Niels Bohr, la mente que vendr¨¢

Uno de los aspectos m¨¢s interesantes en los inicios de la teor¨ªa cu¨¢ntica son los dilemas que surgen cuando hay que abandonar un viejo lenguaje (el de la f¨ªsica cl¨¢sica) y crear otro que lo reemplace. Para observar el mundo, ya sea a simple vista o con un espectr¨®grafo (que es el ojo con el que vemos el ¨¢tomo) necesitamos una teor¨ªa o una idea de lo que el mundo es. Ver es teorizar. De hecho, los instrumentos utilizados en f¨ªsica son, por as¨ª decir, teor¨ªa materializada. Imponen a la naturaleza el lenguaje en el que queremos que hable. Ese lenguaje puede ser el de los patrones de interferencia, las longitudes de onda o frecuencias, cuando investigamos las ondas. O el lenguaje de la velocidad y la posici¨®n, cuando lo que investigamos son part¨ªculas. No es posible ¡°medir¡± ni ¡°observar¡± sin una teor¨ªa y un dispositivo experimental al que referir las observaciones. Sin ambos no ver¨ªamos nada. Curiosamente, Heisenberg entendi¨® perfectamente el argumento de Einstein y le reproch¨® que el propio Einstein hab¨ªa hecho lo mismo con su teor¨ªa general de la relatividad: recurrir a la ret¨®rica de basarse ¨²nicamente en ¡°magnitudes observables¡±, como si ese tipo de empirismo fuera posible sin una teor¨ªa.

El salto de una visi¨®n te¨®rica a otra distinta, en t¨¦rminos l¨®gicos, no puede hacerse. Llega un momento en que hay que cambiar de baraja y esa sustituci¨®n debe pasar desapercibida. Es aqu¨ª donde empieza la magia. Kuhn y Rorty lo han explicado muy bien. Ninguna teor¨ªa revolucionaria ¡°refuta¡± a la anterior. Simplemente, no puede hacerlo, pues habla otro lenguaje. Ser¨ªa como refutar un refr¨¢n castellano con uno normando. Lo que hace la nueva teor¨ªa es proponer un juego de lenguaje diferente. Y, para que esa propuesta tenga ¨¦xito, debe ganar adeptos. Los factores decisivos de esa adhesi¨®n son tanto intelectuales como afectivos. S¨®lo reuniendo suficientes aliados es posible realizar la transformaci¨®n. Y eso fue lo que ocurri¨® en los or¨ªgenes de la teor¨ªa cu¨¢ntica. El gran catalizador de ese cambio fue un joven f¨ªsico dan¨¦s, Niels Bohr. Contaba con otras armas, adem¨¢s de las t¨¦cnicas: la caballerosidad, la confidencia, la empat¨ªa y la amabilidad. Todas ellas virtudes que aparentemente poco tienen que ver con la l¨®gica experimental. Bohr se hab¨ªa formado en el laboratorio de Rutherford en Manchester, pero para Heisenberg era m¨¢s un fil¨®sofo que un f¨ªsico, que supo intuir las interioridades del ¨¢tomo y que, al hacerlo, ¡°adivinaba m¨¢s que matematizaba¡±. Bohr fue el eje de esa gran tarea de seducci¨®n que dio lugar a la teor¨ªa cu¨¢ntica. Tuvo dos grandes aliados, dos j¨®venes geniales de los que hab¨ªa ganado su afecto: Heisenberg y Pauli (formados con Sommerfeld), y Max Born, un matem¨¢tico de Gotinga un poco mayor que ¨¦l. Con este peque?o equipo fue capaz de neutralizar los ataques de la vieja f¨ªsica, de f¨¦rreos enemigos como Einstein, Schr?dinger o De Broglie. Bohr logr¨®, de alguna forma, gan¨¢rselos a todos ellos. Los invitaba a pasar temporadas en Copenhague o manten¨ªa con ellos un di¨¢logo abierto y cordial. Sab¨ªa que la objetividad es el consenso entre los especialistas, el pacto entre los expertos. Y que sin ese consenso una teor¨ªa tan extravagante no podr¨ªa sobrevivir.

La incertidumbre esencial

Saber d¨®nde est¨¢n las cosas y a qu¨¦ velocidad se mueven no es posible en el mundo at¨®mico. El lugar y el movimiento. Con esa pregunta Newton hab¨ªa iniciado la f¨ªsica moderna. La respondi¨® postulando un espacio y tiempo absoluto. Einstein lo corrigi¨®, relativizando el tiempo y el espacio e introduciendo al observador. Acontecimientos que para un observador son simult¨¢neos, pueden ser secuenciales para otro. Un tercero puede ver esa secuencia invertida. El pasado y el futuro resultan intercambiables. Una idea fascinante y aterradora. La relatividad revolucion¨® la visi¨®n del tiempo, pero dej¨® intactos el determinismo y el ¡°realismo racional¡± que tanto complac¨ªa a Einstein: la idea de un mundo exterior objetivo, que evoluciona conforme a leyes y al margen del observador. La nueva teor¨ªa que trataba de afianzar Bohr, basada en pulsiones energ¨¦ticas espont¨¢neas y destellos de luz (denominados cuantos), parec¨ªa poner en duda estas premisas.

