Entendiendo la Física Cuántica

Entendiendo la Física cuántica

Nov 2009

El mayor  proyecto Científico de la historia, con 31 países gastando 6 billones es una máquina para comprobar las afirmaciones de la física cuántica.

La física cuántica comenzó cuando en el año 1900 Max Plank descubrió que la luz se comportaba también cono una partícula y no solo cono una onda. Al principio nadie le hizo mucho caso, porque esto iba contra la euforia que había en el ambiente por la gran unificación de James Maxwell, que había conseguido un set de ecuaciones que explicaban todas las ondas, incluida la luz, y se pensaba que el futuro estaba en olvidarse de las partículas, como de algo muy rudimentario.

El que vino a salvar esta observación de que la luz estaba hecha de partículas fue Albert Einstein. De hecho, fue por esto por lo que se ganó el premio Nobel y no por su teoría de la relatividad. Descubrió que cuando la luz golpea la materia, no es como cuando una onda, como el sonido, golpea la materia. Para empezar, un haz de luz no impacta a billones de electrones, sin solo a unos pocos. Y los electrones salen del átomo como si les hubiera golpeado una bolita. La energía con la que salen no depende de la longitud de la onda. De esta interacción entre la luz y la materia, se sacaron conocimientos útiles. De aquí salió que se le podía poner sonido a las películas, una revolución. Salió también que la luz ultra violeta puede producir cáncer de piel. Elaborando sobre esta relación entre la luz y la materia, fue que más adelanta postuló la famosa ecuación E = m c que relaciona la energía con la masa. Aunque tradicionalmente se ha interpretado esta ecuación como que “todo es energía” la realidad es que lo que originariamente quiso decir es “todo es masa”: hasta la luz tiene masa. Esto vino a romper la tendencia que había iniciado Maxwell hacia “ondización” de la física.

En los años 1920 Neils Bohr, un físico danés, demostró que no solo la energía se movía en “cuantos” o paquetes, sino que la materia también se movía en quantos: demostró que un electrón solo podía orbitar en orbitas específicas: no continuas sino discretas o separadas. El 90% de un átomo es espacio vacío.

En 1924 Louise De Broglie demuestra que, de hecho, la materia de comporta a veces como si fuera una onda: puede entrar por dos agujeros a la vez. Esto ha servido para construir microscopios que emiten electrones y PET, máquinas para ver el cuerpo humano por dentro emitiendo positrones.

En 1927 Werner Heisenberg un físico alemán extrajo de los anteriores descubrimientos una consecuencia muy perturbadora: no se puede saber, si siquiera en la teoría, dónde está una partícula y la velocidad que lleva; o sabemos la posición o sabemos la velocidad, pero no los dos a la vez. Tan solo podemos dar probabilidades. Lo que esto venía a decir es que, en el fondo, la realidad material no está completamente determinada, es decir, que una parte de la realidad material no sigue unas leyes fijas, que la posición de una cosa no está completamente determinada por la situación del universo en un momento anterior. Einstein fue de los que más protestó contra esto (Dios no juega a los dados).

Erwin Schrödinger, un físico austríaco, descubrió la ecuación que explica la posición y velocidad de cualquier cuerpo material. Esta ecuación era una ecuación de onda, por lo que se pensó que se volvía a la tendencia “maxwelliana” de que todos son ondas. Pero resultó que no, que la realidad, más que ser ondas, es partículas.
Esta ecuación que da la posición de cualquier objeto en el tiempo, resultó tener un componente probabilístico: lo que da esta ecuación es una “probabilidad” de la situación de un objeto.

Es importante resaltar que esta probabilidad cuántica no es, como clásicamente se define la probabilidad, una limitación de nuestro conocimiento. En este caso se tata de que “realmente” no está determinado en todos sus detalles.

Y sin embargo, la física cuántica es la teoría científica más probada experimentalmente y con más éxito en toda las historia de la ciencia.

Pero también muy interesante son sus implicaciones filosóficas.

La primera implicación interesante de la mecánica cuántica es que la física deja de ser determinista y pasa a ser probabilística: las cosas que existen no están completamente determinadas por cómo eran las cosas en el pasado + una leyes. Ahora resulta que hay fenómenos realmente probabilísticos (con el enfogono de Einstein que era determinista y que pensaba que “Dios no juega a los dados”).

Además, segunda implicación, el hecho de que todo el movimiento en el universo pueda verse sólo como probabilidades puede verse como una justificación de le inmaterialidad de la mente humana. Si todos los sistemas físicos solo tienen probabilidades,  estas probabilidades no pueden quedarse siempre como probabilidades, en algún momento tiene que haber resultados definitivos. Solo tiene sentido decir que hay un 60% de probabilidad de que Jane pasará el examen de francés si en algún momento va a haber un examen de francés para Jane.  La única forma de que las probabilidades tengan sentido es que intervenga una mente humana y entonces aparezca la certeza. Por lo tanto la mente humana no puede ser simplemente un sistema físico, describible por ecuaciones. Por lo tanto, la mente no es material.