palabra; son formas y estructuras; o bien, en el sentido de Platón, ideas sobre las cuales sólo puede hablarse de una manera inequívoca en el lenguaje de la matemática”. Pero no se puede olvidar que las matemáticas “lejos de quedar confinadas en el dominio de la especulación…se hallan inscritas en la realidad del mundo, son la llave de la comprensión de la naturaleza y posibilitan la transformación de la creación al servicio del hombre”, como lo expresa Luis Alonso, comentarista de la sección Libros en la revista Investigación y Ciencia. La única forma de acceder al mundo de las formas platónicas no es a través de la ciencia, sino de la fe o la iluminación mística. Aristóteles, en su Metafísica, dedica el libro decimotercero a refutar la idea de las Formas: «En cuanto a decir que las Formas son los modelos, y que los objetos sensibles participan de ellas es pronunciar palabras vacías y hacer metáforas poéticas». Razón tenía el Estagirita cuando de su respetado maestro afirmó: “Platón es mi amigo, pero más amiga es la verdad”.

Otros participantes en este importante debate propugnan por un posición intermedia que mezcle idealismo y materialismo; dicho coctel filosófico, en palabras de Adán Sus, físico y filósofo de la Universidad de Valladolid «… supone reconocer que, si bien hay aspectos de la posición realista que tal vez merezca la pena rescatar, quizás haya que poner en cuestión la idea de que la ciencia empírica describe una realidad anterior a la teoría e independiente de ella». Es imposible: no puede alguien declararse materialista y negar la realidad objetiva del mundo; sostener que la mecánica cuántica no describe una realidad material independiente del observador, es simple y llanamente militar en las filas del idealismo. En esta dicotomía no hay posibilidad para una Tercera Vía. La filosofía compatible con las ciencias naturales es la materialista: ella reconoce que el zoológico de partículas atómicas y sus fenómenos asociados, objeto de estudio de la mecánica cuántica, tienen una existencia independiente de la consciencia. Si la realidad no es de naturaleza material se llega al absurdo de concebirla, según Favio Cala y Gustavo Eslava, como «… el resultado de una compleja construcción social; que la ciencia –y en este caso la mecánica cuántica− puede entenderse como producto de la sociedad y la cultura de su tiempo

El velo de incomprensión que aún cubre la interpretación de la mecánica cuántica se irá rasgando en la medida que ella se enriquezca con nuevos hitos teóricos y experimentales. Si la teoría cuántica ha de sufrir cambios en sus principios fundamentales, ello exige que lo nuevo explique lo antiguo en aquellas situaciones en que ha habido verificación experimental, es decir, algo de la vieja teoría pasa a ser un caso particular de la nueva tal como sucedió con el desarrollo de la teoría de la relatividad y el destino de la mecánica newtoniana.

La posición más adecuada para afrontar la interpretación filosófica de la mecánica cuántica sigue siendo la que ha señalado claramente Weinberg: «Otros físicos, entre los que me incluyo, prefieren otra forma, realista, de mirar la mecánica cuántica, basada en una función de onda que puede describir laboratorios y observadores tanto como átomos y moléculas, y gobernada por leyes que no dependen materialmente de que existan o no observadores». La mecánica cuántica ha venido mostrado apenas un poco del mundo atómico, pero aún es mucho lo que falta por explorar en él. Una interpretación materialista de ella la hará más comprensible para doctos y legos.

Bibliografía

  • Cabello, Adán, El puzle de la teoría cuántica, Investigación y Ciencia, septiembre, 2017.
  • Cala Vitery, Favio y Eslava Castañeda, Édgar Gustavo, Mecánica cuántica. Sobre su interpretación, historia y filosofía, Bogotá, Universidad Jorge Tadeo Lozano, 2011.
  • Deutsch, David y Ekert, Artur, Más allá del horizonte cuántico, Investigación y Ciencia, noviembre, 2012.
  • Einstein, Albert, Sobre la teoría de la relatividad, Madrid, Sarpe, 1983.
  • Schrödinger, Erwin, Ciencia y humanismo, Barcelona, Tusquets, 1985.
  • Sus, Adán, Mecánica cuántica: interpretación y divulgación, Investigación y Ciencia, julio, 2017.
  • Weinberg, Steven, El sueño de una teoría final, Barcelona, Crítica, 1988.

—–, El problema de la mecánica cuántica, Investigación y Ciencia, agosto, 2017.

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