Este título puede espantar a cualquiera. Me han animado a escribirlo mis amigos entre ellos Martín Belaúnde Moreira, Antero Flores Araoz y Fito Dammert. Es que no soy ingeniero y menos físico. Simplemente un curioso, un testigo de los tiempos que vivimos.
¿Cómo atacar un tema tan complejo? Creo que mejor que usar el complejo lenguaje matemático con el que estos genios elaboran sus teorías, y para lo que no estoy equipado, sería intentar aproximarme a su lado humano, a la personalidad de los genios que iniciaron la revolución cuántica, que es la que ha colocado a la humanidad en el punto que estamos ahora.
Como seguramente saben, hasta antes de 1,900, en que se inicia esta historia, la física predominante era la física clásica, la que dejó Newton con la ley de la gravitación universal y otras leyes que pusieron las bases de la mecánica clásica.
Se pensaba por entonces, a principios del siglo XX, que la física, era una ciencia prácticamente terminada y que muy pronto llegaría a su forma definitiva y final. Así es cuando comienza la historia que relato, iniciándola con el físico alemán Max Planck.
La física de entonces ya había sido coronada con el descubrimiento del principio de la conservación de la energía y no quedaba mucho más por descubrir. Esa era pues, la idea general, compartida incluso por un reconocido profesor de física de aquellos tiempos, Phillip von Jolly, quien, convocado por el padre del joven Planck para orientarlo en su futuro profesional, trató de disuadirlo de seguir la carrera de físico, por los motivos señalados.
Como antecedente a esta historia, unos cincuenta años antes, un científico británico, James Maxwell, hizo unos descubrimientos sobre la luz, la electricidad y el magnetismo, (incluidos en su teoría clásica del electromagnetismo), que fueron la base para la segunda revolución industrial (electricidad, motor eléctrico, generadores, alternadores, radio, tv etc). Este aporte de Maxwell fue considerado algo tan importante como lo hecho por Newton. Con eso, la física clásica llegaría a su apogeo.
Quien podría imaginar, que, con los años, el ahora físico Max Planck, al estudiar la teoría de Maxwell sobre la luz, que explicaba que la luz (energía) se desplazaba en forma de ondas, descubriría que, por el contrario, se producía en forma de pequeños paquetes o granos de luz, (unidades de quanta) que él llamó “quanta”, del latín cantidad. Con el tiempo, este término daría origen al nombre física cuántica.
Este descubrimiento de Planck produjo una auténtica conmoción en la academia. Es que todos vivían convencidos de que la luz era una forma de energía de onda. Nadie podía imaginar que la luz se pudiera comportar de otra forma que no sea mediante ondas. Mucho menos bajo la forma de partículas.
Aquí es donde Einstein entra a tallar. Es en 1900 cuando Max Planck escribe su paper en que señala que la luz está hecha de quanta. Einstein recién lo lee en 1902, cuando era un empleado de tercer nivel en la oficina de patentes en Berna, Suiza, y queda profundamente impactado con su lectura. Él es el primero en darse cuenta de las implicancias de este descubrimiento.
Ardiendo de un espíritu revolucionario del que Planck carecía, ya en 1905, Einstein afirma que la luz, y de hecho toda radiación electromagnética, consiste no de ondas, sino de partículas como quantos. Tal cosa sonaba como herejía en el ambiente científico.
Durante los siguientes 20 años, ningún otro, aparte de Einstein, creía en la teoría de la luz como partículas. Parecía como que sus compañeros fueran incapaces de pensar sobre la luz, de manera distinta a la establecida por Maxwell.
Y esto solo era el comienzo de la bomba que Einstein lanzaría en el mundo de la física el año de 1905. Resultaba que, de las ideas de los quantos, (partículas que Einstein llamaría fotones) implicaba que la luz tenía las propiedades de una onda, pero también las de una partícula, lo que ocasionaría una gran confusión en aquella época.
La historia se hace más interesante cuando aparece Niels Bohr, un joven danés de 26 años que ingresa a la universidad inglesa de Cambridge. De hablar pausado, pero de gran fortaleza física y mental (esquiaba y patinaba en invierno y jugaba al futbol en verano), su gran ambición era saber como funcionaban los átomos. Para ello se traslada de Cambridge a Manchester.
Luego de muchas cavilaciones, Bohr llega a imaginar al átomo como un pequeño sistema planetario en que los electrones, como planetas en miniatura, orbitaban al núcleo atómico, como al sol. Un juego mental, pero Bohr tenía claro un componente de la realidad: Que existían átomos estables y para ello los electrones tenían que estar en movimiento, de otra forma el átomo colapsaría. Pero esto implicaba una paradoja. Si están en movimiento, es porque debían emitir radiación electromagnética, lo que significaba que eventualmente se quedarían sin energía y, colapsarían. ¡Una paradoja!
Bohr está familiarizado con la fórmula de Planck sobre la radiación y con el concepto cuántico de la luz de Einstein. Para explicar cuánticamente el movimiento de los electrones que idealiza, usa una especie de truco y, ¡funciona! Pero queda algo en el aire. Observa que, a diferencia de los planetas, que se desplazan en órbitas estables, los electrones pueden saltar de una orbita a otra. Algo inexplicable y asombroso.
