INCERTIDUMBRE. Einstein, Heisenberg, Bohr y la lucha por la esencia de la ciencia.

Un libro de DAVID LINDLE

Editado por Ariel, 2008

“La incertidumbre, la discrepancia y la inconsistencia constituyen la moneda de cambio de cualquier disciplina científica viva.”

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“…,Niels Bohr había establecido ahora la física atómica en el mundo. En lugar de pensar que los electrones vibraban de alguna forma genérica, Bohr ahora se imaginaba específicamente que giraban alrededor de los núcleos igual que los planetas giran alrededor del sol.”

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“Einstein ya había dicho a Born que prefería ser un zapatero que tratar con el tipo de física que Bohr, Kramers y Slater vendían.”

” –La propia idea sugería- es como Heisenberg lo expresó…. recuerda lo que realizó Einstein cuando, al examinar de nuevo las ideas aparentemente obvias de tiempo y lugar, desembocó en la teoría de la relatividad. Un cuestionamiento juicioso de lo obvio puede muy bien ser la marca de un genio.”

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“La mecánica cuántica es impresionante. Pero una voz interior me dice que no es el verdadero McCoy. La teoría ofrece mucho, pero apenas si nos acerca al secreto del Viejo. Estoy firmemente convencido de que Él no juega a los dados”Albert Einstein

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“Einstein no se ablandó. Un año después del encuentro de Solvay escribió en tono desdeñoso, aunque resignado, a Schrödinger que –la tranquilizadora filosofía -¿o religión?- Heisenberg-Bohr, es tan artificial que, por el momento, ofrece al verdadero creyente un mullido colchón del cual no le despertarán fácilmente. Así que dejadle dormir-. Naturalmente, resulta irónico que Einstein objetara los principios religiosos de otros cuando la autoridad que le confería su aversión por la mecánica cuántica derivaba de su acceso directo a los pensamientos del Viejo“

“….,en el surgimiento de la incertidumbre en Alemania existe un elemento irreductible de contingencia además de las tendencias intelectuales discernibles.”

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“….ningún experimento ha detectado aún un error en la mecánica cuántica y tampoco ningún teórico ha propuesto una teoría mejor.”

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“Paul Dirac observó en una ocasión que la filosofía –sólo es una forma de hablar de los descubrimientos que ya se han realizado-.”

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“…Einstein tenía razón cuando se quejaba de que la mecánica cuántica sólo podía ofrecer un panorama incompleto del mundo físico. Pero quizá Bohr tenía aún más razón cuando creía que este estado incompleto no era sólo inevitable, sino en realidad necesario. Llegamos a la paradoja que a Bohr le habría encantado: que únicamente a través de un acto inicial, inexplicable, de incertidumbre de la mecánica cuántica existe nuestro universo, desencadenando un cadena de acontecimientos que han conducido a nuestra aparición en escena, preguntándonos qué impulso original desembocó en nuestra existencia.”

Quinta Conferencia de Solvay, año 1927

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ARRIBA: A. Piccard, E. Henriot, P. Ehrenfest, Ed. Herzen, Th. De Donder, E. Schrödinger, E. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R.H. Fowler, L. Brillouin

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CENTRO: P. Debye, M. Knudsen, W.L. Bragg, H.A. Kramers, P.A.M. Dirac, A.H. Compton, L. de Broglie, M. Born, N. Bohr

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ABAJO: I.Langmuir, M. Planck, M. Curie, H.A. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, Ch. E. Guye, C.T.R. Wilson, O.W. Richardson

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Fotografía de Benjamin Couprie, Institut International de Physique Solvay, Bruxelas (Bélgica)

A LA SOMBRA DE LA SABINA: Los textos que aparecen a continuación no pertenecen al libro de David Lindley; simplemente es una escueta recopilación. Un intento de entender la relación Einstein-Bohr y la mecánica cuántica, esto último harto dificultoso.

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”Heisenberg había presentado su propio modelo de átomo renunciando a todo intento de describir el átomo como un compuesto de partículas y ondas. Pensó que estaba condenado al fracaso cualquier intento de establecer analogías entre la estructura atómica y la estructura del mundo. Prefirió describir los niveles de energía u órbitas de electrones en términos numéricos puros, sin la menor traza de esquemas. Como quiera que usó un artificio matemático denominado matriz para manipular sus números, el sistema se denominó mecánica de matriz. Heisenberg recibió el premio Nobel de Física en 1932 por sus aportaciones a la mecánica cuántica, pero sus sistema de matriz fue menos popular entre los físicos que la mecánica ondulatoria de Schorödinger, pues esta última pareció tan útil como las abstracciones de Heisenberg, y siempre es difícil, incluso para un físico, desistir de representar gráficamente las propias ideas.”