A finales del siglo XIX se pensaba que solo era cuesti¨®n de tiempo alcanzar un conocimiento exhaustivo del mundo natural. El optimismo reinante parec¨ªa confirmar la hip¨®tesis de Laplace, formulada en 1814. Si se conoce la ubicaci¨®n precisa y momento de cada ¨¢tomo en un instante dado, sus valores pasados y futuros, para cualquier otro momento, ser¨¢n deducibles mediante las leyes de la mec¨¢nica cl¨¢sica. La nueva teor¨ªa parec¨ªa abolir esa posibilidad. El determinismo decimon¨®nico se desmoronaba y el demonio de Laplace parec¨ªa conjurado. Desde entonces, las nuevas ciencias ya no aspiran al ideal que ofrec¨ªa la f¨ªsica, pues la f¨ªsica se hab¨ªa complicado de un modo endiablado. Hasta el punto que muchos han ignorado esta ¡°nueva objetividad¡± y todav¨ªa viven en el mito de Laplace, cuyo sue?o (o pesadilla) no se ha desvanecido del todo.

Bohr llegar¨ªa a decir, en una de sus escasas salidas de tono, pero de un modo c¨¢lido y afable, que la nueva f¨ªsica exig¨ªa renunciar a la idea cl¨¢sica de la causalidad. ?Cu¨¢l ser¨ªa entonces el papel de los f¨ªsicos? Bohr no ten¨ªa entonces una respuesta, pero ten¨ªa claro que deb¨ªan cambiar de mentalidad. La vieja guardia no tard¨® en reaccionar, Einstein y Schr?dinger a la cabeza. La f¨ªsica dejaba de ocuparse de la naturaleza y pasaba a ocuparse de ¡°lo que podemos decir sobre la naturaleza¡±. Wittgenstein ten¨ªa un heredero en Dinamarca. Pero, entre los f¨ªsicos, ocuparse de cuestiones metaf¨ªsicas no est¨¢ bien visto y se considera una p¨¦rdida de tiempo.

Un observador puede escoger medir una cosa u otra, pero tiene que asumir las consecuencias

Heisenberg hab¨ªa se?alado la inevitable discordancia entre una posible medici¨®n y otra. Un observador puede escoger medir una cosa u otra, pero tiene que asumir las consecuencias. Y, tambi¨¦n, que la incertidumbre asedie el futuro desarrollo del sistema. La funci¨®n de onda cu¨¢ntica cambia para reflejar el hecho de que se produjo una medici¨®n particular y no otras. Ese hecho, a su vez, influye en los resultados subsiguientes. En definitiva, la libertad de elecci¨®n del observador deja su huella en el itinerario de sus investigaciones. La propia experimentaci¨®n no es indiferente a dicha elecci¨®n. Las mediciones han dejado de ser descripciones inocuas de un mundo objetivo e implican alteraciones en lo que se est¨¢ midiendo. Pero hay algo m¨¢s. El investigador debe decidir previamente qu¨¦ es lo que quiere medir, y esa intencionalidad afecta al resultado del experimento (intencionalidad materializada en la elecci¨®n del aparato de medida), transformando eso que llamamos ¡°realidad¡±. La actividad cient¨ªfica no s¨®lo es epistemol¨®gica, es ontol¨®gica. El mundo de ah¨ª fuera depende de lo que escojamos medir. Una medida del sistema en un sentido cierra la puerta y limita la informaci¨®n de otro tipo de medida. Dicho en otras palabras, podemos matematizar la naturaleza en un sentido (con un formalismo espec¨ªfico), pero, una vez hecho, la naturaleza ya no es la misma, ya no nos dice lo mismo que podr¨ªa decirnos si no hubi¨¦ramos elegido ese camino. Las consecuencias, en este sentido, resultan inquietantes. La intenci¨®n se ha infiltrado en el experimento y el mundo parece etificado.

Esas medidas, en un sentido y otro, son adem¨¢s complementarias. Es aqu¨ª donde se gesta una ¡°nueva objetividad¡±. La complementariedad puede (y debe, seg¨²n Bohr) aplicarse a otras ciencias. Si hablamos de la vida, podemos concebirla como un conjunto de mol¨¦culas interconectadas, de acuerdo con la mec¨¢nica cl¨¢sica, o como un organismo con percepci¨®n e intenciones. Ambas visiones son complementarias, pero no es posible sostenerlas simult¨¢neamente. Estudiar la vida molecularmente exige acabar con ella, perdemos las cualidades del organismo vivo. Por otro lado, si se quiere estudiar lo vivo, no es posible examinar el papel de cada una de las mol¨¦culas del organismo. Bohr subray¨® que la intencionalidad (la ambici¨®n del investigador) era refractaria al an¨¢lisis de la mec¨¢nica cl¨¢sica. Complementariedad significa precisamente que el objetivo o la finalidad del organismo (de dar fruto o madurar) pueda ser una caracter¨ªstica general del mismo, aunque carezca de sentido desde un punto de vista molecular. Ambas visiones se complementan. Con todas estas disquisiciones, el espectro del padre de Hamlet (la causa final), regresa del mundo de las sombras. Sin embargo, el ¨¦xito de la idea de Bohr fuera de la f¨ªsica fue m¨¢s bien escaso. Muchos siguen creyendo que la historia de los organismos se desarrolla de acuerdo a leyes inexorables. Cientos de fen¨®menos cu¨¢nticos, como la radiactividad o el salto del electr¨®n, ocurren sin una raz¨®n conocida. Un enigma que importa poco a la gran mayor¨ªa de los f¨ªsicos, que prefieren continuar con sus mediciones y no enredarse en cuestiones filos¨®ficas. En todo caso, Einstein estaba en lo cierto al considerar que la teor¨ªa cu¨¢ntica era una teor¨ªa incompleta (cualquier teor¨ªa lo es). Pero Bohr acertaba tambi¨¦n al considerar que esa incompletitud, no s¨®lo era inevitable, sino que pod¨ªa sentar bien al entendimiento.