Con este descubrimiento Niels Bohr funda la ciencia de la física nuclear. Su modelo procura soluciones para preguntas que se habían quedado por mucho tiempo sin responder, pero planteaba nuevas preguntas. ¿Cómo es que un electrón decide si salta entre orbitas y, hacia qué órbita saltar? (El llamado salto cuántico).
Es como si el mundo cuántico, con el modelo de Bohr, empezara a asomar, a tener vida propia, espontáneamente y por sí mismo. Y, sobre todo, y más enigmático aún, que, al hacerlo, anulaba el principio de Causa y Efecto que gobernaba a la física clásica. Algo desconcertante y disruptivo.
No obstante, ello, los científicos estaban encantados de usar el modelo de Bohr, que explicaba muchas cosas, aunque secretamente sabían que algo no andaba bien, pero veían en su modelo una clave para encontrar la verdad.
Todo esto era muy complejo y grande para una sola mente. Se necesitaba el concurso de muchos talentos. Lo admirable de esta época fue la forma en que muchos genios, de distintas nacionalidades, empezaron a colaborar entre sí. Como que sabían que abrían una nueva época para la humanidad. Como ya había sucedido antes con el renacimiento o la edad moderna. Todo esto sucedía mientras el mundo entraba en la primera guerra mundial.
Es a mediados de 1920, cuando una nueva generación de físicos cuánticos llega para reformular la mecánica de los átomos y las partículas subatómicas en una forma fundamentalmente nueva: la mecánica cuántica. Quizá la más impresionante revolución científica de todos los tiempos y que nos haría ver la realidad de manera diferente. Una realidad hecha de relaciones, más que de objetos.
Entre estos jóvenes físicos, resalta la presencia de un prodigio alemán, Werner Heisenberg. Él sería el primero, a sus 23 años, en vislumbrar uno de los secretos más vertiginosos de la naturaleza jamás contemplados por el ser humano.
Por curiosa coincidencia, Heisenberg había sido reclutado por Niels Bohr como su asistente para su laboratorio de Copenhague. De sus discusiones con Bohr, Heisenberg quedó obsesionado con el problema planteado por su maestro. Parecía no existir una fuerza razonable capaz de guiar al electrón en las extrañas orbitas de Bohr, y en sus peculiares saltos. En todo caso, nadie había podido encontrar esa fuerza capaz de causar ese extraño comportamiento del electrón. Heisenberg se había propuesto desentrañar ese misterio.
Imbuido del desenfrenado radicalismo de la juventud, Heisenberg se dispone así a explorar ideas radicales, como lo hiciera Einstein asombrando al mundo 20 años antes.
Con esta obsesión en su cabeza, es que parte hacia Helgoland, una isla desierta en el mar del norte, para aliviarse de la alergia al polen que padecía. (Helgoland significa isla encantada y es mencionada por James Joyce en el Ulises).
Es en esta isla encantada, desprovista de árboles, que recuerda una enseñanza de su admirado Einstein: Todo debe basarse en lo que vemos, no en lo que asumimos que existe.
Con eso en cuenta, es que, en una noche, desvelado por la complejidad del problema, tiene una epifanía. En lugar de insistir usando números y ecuaciones, se le ocurre algo radicalmente distinto: Simplemente limitarse a observar el movimiento de los electrones y registrar en un papel los destellos de luz que emiten cuando, según la teoría de Bohr, saltan de una órbita a la otra.
Para aclarar algo tan complejo, el salto de un electrón involucra a dos órbitas. Una, que es la que abandona cuando salta y, la otra, a la que llega.
Entonces, para registrar estos eventos, Heisenberg idea un cuadro, de filas y columnas, donde la órbita de la que parte determina la fila, y la órbita a la que llega, la columna. Es decir, construye lo que ahora conocemos comúnmente como matriz. Pero tal herramienta en aquella época era totalmente nueva para los físicos.
Esta forma de visualizar el problema, de reemplazar variables físicas por matrices, demostró funcionar en la práctica. La naturaleza subatómica se revelaba por primera vez ante los ojos de Heisenberg. Desde entonces, su teoría ha demostrado su validez cada vez que ha sido sometida a pruebas. Nunca se ha equivocado.
Pero también traería no pocas contradicciones. Modificaría la visión que se tenía de la física clásica. Con Newton, si uno conoce la velocidad y la posición de una partícula, puede predecir dónde llegará. Esto no sucede con la cuántica, donde no se puede conocer con exactitud las dos variables simultáneamente. La visión de causalidad, determinismo, certidumbre y continuidad que ofrece la física clásica queda rota. La mecánica cuántica nos dice que no hay causalidad. Todo es probabilidad. Potencialidad. De aquí Heisenberg deduce su famoso principio de la incertidumbre.
También Introduce otro elemento perturbador. El observador y lo observado. En la física clásica, el observador (el científico que realiza el experimento) es independiente del experimento (lo observado). En la cuántica, el observador (o investigador) es parte de lo observado.
Si no se entiende, no se hagan problemas. Nadie entiende la cuántica. La física cuántica nos confronta ante el abismo. Nos pide que aceptemos que la realidad puede que sea profundamente distinta a lo que imaginamos. Nos pide mirar hacia el abismo sin miedo a ahogarnos en lo insondable.
Peter Sanguineti
Gerente General en Brokergym Peru.
Graduado en la Universidad Nacional Agraria La Molina.