"Heisenberg demostró que no nos será posible idear un método para localizar la posición de la partícula subatómica mientras no estemos dispuestos a aceptar la incertidumbre en relación con su movimiento exacto. Y, a la inversa, no hay medio de precisar el movimiento exacto de una partícula, mientras no se acepte la incertidumbre absoluta respecto a su posición exacta. Es un imposible calcular ambos datos con exactitud al mismo tiempo. Siendo así, no podrá haber una ausencia completa de energía ni en el cero absoluto siquiera. Si la energía alcanzara el punto cero y las partículas quedaran totalmente inmóviles, sólo sería necesario determienar su posición, puesto que la velocidad equivaldría a cero. Por tanto, sería de esperar, que subsistiera alguna energía residual del punto cero, incluso en el cero absoluto, para mantener las partículas en movimiento y también, por así decirlo, nuestra incertidumbre. Esa energía punto cero es lo que no se puede eliminar, lo que basta para mantener líquido el helio incluso en el cero absoluto."

"El principio de incertidumbre significa que le Universo es más complejo de lo que se suponía, pero no irracional."

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INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA (Isaac Asimov, 1973)

"El Principio de Incertidumbre demuestra un cambio drástico en nuestra forma de ver a la Naturaleza, ya que se basa de un conocimiento exacto basado sólo en probabilidades y en la imposibilidad verdadera de superar un cierto nivel de error a un grado de exactitud científica, debido a que el nivel de error se relaciona directamente proporcional a la velocidad de la luz, que es inalcanzable. El principio de indeterminación (Incertidumbre) es un resultado teórico exacto entre magnitudes conjugadas (posición - momento, energía-tiempo, velocidad luz). Es decir, lo que nos impide que midamos con precisión infinita la posición de una partícula es la propia velocidad de las mismas (que es cercana a la de la luz), pero al hacerlo tenemos infinita indeterminación sobre su posición en un momento exacto en el futuro y en el presente. Las partículas no siguen trayectorias bien definidas. No es posible conocer el valor de las magnitudes físicas que describen las partículas antes de ser medidas. Por lo tanto es imposible asignarle una trayectoria a una partícula. Todo lo más que podemos es decir que hay una determinada probabilidad entre 1 e infinito de que la partícula se encuentra en una infinita/decimal posición determinada en eso se basa el principio de la indeterminación. Esto, demuestra exactamente que no existe el determinismo científico. La indeterminación no es solo algo relacionado con la medición, sino que intrínsecamente las partículas tienen cierto nivel de indeterminación o misterio cuántico. Incluso una medición "ideal" tendría indeterminación, porque la posición de la partícula es sólo la probabilidad de obtener una cierta medición, no una cantidad absoluta." (WIKIPEDIA)

"Heisenberg había conocido a Niels Bohr en 1922, y las ideas del danés lo influyeron profundamente: podríamos decir que el enfoque de Heisenberg es de la “escuela de Bohr”, una filosofía completamente distinta a la de la “escuela de Einstein”. Bohr era de la opinión de que la física debe preocuparse de lo que puede ser observado y medido, y lo demás es perder el tiempo, y Heisenberg llevó esta idea al extremo al elaborar su teoría. Al fin y al cabo, tal y como lo veía Heisenberg, el principal obstáculo para crear una formulación de la mecánica cuántica era que hablar del electrón como una bolita minúscula que se mueve alrededor del núcleo de modo que a veces está “a la izquierda”, a veces “a la derecha” y cosas parecidas es trivial y absurdo. ¿Cómo es posible aplicar las leyes mecánicas del mundo macroscópico a algo tan diferente? Y lo que es más importante, ¿para qué hacerlo, si es imposible verlo? Heisenberg rompe con la idea de aplicar leyes clásicas a un mundo que no lo es: en vez de eso, parte de cero para elaborar una teoría que no trata de predecir lo que es, sino lo que se mide.. Heisenberg se olvida entonces del electrón como una pequeña esfera, del concepto de una órbita como la de un planeta alrededor del Sol, de la posición que pueda tener en cada momento cuando gira, se olvida de lo que no se observa, y elabora una formulación matemática que predice lo que se denominan observables: magnitudes que pueden ser medidas por el experimentador, como la frecuencia de la radiación emitida o la energía cinética de los electrones del efecto fotoeléctrico".