Naturaleza radiante y espont¨¢nea

La historia de Bohr no puede entenderse sin la de Rutherford y la materia pulsante. Con una mezcla de razonamiento f¨ªsico y f¨®rmulas inspiradas, Bohr elabor¨® su modelo at¨®mico. Un par de a?os despu¨¦s de que Rutherford fundara la f¨ªsica nuclear, Bohr lo hac¨ªa con la at¨®mica. Los electrones giraban en torno al n¨²cleo en ¡°ondas estacionarias¡± No pod¨ªan tener la energ¨ªa que quisieran, sino que deb¨ªan asumir un conjunto limitado de valores (la libertad es siempre limitada). El electr¨®n pod¨ªa absorber energ¨ªa cuando se proyectaba luz sobre el ¨¢tomo. Entonces el ¨¢tomo se excitaba. Posteriormente, volv¨ªa a su estado fundamental emitiendo luz. Esas cantidades de luz, emitidas y absorbidas, pod¨ªan disponerse de tal forma que reprodujeran la serie de Balmer. Se hab¨ªa descubierto la raz¨®n de la ciencia espectrosc¨®pica: las transiciones de los electrones de un estado estacionario a otro. Muchos f¨ªsicos veteranos consideraron que lo que hac¨ªa Bohr no era f¨ªsica. La cr¨ªtica de Rutherford al modelo de su disc¨ªpulo incid¨ªa en lo esencial: ?C¨®mo decide el electr¨®n con qu¨¦ frecuencia va a vibrar y cu¨¢ndo va a pasar de un estado estacionario a otro? De nuevo surg¨ªa la cuesti¨®n de la espontaneidad de la vida at¨®mica. El electr¨®n parec¨ªa escoger a qu¨¦ orbital inferior iba a descender y, por tanto, que l¨ªnea espectral iba a producir. Rutherford sab¨ªa que la desintegraci¨®n de un ¨¢tomo radiactivo sigue el mismo procedimiento, y que su ritmo resulta impredecible. Lo mismo parec¨ªa suceder aqu¨ª. Los electrones parec¨ªan elegir no s¨®lo el momento del salto, sino tambi¨¦n su destino. La transici¨®n del electr¨®n al contacto con la luz y la emisi¨®n radiactiva compart¨ªan un mismo modus operandi. El cambio ocurr¨ªa de forma espont¨¢nea, sin motivo aparente. Ambos fen¨®menos carec¨ªan de una causa identificable. La idea misma de la causalidad se ve¨ªa amenazada. El asunto preocupaba a Einstein. Pero los f¨ªsicos estaban demasiado entretenidos utilizando el modelo at¨®mico de Bohr para perder el tiempo en cuestiones filos¨®ficas.

A finales del siglo XIX, los ¨¢tomos se asocian con los elementos qu¨ªmicos. Hab¨ªa pues 92 clases de ¨¢tomos o elementos. Para la f¨ªsica, esa clasificaci¨®n era insatisfactoria. La posici¨®n y el movimiento de los ¨¢tomos deb¨ªan bastar para explicar la materia. Los elementos fundamentales no eran en realidad tan variados y pod¨ªan reducirse a tres: protones, neutrones y electrones. Todos los ¨¢tomos qu¨ªmicos eran combinaciones de estos tres. Pero la cosa se complicar¨ªa. En 1938, Otto Hahn descubri¨® la fisi¨®n nuclear y el sue?o de los alquimistas, que hab¨ªa anticipado Rutherford, se hizo realidad. En poco tiempo se logr¨® la transmutaci¨®n de los elementos. Pero en los a?os cuarenta el panorama volvi¨® a complicarse. A las tres part¨ªculas b¨¢sicas se a?adieron una infinidad de ¡°part¨ªculas elementales¡± que surgen espont¨¢neamente de los experimentos a altas energ¨ªas. Las nuevas part¨ªculas son como las mariposas y otros insectos, tienen una vida breve. Son ¡°inestables¡±, no por iracundas, sino porque existen en periodos muy breves de tiempo (billon¨¦simas de segundo). Al margen de su fugacidad, se comportan de modo parecido a las tres part¨ªculas estables de la materia. Los experimentos subrayan ese car¨¢cter proteico. Al colisionar a gran velocidad, pueden transformarse unas en otras. Ovidio y Kafka lo hab¨ªan anticipado, la extravagancia literaria era ya realidad f¨ªsica.

La ciencia no es ya un espectador frente a la Naturaleza, sino que refleja (y expresa) la interacci¨®n entre el ser humano y la Naturaleza.

