Héctor Rago
La teoría cuántica es tendencia; es mencionada en Los Simpson, el poetariado escribe libros de poesía cuántica, hay quienes hablan de música cuántica, la tecnología nos promete la computación cuántica, los pícaros estafan con medicina cuántica, los new age reinventan un misticismo oriental cuántico mientras el gato de Schrödinger anda pegando salticos cuánticos entre la vida y la muerte. La ONU declara al 2025 como el año centenario de la ciencia y tecnología cuántica.
La razón de esta “quantum-manía” es que más allá de su pegada mediática en la cultura pop la Teoría Cuántica es el avance más importante en nuestra comprensión de la realidad y con mayores repercusiones, conceptuales y prácticas, que la humanidad haya conseguido en el lapso de una sola generación.
Te cuento la historia: estamos a finales del siglo XIX; conocíamos las leyes de movimiento y la gravitación universal que Newton descubrió hacia 1700. También conocíamos las leyes de los fenómenos eléctricos y magnéticos que James Clerk Maxwell sintetizó en la segunda mitad del siglo XIX, y la acústica, la hidrodinámica y la naciente termodinámica. Entendíamos razonablemente bien toda la realidad física. O al menos eso creíamos.
La tecnología de finales del siglo XIX descubrió que la materia nos estaba mandando señales que no comprendíamos: No sabíamos que eran los rayos X, ni la radioactividad. ¿Qué serían esas precisas líneas brillantes que aparecen al analizar la luz de gases incandescentes. ¿Cuáles son las leyes de la radiación emitida por cuerpos calientes? Algo estaba mal, muy mal, pero estaba por producirse un gigantesco terremoto conceptual: el nacimiento de la teoría cuántica, la teoría que nos permitiría entender a la naturaleza a escala atómica. El primer indicio de una nueva física vino de la mano de Max Planck, quien logró el ajuste entre la teoría y los datos experimentales en las leyes de la radiación térmica, proponiendo la audaz hipótesis de que los átomos emiten y absorben radiación de una manera discreta, y no continuamente como se pensaba. La energía de cada paquete o quantum de energía, como los llamó Planck dependía de la frecuencia de la radiación y de una nueva constante universal hoy llamada constante de Planck. Cinco años después Einstein explicó el efecto fotoeléctrico suponiendo que la luz es un flujo de partículas cada una con una energía dada por la relación de Planck. Sí, esas “partículas” son lo que hoy llamamos fotones.
Como la cinematografía, el bolero y el jazz, la teoría cuántica es una invención del Siglo XX. Planck presentó sus resultados el 14 de diciembre de 1900, a escasas dos semanas de entrar en el nuevo siglo. Pero habría de transcurrir 25 años ante de tener una teoría del mundo atómico.
Digamos que lo más relevante ocurrió en una Europa estremecida por las vanguardias intelectuales que presagiaban vientos de cambios. Se respiraba un espíritu transgresor en el mundo artístico y una efervescencia política y social que habría de producir dos pavorosas guerras, dolores de parto de un mundo que nacía y otro que se negaba a desaparecer. La física fue protagonista de esos vientos de cambio.
Fue precisamente en el convulso período entre las dos guerras mundiales, cuando una joven generación de físicos ávidos de conocimiento, estuvo en el momento apropiado, en el lugar apropiado y con el talento apropiado para entre ensayo y terror, lograr desencriptar los secretos del mundo atómico. La edad promedio de los seis más relevantes, Louis de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, Max Born, era de apenas treinta años, hoy serían centennials. El epicentro del torbellino era Europa central, Berlín, Gotinga, Viena, Copenhaguen; lo demás era paisaje. Si los alemanes Planck y Einstein abrieron la compuerta, sus paisanos la cerraron con broche de oro, porque en los cinco años entre 1924 y 1928, en una avalancha de artículos, la teoría cuántica estuvo esencialmente diseñada.
En 1925 Werner Heisenberg concibió su mecánica de las matrices, la primera formulación matemática de la teoría y a finales de ese año, Erwin Schrödinger,
dice el chisme que en una romántica aventura extramarital en los Alpes suizos, concibió la ecuación que llevaría su nombre, la joya preciada de la nueva física, la ecuación de Schrödinger. Esta ecuación rige el comportamiento de la “función de onda”, que describe al sistema físico. La mecánica cuántica había nacido. Max Born propuso la interpretación probabilista de la función de onda: La función de onda en una región, elevada al cuadrado, representa la probabilidad de que la partícula se encuentre en esa región. Con el azar nos hemos topado.
Los caminos de la ciencia no son como nosotros pensábamos. El mundo a escala cuántico resultó extraño, contraintuitivo y fundamentalmente distinto del mundo clásico. Las teorías clásicas, no nos imponen ninguna restricción a la hora de medir propiedades de un sistema físico. Posición, velocidad, energía, trayectoria están perfectamente definidas. Es un mundo determinista, en el que las ondas son ondas y las partículas son partículas. En cambio a escala atómica la observación de un sistema necesariamente significa alterarlo, esa es la esencia del famoso principio de Incertidumbre de Heisenberg. Por eso las leyes cuánticas solo nos permiten conocer probabilidades. No hay trayectorias definidas, las partículas tienen propiedades ondulatorias y las ondas propiedades de partículas.
La teoría nos cambió radicalmente la manera como concebimos la realidad y el azar entra en la descripción de la realidad amparado por las propias leyes de la naturaleza. “Dios no juega a los dados con el universo” fue la metáfora que usó Einstein para expresar su inconformidad con una teoría que abolía el determinismo. Einstein pensaba que era una etapa transitoria y que algún descubrimiento le devolvería a la física su carácter determinista. La historia no le dio la razón al gran físico.
Ha transcurrido un siglo desde que la humanidad logró hackear una parte del universo al descifrar el enigma del mundo atómico. La gran aventura intelectual de la teoría cuántica nos brinda un conocimiento detallado y preciso del mundo físico en acuerdo total con los datos experimentales. Recordemos que sin datos no hay paraíso.
Lo que ocurrió después y cómo se generalizó a otros ámbitos será el tema de otro post.
Mientras tanto, larga vida a la física cuántica en su cumple siglo!!
Chao!