"El propio Einstein estaba extraordinariamente insatisfecho con la formulación de Heisenberg, Born y Jordan. Todo eso de que “lo que no se puede medir no es sujeto de la ciencia” disgustaba enormemente al insigne físico. Para Einstein había una realidad concreta e independiente del observador, la midamos o no. Eso de que la posición de una partícula, su momento o su energía fueran matrices sin el menor significado físico hasta que se realizaba una medición, le parecía absurdo."

"Heisenberg publicó sus conclusiones en 1927. En sus propias palabras: Cuanto mayor es la precisión en la determinación de la posición, menos precisión hay en la determinación del momento, y viceversa. Todo esto tiene relación con la dualidad onda-corpúsculo. El principio de complementariedad de Bohr, decía que no es posible observar algo para verlo como onda y partícula a la vez. El principio de incertidumbre de Heisenberg refleja una vez más esta dualidad de la naturaleza, aunque en este caso referida a otras propiedades físicas de la materia, como la posición y el momento. Si diseñas un experimento que muestre una cosa, la complementaria está “oculta”. Al menos, en el caso de la relación de indeterminación, no se trata de una elección de sí/no, sino de grado: cuanto más te fijas en una cosa, más borrosa se vuelve la otra".

"La idea de que el Universo es comprensible para el hombre debe de ser muy antigua. Sin embargo, en los experimentos en los que la mecánica cuántica muestra sus rarezas parece como si el propio Universo “se escondiera” de nosotros: no, no puedes saber si un electrón es una partícula o una onda; no, no puedes saber dónde y cómo de rápido se mueve; no, cuanto mejor observas esto peor observas lo otro… Esto ha llevado incluso a algunos a plantearse si el Universo está diseñado específicamente para que sus habitantes no puedan llegar a entenderlo “desde dentro”, aunque desde luego esto no es demostrable ni refutable científicamente. Como probablemente diría Bohr, “¿puedes medir eso? ¿no? pues entonces déjalo”.

”Aún más que con las teorías de la relatividad, es difícil aceptar visceralmente la mecánica cuántica –pensar como una persona en miniatura nacida y criada en un ambiente microscópico-. Sin embargo, hay un aspecto de la teoría que puede hacer de poste indicador para su intuición, ya que es el sello que marca la diferencia entre el razonamiento cuántico y el razonamiento clásico. Se trata del principio de incertidumbre, descubierto por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927.

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“[La mecánica cuántica] describe la naturaleza como algo absurdo desde el punto de vista del sentido común. Pero concuerda plenamente con las pruebas experimentales. Por lo tanto, espero que ustedes puedan aceptar a la naturaleza tal como es: absurda” Richard Feynman (The Strange Theroy of Light and Matter-Princeton 1988)

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EL UNIVERSO ELEGANTE (Brian Greene, 1999)

“Una nueva verdad científica no triunfa convenciendo y haciendo ver la luz a sus oponentes, sino más bien, debido a la muerte de sus detractores, que son sustituidos por una nueva generación que tiene oportunidad de familiarizarse con ella”. Max Planck

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"Pienso que se puede afirmar tranquilamente que nadie entiende la mecánica cuántica... No te pongas a repetir, si puedes evitarlo '¿pero cómo puede ser así?' porque te irás por un sumidero hacia un callejón sin salida del que nadie ha escapado. Nadie sabe cómo puede ser así." Richard Feynman

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"¿Cuál es el sonido de una sola mano aplaudiendo?" (Paradoja Zen, ¿Puede una partícula estar en dos sitios a la vez?)

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"Dios no sólo juega a los dados con el Universo; sino que a veces los arroja donde no podemos verlos." (Stephen Hawking responde al axioma de Einstein)

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A LA SOMBRA DE LA SABINA: Este Post no tiene otro objetivo que difundir y animar a la lectura de un buen libro; y de paso intentar auto-convencerme de que puedo entender la mecánica cuántica algún día.