Cuando se supera una perplejidad, se genera otra. En los a?os veinte la teor¨ªa de los cuantos es poco m¨¢s que una intuici¨®n de Bohr apoyada por Sommerfeld y otras mentes brillantes. El modelo at¨®mico empieza a despegar cuando Heisenberg encuentra su formulaci¨®n matem¨¢tica. El alem¨¢n es muy consciente de que sus arreglos bidimensionales de n¨²meros (matrices que desconoce y que ya eran conocidas por los matem¨¢ticos chinos e indios de la antig¨¹edad) no expresaban la Naturaleza, sino el conocimiento que tenemos de ella. No se trata tan s¨®lo del hecho de que cada ciencia ofrece su propia imagen de la Naturaleza (y esas im¨¢genes resultan a veces inconmensurables), sino que la divisi¨®n cartesiana entre un proceso objetivo en el espacio y el tiempo (res extensa) y una mente que lo conoce (res cogitans) ha dejado de tener sentido. La ciencia no es ya un espectador frente a la Naturaleza, sino que refleja (y expresa) la interacci¨®n entre el ser humano y la Naturaleza. La teor¨ªa de los cuantos permite, quiz¨¢ por primera vez, reconocer que el m¨¦todo o dispositivo experimental del investigador condiciona su objeto y lo ¡°determina¡±. Heisenberg ofrece una analog¨ªa. La fe en un progreso indefinido, en la expansi¨®n ilimitada del poder¨ªo material gracias a la tecnolog¨ªa, es como un buque que tiene tanta abundancia de hierro y acero, que la aguja de su comp¨¢s no puede detectar el norte y apunta a la masa f¨¦rrea del propio buque. El capit¨¢n ignora que su comp¨¢s ha perdido la sensibilidad para detectar la fuerza magn¨¦tica de la Tierra.

La idea misma de la causalidad ha ido evolucionando a lo largo del tiempo. Hasta la ¨¦poca medieval, se conservan los matices introducidos por Arist¨®teles. Se distinguen cuatro factores o se habla de cuatro tipos de causas: material (de lo que est¨¢ hecha la cosa), formal (lo que la estructura y le da forma interior), eficiente (la circunstancia externa) y final (la aspiraci¨®n a la madurez, sobre todo en lo vivo). En la ¨¦poca moderna, esos matices se han perdido y la causalidad ha quedado limitada a la causa material y eficiente. Kant, que sigue a Newton, da la definici¨®n m¨¢s influyente de la causalidad. ¡°Cuando algo ocurre, suponemos que algo ha precedido al hecho, algo de lo que se sigue como una regla¡±. De este modo, se ha ido restringiendo la causalidad, hasta la idea de que el acontecer en la naturaleza est¨¢ un¨ªvocamente determinado.

Pero con la teor¨ªa de los cuantos, la f¨ªsica deja de ser fiel a ese determinismo. Planck observa que el ¨¢tomo radiante no despide energ¨ªa de manera continuada, sino en ¡°paquetes¡± o cuantos de energ¨ªa. Golpe a golpe. La nueva teor¨ªa se ve obligada a explicar la materia mediante el comportamiento estad¨ªstico de los ¨¢tomos. El determinismo pasa a ser ¡°estad¨ªstico¡±, la f¨ªsica, ¡°incierta¡±. A todo ello se une una genial intuici¨®n de Bohr, el principio de complementariedad. Este principio apunta a que las diferentes im¨¢genes intuitivas destinadas a describir los sistemas at¨®micos (propiciadas por los diferentes tipos de experimento) pueden ser compatibles sin que se excluyan mutuamente. Seg¨²n sea el dispositivo, el ¨¢tomo se comportar¨¢ de un modo u otro y ello no constituye un problema. Al contrario, se trata de una ventaja. La naturaleza asume (y asiente) nuestro modo de interrogarla. Esas diversas im¨¢genes son verdaderas en cuanto que son fieles a cada experimento particular. Y aunque a primera vista pudieran parecer incompatibles, se complementan unas a otras. No existe un conocimiento completo de un sistema, existen diferentes modos de aproximaci¨®n. El enfoque y la perspectiva del investigador forman parte del objeto de estudio.

Ante la revoluci¨®n que esto supone, Bohr postula otro principio, compensatorio, que establece un armisticio con toda la f¨ªsica anterior, el principio de correspondencia. Cuando aplicamos estas leyes estad¨ªsticas a los procesos macrosc¨®picos, el determinismo parece restablecerse. Esa es la raz¨®n principal por la que los positivistas acabaron por aceptar las perplejidades de la teor¨ªa cu¨¢ntica. Todo quedaba como estaba a nivel macrosc¨®pico. El demonio de Laplace segu¨ªa vivo.

La diplomacia

Bohr ten¨ªa una acogedora casa de campo en Tisvilde, un lugar que jugar¨ªa un destacado papel en su actividad cient¨ªfica. All¨ª fue anfitri¨®n de Pauli, Schr?dinger y Heisenberg. Este ¨²ltimo estuvo all¨ª en numerosas ocasiones y confes¨® que hab¨ªa aprendido a querer a aquel alegre y pac¨ªfico pa¨ªs (Dinamarca), que hab¨ªa escapado de las cat¨¢strofes del siglo. Los invitados pasaban varios d¨ªas en compa?¨ªa de la numerosa familia, haciendo excursiones por las dunas y los bosques, recorriendo las playas que ofrec¨ªan espl¨¦ndidas vistas del B¨¢ltico. En cierta ocasi¨®n, Bohr se intern¨® a nado mar adentro y Heisenberg lo sigui¨®. Al poco tiempo, ambos sintieron que los arrastraba mar adentro la corriente. Ninguno de los dos era capaz de acercarse a la orilla. Se iban quedando sin aire y vivieron momentos de intensa angustia. Finalmente, la corriente los arroj¨® a un banco de arena. Tras un prolongado descanso, se repusieron y pudieron regresar a la orilla.

