¿Dios juega a los dados? (I) Física cuántica y el misterio del universo

A debate | Paolo Beltrame/LCC

 

¿Dios juega a los dados? (I)

Física cuántica y el misterio del universo

 

En una ocasión, Albert Einstein^[1], dirigiéndose a los científicos que en ese momento se dedicaban a la «nueva física», les dijo: «el problema cuántico es tan extraordinariamente importante y difícil que debería captar la atención de todos»^[2]. La «mecánica cuántica» es actualmente la teoría física más completa para describir la materia, la radiación y las interacciones recíprocas, especialmente cuando las teorías anteriores, las así llamadas «teorías clásicas»^[3], resultan inadecuadas, es decir, en lo que se refiere a los fenómenos de longitud o energía atómica y subatómica. La frase de Einstein es válida para todos, porque, además de tener un gran impacto tecnológico – y consecuentemente social -, tiene implicancias muy importantes en la visión filosófica de la realidad.

 

Podemos agregar que Einstein – aunque tenía una gran admiración tanto por el formalismo matemático cuántico como por su capacidad de describir los experimentos – no era de ninguna manera un defensor de la llamada «ortodoxia» de la física cuántica. La interpretación ortodoxa, también denominada «interpretación de Copenhague», se inspira esencialmente en los trabajos desarrollados alrededor de 1927 por Niels Bohr^[4] y Werner Heisenberg^[5], enriquecidos por la contribución decisiva de Max Born^[6]. En el resto del artículo intentaremos aclarar esta perspectiva.

 

Pero podemos comprender desde ya que la física no es en absoluto una disciplina lineal o aséptica, sino que está inextricablemente ligada, de manera amplia y compleja, a nuestra vida. «La vida supera a la ciencia», afirma John Polkinghorne^[7]; y Heisenberg escribe que «la Naturaleza es anterior al hombre, pero el hombre es anterior a la ciencia de la naturaleza»^[8]. Las concepciones religiosas, filosóficas y existenciales del físico entran en un «diálogo circular», tan enriquecedor como problemático, con su profesión científica. No es raro observar cómo los físicos, de acuerdo entre sí en el plano científico, exhiben contrastes explícitos en lo que atañe a las consecuencias filosóficas de una teoría determinada. La ciencia da forma a la vida y al pensamiento, pero no lo aprisiona.

Veremos cómo Einstein, y otros junto a él, se opusieron a la concepción de la mecánica cuántica de la escuela de Copenhague, y cómo, a pesar de ello, esta última llegó a constituirse en el pensamiento dominante entre los científicos. La mecánica cuántica, como ya señalamos, representa hoy la mejor y más exhaustiva descripción del mundo físico. Comprenderla seria y honestamente ofrece escenarios inesperados, fascinantes y abiertos a una realidad más vasta. En ella se puede vislumbrar un horizonte hacia el Misterio, incluso desde una óptica cristiana.

 

«Los muchachos de Copenhague»

Aparte de Born, que superaba los cuarenta años, Heisenberg, Jordan^[9], Dirac^[10] y Pauli^[11] – es decir, los principales protagonistas del nacimiento de la teoría cuántica– eran todos veinteañeros. Con juvenil entusiasmo se vieron involucrados en el proyecto que habría cambiado el escenario de la física y, con este, el paradigma de nuestra visión del mundo. Este grupo de jóvenes, por medio de un refinado formalismo matemático^[12] y de experimentos – reales o incluso concebidos solo mentalmente –, llegó a las siguientes conclusiones: 1) es imposible renunciar a lo que podríamos llamar el aspecto «probabilístico» de la teoría; 2) las cantidades «observables», es decir, obtenibles mediante procesos de medición, son las únicas que realmente existen para la ciencia.

 

El aspecto probabilístico

El aspecto probabilístico no refleja solamente la imperfección de nuestro conocimiento. Incluso si fuéramos «Dios»^[13], no podríamos conocer con certeza el resultado de un fenómeno cuántico. Si este conocimiento absoluto y superior fuera posible, entonces nuestro modo de ver la realidad sería el modo conocido como «clásico».