Heisenberg no estaba dispuesto a admitir el formulismo ondulatorio de Schr?dinger, pero Bohr se inclinaba a incluir el dualismo onda-part¨ªcula en las premisas de la teor¨ªa. En una de las estancias de Schr?dinger en Tisvilde se decidi¨® el destino de la teor¨ªa. Heisenberg lo cuenta. Bohr era un hombre particularmente amable y cort¨¦s, pero en esta ocasi¨®n exhibi¨® cierta intransigencia y una sangre fr¨ªa escalofriante, que le permit¨ªa seguir la argumentaci¨®n hasta el final. No ced¨ªa ni un ¨¢pice, aunque perdiera horas enteras. Rebati¨® cada intento de Schr?dinger de resucitar su teor¨ªa, punto por punto, tras fatigosas discusiones. A causa del agotamiento, Schr?dinger cay¨® enfermo y tuvo que guardar cama durante varios d¨ªas. La mujer de Bohr le preparaba caldos y lo cuidaba y mientras que su marido no abandonaba la cabecera de la cama, repitiendo una y otra vez: ¡°Pero reconozca usted¡­¡± Hasta que lleg¨® un momento que, al borde de la desesperaci¨®n, Schr?dinger exclam¨®: ¡°Si esta bobada de los cuantos ha de ser as¨ª, lamento mucho haberme dedicado a la teor¨ªa at¨®mica¡±. A lo que Bohr contest¨®: ¡°Pero todos nosotros estamos muy contentos de que lo haya hecho y por lo bien perfilada que la ha dejado¡±. Cuando se march¨®, en Copenhague se tuvo la impresi¨®n de que la interpretaci¨®n de Schr?dinger hab¨ªa quedado refutada. Schr?dinger ofrec¨ªa otro formulismo te¨®rico, que ser¨ªa refinado por Born y Jordan. Bohr consider¨® que ese dualismo pod¨ªa servir de punto de partida para llegar a la formulaci¨®n correcta. Una formulaci¨®n que encontrar¨ªa tras unas discusiones muy intensas con Heisenberg (que se negaba a aceptar en nuevo formalismo matem¨¢tico) en la buhardilla del Instituto. Para airearse, Bohr se fue a esquiar a Noruega, y all¨ª, a finales de febrero de 1927, encontr¨® la soluci¨®n: el principio de complementariedad. Mientras tanto, Heisenberg, s¨®lo, en un parque de la ciudad cercano al Instituto, hab¨ªa encontrado otro principio: el de incertidumbre. Ninguno de los dos principios ser¨ªa aceptado por Einstein.

Luz y vac¨ªo, as¨ª es el ¨¢tomo. Estos dos aspectos ser¨¢n, junto con la radiaci¨®n del cuerpo negro y el cuanto de acci¨®n de Planck, el detonante de la nueva f¨ªsica cu¨¢ntica

En 1696, Leibniz describe a la princesa Sof¨ªa sus observaciones de una gota de agua y la actividad incesante se agitaba en su interior. Anticipa sin saberlo lo que m¨¢s tarde se conocer¨ªa como movimiento browniano. La conclusi¨®n principal que sac¨® Leibniz es que todo est¨¢ lleno de vida. La caracter¨ªstica principal de la materia no es la extensi¨®n, la inercia o la impenetrabilidad, como hab¨ªa cre¨ªdo Descartes, sino la fuerza y la percepci¨®n. A principios del siglo XX se descubri¨® que el ¨¢tomo tiene forma interna, radia, palpita, emite se?ales de vida. En cierto sentido, puede decirse que la f¨ªsica cu¨¢ntica restaura la antigua causalidad, m¨¢s compleja y poli¨¦drica. El ¨¢tomo tiene forma interna, palpitante. Cuando es excitado emite energ¨ªa, pero tambi¨¦n puede absorberla. La materia no s¨®lo es penetrable como muestran los experimentos de Rutherford sino que tambi¨¦n es activa, como descubri¨® Marie Curie. Luz y vac¨ªo, as¨ª es el ¨¢tomo. Estos dos aspectos ser¨¢n, junto con la radiaci¨®n del cuerpo negro y el cuanto de acci¨®n de Planck, el detonante de la nueva f¨ªsica cu¨¢ntica. El movimiento browniano ser¨¢ explicado por Einstein en 1905, junto al efecto fotoel¨¦ctrico, en su a?o milagroso. La radioactividad servir¨¢ a Bohr para dise?ar su ¨¢tomo cu¨¢ntico.

Complementariedad

Mientras Heisenberg se debate con sus incertidumbres, Bohr esqu¨ªa en una estaci¨®n de monta?a en Noruega. Busca algo m¨¢s que un teorema, un marco de referencia conceptual a los desaf¨ªos que planteaba el mundo subat¨®mico. La paradoja radical de la realidad f¨ªsica, que pod¨ªa comportarse como onda o como corp¨²sculo, merec¨ªa una respuesta contundente. Hasta ese momento, la materia y la radiaci¨®n eran aspectos excluyentes de un mismo fen¨®meno, ahora son complementarios. En un determinado momento, el observador s¨®lo puede ver unos de estos aspectos, y lo que vea depender¨¢ del tipo de experimento, del tipo de aproximaci¨®n al fen¨®meno. La ecuaci¨®n de Plack-Einstein y la f¨®rmula de De Broglie expresa el formulismo matem¨¢tico de la situaci¨®n. Cada una de ellas relaciona una propiedad de las part¨ªculas (energ¨ªa y momento), con una propiedad de las ondas (frecuencia y longitud de onda). El que aparecieran combinadas en una misma ecuaci¨®n resultaba inquietante, pues hasta ese momento una part¨ªcula y una onda eran entidades completamente diferentes. El principio de incertidumbre a?ad¨ªa un nuevo factor: la necesidad de elegir lo que vemos. Y la limitaci¨®n que impide ver ambos aspectos. Por un lado, tanto los datos experimentales como los instrumentos de medida se expresan en el lenguaje de la f¨ªsica cl¨¢sica. Por otro lado, toda interpretaci¨®n debe, para convencer a los colegas f¨ªsicos, expresarse en el lenguaje habitual de la f¨ªsica. Respecto a lo primero, Bohr se daba cuenta de que ya no era posible mantener una separaci¨®n estricta entre el observador y lo observado, entre el instrumento de medida y lo que se est¨¢ midiendo. La idea de una observaci¨®n inocua, que no perturbe el sistema, se ha perdido. Respecto a lo segundo, los conceptos de la f¨ªsica cl¨¢sica ya no sirven, hay que cambiar de lenguaje. El experimento concreto es el que pone de relieve un aspecto u otro del fen¨®meno. Preguntar si la luz es una onda o un corp¨²sculo carece de sentido. Nunca sabremos lo que es ¡°realmente¡± la luz. Lo ¨²nico que podemos saber es c¨®mo se comporta (ante nuestras preguntas) y la ¨²nica respuesta posible es decir que se comporta de un modo u otro en funci¨®n del modo en que la interroguemos. Si preparamos un experimento de interferencia ser¨¢ una onda, si tratamos de localizar los cuantos de luz a trav¨¦s de una rendija se comportar¨¢ como un chorro de part¨ªculas. La decisi¨®n sobre qu¨¦ mundo ver est¨¢ en manos del observador y de su laboratorio. En 1927, en el Congreso Internacional de F¨ªsica celebrado en el lago de Como, Bohr, de un modo pausado y claro, apenas audible, expone la idea que habr¨¢ de revolucionar definitivamente la f¨ªsica: el principio de complementariedad. El universo de Newton era un cosmos determinista, un mecanismo de relojer¨ªa, incluso despu¨¦s de su remodelaci¨®n relativista. En el universo cu¨¢ntico no hay lugar para el determinismo cl¨¢sico. El espacio y el tiempo han dejado de ser el marco en el cual se despliegan los fen¨®menos que observamos. M¨¢s bien, es la propia observaci¨®n la que crea las condiciones espaciales y temporales. Toda una revoluci¨®n.

La imposibilidad de controlar la interferencia entre el acto de observaci¨®n y el sistema observado es la raz¨®n de la imposibilidad de describir los fen¨®menos at¨®micos de un modo un¨ªvoco. Hasta cierto punto, pueden ser lo que queramos que sean, en funci¨®n del dispositivo experimental que elijamos. Hablando de la complementariedad en una conferencia pronunciada en Zurich en 1949, Wolfgang Pauli dec¨ªa que la situaci¨®n epistemol¨®gica a la que se enfrenta la f¨ªsica moderna no ha sido prevista por filosof¨ªa alguna. Disentimos. Tanto Berkeley como Leibniz se sentir¨ªan c¨®modos en el universo cu¨¢ntico. La idea de que la informaci¨®n que se gana y la que se pierden se encuentran al arbitrio del observador hubiera complacido a ambos. Las situaciones que plantea la f¨ªsica cu¨¢ntica difieren radicalmente de las planteadas en f¨ªsica cl¨¢sica. Se podr¨ªa incluso decir que se trata de una disciplina diferente, que podr¨ªa llamarse observ¨¢tica, donde cada observaci¨®n es una interferencia y se hace camino al observar. En funci¨®n de lo que usted vea (en funci¨®n de lo que elija ver), su mundo ser¨¢ uno u otro, pues el itinerario de las observaciones incidir¨¢ en las visiones futuras. ¡°En este sentido, nos dice Pauli, la irracionalidad se le presenta al f¨ªsico moderno seg¨²n la forma de la observaci¨®n elegida¡±. Una nueva situaci¨®n que convierte en imposible la concepci¨®n determinista.

Hasta ahora la f¨ªsica cl¨¢sica exig¨ªa la distinci¨®n entre sujeto perceptor y objeto percibido. La existencia de ese corte es condici¨®n necesaria de la cognici¨®n humana. Lo que ocurre con la f¨ªsica moderna, nos dice Pauli, es que ¡°la posici¨®n del corte resulta hasta cierto punto arbitraria y como resultado de una elecci¨®n determinada por condiciones de conveniencia y, por tanto, de alguna manera, libre¡±. Bohr ya hab¨ªa incidido en este punto. ¡°La actividad mental exige confrontar un contenido objetivo con un sujeto perceptor, pero el sujeto perceptor tambi¨¦n pertenece a nuestro contenido mental¡±. Pauli no duda en adentrarse en el berenjenal filos¨®fico. El concepto de conciencia exige ese corte entre sujeto y objeto. Mientras que la existencia de ese corte es una necesidad l¨®gica, su posici¨®n es arbitraria. Y cita al respecto la cosmovisi¨®n hind¨², sin entrar en demasiadas explicaciones. ¡°La mentalidad occidental no puede aceptar semejante concepci¨®n de una conciencia suprapersonal sin un objeto correspondiente¡±. En lugar de tomar esa v¨ªa (que no domina), Pauli prefiere la del inconsciente (sus problemas con el tabaco y el alcohol lo han llevado a convertirse en paciente de Jung). Cada observaci¨®n consciente genera una interferencia con el contenido del inconsciente que, en principio, es incontrolable, lo que limita el car¨¢cter objetivo de la realidad inconsciente y le confiere cierta subjetividad. Una situaci¨®n an¨¢loga a la que estaba ocurriendo entre la vieja y la nueva f¨ªsica.