 

Intentemos ahora aclarar el problema. En la física clásica se recurre a la probabilidad, aunque en realidad el proceso es determinístico. Es la imperfección de nuestro conocimiento y su inexactitud respecto de las condiciones iniciales de un sistema (el estado de partida), lo que impide que podamos formular pronósticos precisos, determinísticos. Si fuéramos Dios y si el mundo fuera gobernado por leyes clásicas, seríamos capaces de predecir con certeza absoluta el resultado de todos los fenómenos físicos del mundo. Conociendo por completo y precisamente el punto de partida de cada partícula del universo, estaríamos en condiciones de describir y predecir el recorrido que la enorme máquina cósmica – el gran «reloj de Dios» – está realizando y realizará.

 

En la mecánica cuántica, en cambio, es como si Dios mismo estuviera jugando a los dados y, cual jugador honesto, no conociera anticipadamente el resultado. Incluso conociendo de manera exacta todos los datos iniciales y las leyes de la naturaleza, sería de todos modos imposible predecir con exactitud el éxito de un experimento. Por lo tanto, los resultados de las mediciones son fundamentalmente no determinísticos, es decir, no predecibles de manera determinada^[14]. El máximo de nuestro conocimiento, en la eventualidad de que efectuáramos la medición de una cantidad física del mundo cuántico, consistiría solamente en la probabilidad de obtener cierto valor^[15].

 

Incluso sin entrar en el formalismo matemático, digamos de todas formas que el estado de un sistema cuántico está descrito por la llamada «función de onda», en la que coexisten – no realmente, sino en potencia – todas las magnitudes físicas – entre las que se cuentan, por ejemplo, la posición y la velocidad –, cada una con su respectiva probabilidad. Esto es todo lo que nos es dado conocer; la función de onda describe solo la probabilidad con la cual podremos obtener un resultado en el caso en que se efectuara la medición.

 

«¡Pero mira quién está aquí!»

El otro aspecto desconcertante de la mecánica cuántica es que preguntas del tipo: «¿Dónde se encontraba la partícula antes de que midiéramos su posición? ¿Qué recorrido ha realizado?» ya no tienen sentido. El físico Richard Feynman^[16] formuló en 1948 un método matemático – muy técnico pero a la vez muy eficaz – que permite describir un fenómeno físico calculando la probabilidad de cada posible evolución del sistema, desde el punto inicial al punto final. En el procedimiento se deben incluir «todas» las trayectorias que el sistema puede recorrer^[17], incluso aquellas que serían imposibles para la mecánica clásica, que prevé solo un recorrido determinado. En la mecánica cuántica no existe una sola trayectoria (una línea evolutiva única) atravesada por el sistema, sino infinitas, y la partícula puede pasar por todas ellas, incluso contemporáneamente.

 

Pero, ¿son reales estas infinitas trayectorias? John Wheeler^[18] respondería: «[en el mundo físico] solo los fenómenos son reales […], y ningún fenómeno es un fenómeno mientras no sea un fenómeno observado»^[19]. La física desarrollada por los «muchachos de Copenhague» estudia exclusivamente cantidades observables, es decir, que pueden obtenerse mediante mediciones. La medición «restringe» al fenómeno físico a asumir uno solo de los valores permitidos – el valor observado -, que se vuelve, de esta forma, el único que existe realmente. En términos técnicos, este proceso se define como «colapso de la función matemática». El conocimiento contenido en esta función de onda, que describe todos los valores posibles del sistema, es anulado completamente en el momento de la medición: esta hace colapsar la estructura matemática – y con ella el sistema – sobre el único valor que «realmente» observamos^[20].

 

Podemos deducir, por lo tanto, que si bien la mecánica cuántica describe fenómenos que exceden nuestra experiencia cotidiana, no se trata de una mera especulación metafísica^[21] ni menos de un modelo que arriesga introducir un cierto espiritualismo paranormal o parapsicológico. Al contrario, esta se concentra sobre lo que puede ser observado y verificado.