El debate Einstein-Bohr

¡°Einstein me dijo que la Luna tiene una posici¨®n definida independientemente que la miremos o no... Tambi¨¦n aludi¨® a que la observaci¨®n no puede crear un elemento de realidad¡±. La confidencia de Pauli a Bohr, en una carta fechada en 1955, plantea el meollo del debate Einstein-Bohr sobre la naturaleza de lo real. Una querella que ha durado m¨¢s de medio siglo y que todav¨ªa no se ha cerrado. O se ha cerrado en falso, que es como se cierran los grandes problemas de la filosof¨ªa. Einstein estaba convencido de la existencia de una realidad independiente del observador. Era, en este sentido, un realista filos¨®fico, aunque conoc¨ªa bien la imposibilidad de justificar su postura. De hecho, lleg¨® a confesar a un amigo que esa creencia indemostrable pod¨ªa calificarse de ¡°religiosa¡±. Junto a Schr?dinger, pretend¨ªa recuperar la idea de realidad de la f¨ªsica cl¨¢sica: la creencia en un mundo objetivo que existe independientemente de que lo observemos o no. Un mundo que hab¨ªa creado Newton a partir de unos axiomas que le permitieran explicar el movimiento (el eterno problema): un espacio y tiempo absolutos. La teor¨ªa de la relatividad los hab¨ªa desmentido, pero la creencia subyacente en un orden objetivo, al margen de la percepci¨®n, segu¨ªa vigente. Einstein se sent¨ªa c¨®modo con el demonio de Laplace, que era el que aseguraba el determinismo. De hecho, le irritaba que hubiera una incertidumbre en la naturaleza y, para conjurarla, lleg¨® a aceptar las variables ocultas (aunque despu¨¦s descart¨® esa posibilidad). En todo caso, sigui¨® creyendo hasta el final en una realidad en la que los fen¨®menos se desarrollan independientemente del observador y ateni¨¦ndose a leyes. Nunca se detuvo a considerar que la ley supone un lenguaje y que el lenguaje supone un observador.

La f¨ªsica no consist¨ªa tanto en descubrir c¨®mo es la naturaleza sino qu¨¦ podemos decir de ella

Bohr, por otro lado, se sent¨ªa c¨®modo sin el determinismo. La f¨ªsica no consist¨ªa tanto en descubrir c¨®mo es la naturaleza sino qu¨¦ podemos decir de ella. La investigaci¨®n del ¨¢tomo hab¨ªa mostrado que la palabra ¡°fen¨®meno¡± no puede aplicarse a las part¨ªculas a menos que se especifique el tipo de experimento preparado y los instrumentos de observaci¨®n.

Hasta la llegada de la f¨ªsica cu¨¢ntica, los cient¨ªficos realizaban sus experimentos suponiendo que eran observadores pasivos de la naturaleza, capaces de ver lo que ve¨ªan sin perturbarlo. Esa separaci¨®n entre el observador y lo observado se pon¨ªa ahora en tela de juicio. El objeto microf¨ªsico carece de propiedades intr¨ªnsecas y resulta absurdo preguntarse por su posici¨®n o velocidad entre medida y medida. La f¨ªsica abandona la cosa en s¨ª para ocuparse de lo que podemos decir sobre el mundo. Heisenberg lo expresar¨ªa con claridad: ¡°los ¨¢tomos y las part¨ªculas no configuran un mundo de cosas y hechos, sino de potencialidades y posibilidades¡±. La nueva f¨ªsica recupera as¨ª la propuesta de Leibniz. Los elementos b¨¢sicos del mundo no son cosas o hechos, sino el apetito y la percepci¨®n. Los errores de Descartes dieron pie a una f¨ªsica inexacta. La extensi¨®n no es la esencia de la materia, sino la fuerza (el anhelo y la percepci¨®n). Los cartesianos tuvieron una idea rutinaria y poco creativa de la materia. Una idea que hay que descartar. La naturaleza, toda ella, est¨¢ viva. La radiactividad, el enlace qu¨ªmico o el movimiento browniano apuntan en esa direcci¨®n, pero tambi¨¦n el ¨¢tomo estable, con sus emisiones y absorciones de energ¨ªa. Pero hay m¨¢s. La transici¨®n de lo ¡°posible¡± a lo ¡°real¡± s¨®lo sucede, seg¨²n Heisenberg, durante el acto de observaci¨®n. La conciencia se ha colado en la fiesta de la f¨ªsica. La creencia en la existencia de una realidad independiente del observador se tambalea. Einstein cre¨ªa que sin esa creencia no era posible la ciencia. Los cu¨¢nticos han demostrado que no. Los ¨¦xitos cosechados por la disciplina lo demuestran.

Que el mundo existe independientemente de la observaci¨®n es una idea de sentido com¨²n. Para gran mayor¨ªa de los f¨ªsicos, incluido Pauli, se trata de una cuesti¨®n filos¨®fica a la que la f¨ªsica no tiene porqu¨¦ responder (¡°ser¨ªa como darle vueltas al n¨²mero de ¨¢ngeles que caben en la cabeza de un alfiler¡±). Sin embargo, el teorema de Bell llev¨® el problema al terreno experimental (anteriormente s¨®lo se planteaban experimentos de pensamiento) y para Einstein supuso su ¨²ltima oportunidad de demostrar que la teor¨ªa cu¨¢ntica era incompleta. Aunque la mayor¨ªa de los f¨ªsicos acab¨® admitiendo la no localidad, el hecho de que el mundo no existiera si no hab¨ªa nadie observ¨¢ndolo era una cuesti¨®n que iba m¨¢s all¨¢ de sus intereses. Una soluci¨®n al dilema que vincula la existencia con la percepci¨®n es considerar que todas las cosas, incluidos los ¨¢tomos, perciben o son de alg¨²n modo receptivos al entorno (de hecho, son ¡°excitables¡±). En ese caso, todas las cosas, por estar en contacto unas con otras, existen. No necesitan de un dios o de un ser humano que las observe. La idea de que s¨®lo los humanos perciben fue una de las man¨ªas de la ilustraci¨®n dominante, pero ya hay suficientes indicios para descartarla. Ninguna cultura antigua hubiera aceptado ese prejuicio antropoc¨¦ntrico, que no s¨®lo se ha incorporado a las ciencias, sino tambi¨¦n al sentido com¨²n moderno.

Einstein da por sentado, como hacemos nosotros todos los d¨ªas, que los electrones tienen propiedades previas a cualquier acto de medici¨®n. Le inquieta que se pueda renunciar a la representaci¨®n de una realidad ajena a la observaci¨®n. Sus objeciones van mucho m¨¢s all¨¢ del asunto probabil¨ªstico (si Dios juega o no juega a los dados con el universo). Su compromiso emocional e intelectual es la realidad de un mundo externo. El meollo del conflicto no es tanto el determinismo como el realismo filos¨®fico. Pero Bohr tambi¨¦n tiene sus man¨ªas. Exagera sin duda al afirmar que la teor¨ªa cu¨¢ntica es completa y definitiva. Cualquiera que sepa un poco de historia de la ciencia lo sabe. Pero con aliados como Pauli y Heisenberg, la influencia de Bohr fue creciendo y la de Einstein disminuyendo. La interpretaci¨®n de Copenhague acab¨® por imponerse y Bohr se convirti¨® en una figura legendaria para toda una generaci¨®n de f¨ªsicos. Su olfato e intuici¨®n le permit¨ªa no necesitar de c¨¢lculos para elegir o descartar posibilidades. Lo m¨¢s curioso es que, aunque el dogma cu¨¢ntico que se estableci¨® fue el de su grupo, las consecuencias filos¨®ficas que se derivaban del mismo no fueron asimiladas. Para varias generaciones de f¨ªsicos, cualquier tipo de interpretaci¨®n que fuera m¨¢s all¨¢ de Copenhague parec¨ªa prohibida y era duramente censurada. Lo que demuestra que hasta los enfoques pluralistas como el principio de complementariedad pueden caer en el dogmatismo. Con el tiempo la influencia de Bohr se ha ido debilitando y los f¨ªsicos te¨®ricos de hoy no miran con tanto respeto a Copenhague. No ser¨ªa un mal momento para rescatar la m¨¢s audaz de las ideas de Bohr: el mundo s¨®lo existe cuando lo percibimos y, si parece que exista al margen de nosotros, es porque siempre hay otro que est¨¢ percibiendo, quiz¨¢ un actante no intencional, como dir¨ªa Latour.

Otra cuesti¨®n era la del determinismo. Entre el demonio de Laplace y el demonio cu¨¢ntico, Einstein prefer¨ªa al primero. Le parec¨ªa m¨¢s serio y congruente. La elecci¨®n, no obstante, es una cuesti¨®n de temperamento. No es tanto una cuesti¨®n l¨®gica como est¨¦tica. Einstein fracas¨® en todos sus intentos de refutar la interpretaci¨®n de Copenhague y, cuando se refer¨ªa a ella, hablaba con una pasi¨®n que no sent¨ªa discutiendo sobre relatividad.

El mundo at¨®mico no es una versi¨®n diminuta del mundo que vemos todos los d¨ªas. El electr¨®n puede hallarse en un estado o lugar y reaparecer en otro, absorbiendo o emitiendo un cuanto de energ¨ªa. Pero no podemos hablar de ¡°salto¡±, pues el formulismo matem¨¢tico impide la idea de trayectoria. El electr¨®n no va de un lugar a otro, sino que desaparece y reaparece. Feynman ten¨ªa la absoluta certeza de que nadie entend¨ªa la mec¨¢nica cu¨¢ntica, y probablemente ten¨ªa raz¨®n. Pero los investigadores saben c¨®mo utilizar este mundo. Y resulta que es una teor¨ªa sumamente efectiva. Da que pensar.

Puedes seguir a BABELIA en Facebook y Twitter, o apuntarte aqu¨ª para recibir nuestra newsletter semanal.