 

Podría ser complicado y un poco engañoso ofrecer en este contexto analogías extraídas de la física clásica, de la vida de todos los días. Podríamos comenzar con la conocida frase: «imaginemos que lanzamos un dado…», pero creemos que esto no funcionaría. El problema radica en el hecho de que el mundo cuántico describe una realidad tan alejada de nuestra vida cotidiana, que proponer analogías excesivamente simplificadas nos haría correr el riesgo de caer en paradojas, alimentando equívocos, en lugar de aclarar de manera simple conceptos complicados^[22]. Heisenberg, en particular, percibió acertadamente este impasse como un problema lingüístico: el vocabulario conceptual humano nació como consecuencia de la evolución biológica y social, que emerge en un «ambiente» clásico, no cuántico. De esta forma, para describir la cotidianidad clásica, el hombre desarrolló un lenguaje apropiado, que sin embargo es totalmente inadecuado para representar fenómenos cuánticos, los que constituyen, en todo caso, la base de nuestro mundo. Por otra parte, a diferencia del lenguaje cotidiano – e incluso filosófico –, la matemática puede ofrecer un soporte ciertamente más modesto y limitado, pero mucho más sólido, para describir un mundo que para nosotros es tan extraño como el mundo subatómico^[23].

 

¿Dios juega a los dados?

No podemos referir aquí los múltiples y extraordinarios éxitos experimentales que ha obtenido la mecánica cuántica. Recordemos, de todas formas, que esta teoría describe con extrema precisión prácticamente todo lo que hasta ahora hemos sido capaces de observar en el mundo físico: desde los simples fenómenos de reflexión de la luz a los más sutiles procesos que involucran las partículas elementales hasta el momento desconocidas. Nos podemos preguntar, entonces, qué tipo de realidad nos presenta el panorama cuántico.

Dirigiéndose a Bohr, Einstein escribía: «La teoría da buenos resultados, pero difícilmente se acerca al secreto del Anciano […]. Estoy totalmente convencido de que Él no está de ningún modo jugando a los dados»^[24]. De acuerdo a Einstein, el mismo corazón de la nueva teoría batía de manera arrítmica e incierta, poniendo la causalidad exactamente al centro de las leyes de la naturaleza. Una posición desconcertante para una comunidad – la científica – que había construido una representación propia del mundo como la de un mecanismo preciso y perfectamente sincronizado, que no dejaba lugar a la incerteza o a la indeterminación.

 

Y fue precisamente en 1927 que Heisenberg enunció su «principio de indeterminación»^[25], una «ley» – aclaremos – no experimental, sino fundamentalmente conceptual y que ha sido posteriormente confirmada por innumerables experimentos. Este principio establece los límites de la observación misma para lo que llamamos las «magnitudes físicas incompatibles»^[26] de un sistema físico, como la medida de la posición y de la velocidad de una partícula, o de la energía y el tiempo de un proceso físico. Tales magnitudes no pueden ser determinadas con una precisión arbitraria: inevitablemente siempre existirá una incerteza, independiente de la bondad de nuestros instrumentos. Solo podemos conocer el mundo de manera indeterminada.

 

También hay que señalar que, antes del descubrimiento del mundo cuántico, la física había girado siempre alrededor del concepto de objetividad real de los objetos materiales. Incluso Einstein había adoptado posiciones bastante realistas, afirmando resueltamente que las teorías científicas son verdaderas representaciones de una realidad física objetiva, de «las cosas que están ahí». Todo procedía con normalidad, hasta que «los muchachos de Copenhague» sostuvieron que la ciencia había ganado finalmente terreno a la filosofía en la resolución de problemas relativos a la descripción de la realidad. ¿Pero cómo? Heisenberg señaló: «Debemos recordar que lo que observamos no es la naturaleza en sí misma, sino la naturaleza expuesta a nuestro método de interrogaciones». Y Bohr de manera más explícita afirmó: «No existe un mundo de cuantos. Solo existe una abstracta descripción física del cuanto. Es un error creer que el objeto de la física es descubrir qué es la naturaleza. La física se ocupa de aquello que se puede decir de la naturaleza»^[27]. Y a la célebre frase de Einstein «Dios no juega a los dados», Bohr replicó: «No le digas a Dios lo qué puede o no puede hacer».

 

En 1954, dos años antes de su muerte, Einstein escribió una carta al físico estadounidense David Bohm^[28]: «Si Dios creó el mundo, no podemos decir que se preocupó demasiado de facilitarnos su comprensión». La física había resuelto los problemas de la comprensión de la realidad, arrojándolos sin embargo en el misterio. El mundo cuántico es un mundo desconcertante y contradictorio, pero el mundo es un enigma que la Naturaleza ya resolvió^[29]. El universo parece estar allí, tranquilo y sereno frente a nuestros arduos tanteos cognitivos.

 

Publicado por  La Civilta Cattolica: