Desde que se implementó el método científico —e incluso con anterioridad a ello— las teorías exigen además de un marco formal que las englobe, una interpretación que haga de sus postulados, inferencias y resultados una concepto inteligible. De no ser así, ¿Qué serían en las mentes de millones de personas desde antes, ahora y después las teorías de Aristóteles, Newton y hasta Einstein sin sus telos, manzanas y rayos de luz que atraviesan el espacio y se curvan en él respectivamente?
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| De izquierda a derecha: Dirac, Bohr, Schrödinger y Heisenberg. Foto de edición propia. |
Es entendido y aceptado en términos generales que, la mecánica cuántica nace con el trabajo publicado el 14 de diciembre de 1900 por Max Planck, pero ella aún es producto de múltiples y varias aportaciones alrededor del globo. Sus interpretaciones son tan variadas que pueden coexistir aún en la actualidad como un sendero viable de investigaciones académicas. Otras sencillamente, se quedaron relegadas en el pasado.
A la realidad le gustan las simetrías y los leves anacronismos.
Jorge Luis Borges
El meollo de una interpretación científica no se debe reñir a ser solo una mera descripción de los fenómenos naturales sino que, debería abordar el problema del por qué ocurren dichos fenómenos que intenta analizar y/o estudiar.
Es por eso mismo que, aunque ya haya transcurrido más de un siglo desde que, empezara este recorrido revolucionario intelectual de la física, se presenta el hecho de que siga existiendo un alto grado de controversia sobre lo que esta teoría significa. Esa problemática podía resumirse así: después de tantas confirmaciones prácticas de sus resultados, ya no hay dudas acerca de su eficacia predictiva y sin embargo, nadie parece estar del todo convencido sobre su significado físico. Palabras como las de Niels Bohr retumban con gran actualidad aún hoy alrededor del mundo:
Si alguien no queda confundido por la física cuántica, es que no la ha entendido bien.
No termina de ser paradójico que, nuestra sociedad haya podido servirse, maravillarse y lucrarse de los desarrollos tecnológicos que van desde los láseres, superconductores hasta la energía nuclear —entre otras muchas aplicaciones—, y que aún así no exista un consenso en torno a cuestiones de índole elemental como: ¿en definitiva, después de tantas posturas y esbozos de teorías, cuál es la imagen del mundo que nos es mostrada por la teoría cuántica? ¿Podrá ser completa en algún momento?
En el pasado, los avances en los desarrollos de las teorías físicas clásicas como las de Newton y Maxwell habían logrado un resultado que a primera vista parecía alcanzar una imagen unificada del mundo, se alzaban antes los científicos de esas épocas por fin, como bases fuertes para concebir una idea universal sobre cómo discurren los fenómenos físicos y de cómo estos evolucionan para dar cuenta de lo que hay —aunque aún era esquivo el por qué de ellos—.
El principal inconveniente para una descripción universal de los fenómenos físicos desde la mecánica cuántica, es que ella exige y hace necesaria para sus propósitos, introducir un principio de incertidumbre, causalidad que no necesariamente deja en claro si la incertidumbre a niveles microscópicos es inherente a la naturaleza o es introducida por el observador. Si es producto de la segunda, quizá este hecho infiera que, mientras haya observación habrá modificación de lo estudiado y por tanto su verdadera naturaleza será esquiva e inalcanzable en cualquier momento y lugar —aunque esto solo es una posibilidad—.
El papel de las mediciones en la concepción de los fenómenos físicos en la ciencia y la filosofía
Nos podemos servir de la siguiente idea, las mediciones se nos presentan como ‘puentes’ que nos permiten correlacionar la lectura en los dispositivos macroscópicos como el LHC con los estados del sistema microscópico bajo observación. Este hecho es el que eleva las preguntas acerca del papel de los observadores en las mediciones a los debates en los círculos académicos; pues son ellos en últimas, quienes determinan cuáles de las variables del sistema serán medidas.
Muchos dicen que esto solo es un inconveniente para los especializados, pero desde el campo filosófico, es fácil notar que, este papel de los observadores en las mediciones, puede estar relacionado con aquel experimento mental propuesto por Berkeley en su obra Tratado sobre los principios del conocimiento humano, en el que planteaba su concepto [esse est percipi] —ser es ser percibido—. De manera similar, así como en ese problema filosófico que planteaba el cura inglés, en la física del siglo pasado —y es muy posible que aún esté vigente— aquel dilema en que sin observadores no hay nada que se pueda decirse acerca del estado real de un sistema cuántico.
Si las observaciones o mediciones son invasivas y alteran por la presencia de observadores los sistemas observados, esto requeriría hacer explícitas aquellas alteraciones que serían introducidas por el acto de observación, lo que podría —al menos por ahora—, en el ámbito académico generar dos vertientes: el primero un estancamiento al exceder los límites de los análisis formales de los procesos físicos que tienen lugar en nuestra vida cotidiana y en el cosmos y el segundo, vislumbrar una vía de análisis científica hasta ahora solo relegada a los filósofos.
La interpretación de Copenhague entra al escenario
Es comúnmente aceptado el hecho que, la interpretación estándar de la mecánica cuántica es la que se conoce bajo el nombre de: la interpretación de Copenhague, nombrada así en honor a la ciudad en que se estableció el Instituto Niels Bohr. De acuerdo con ella, lo que caracteriza a los sistemas cuánticos es que éstos se encuentran en una permanente superposición de estados, es decir, que su comportamiento dinámico, representado por su función de onda —postulada por Schrödinger—, puede expresarse como una combinación lineal de las funciones de onda que representa estados diferentes.
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| Instituto Niels Bohr. Fotografía tomada de: Cuaderno de cultura científica. |
Esta interpretación descansa sobre tres principios básicos: el principio de Von Neumann, el principio de indeterminación de Heisenberg y el principio de complementariedad de Bohr. El primero, sostenía que, por cada estado dinámico de un sistema mecánico cuántico —es decir, por cada estado propio— existe una probabilidad definida que representa la posibilidad de encontrar al sistema en dicho estado, el denominado valor propio del sistema.
Esta correspondencia entre el estado propio y el valor propio establece un límite entre el estado en que se encuentra un sistema microscópico y el conocimiento que podemos adquirir acerca de ese estado.
El principio de Heisenberg formalizaba una indeterminación que radica en lo siguiente: por medio de una correlación entre pares de variables dinámicas del sistema, se puede mostrar que cuando tiene lugar una medición de una de la dos variables, entre más conocemos de ella, menos podemos conocer de su compañera correlacionada.
En otras palabras, el principio mostraría que los sistemas mecánico cuánticos son inherentemente indetermínisticos.
Finalmente, el principio de complementariedad de Bohr subrayaba la indeterminación —logra evidenciar que— es la única forma de comprender la naturaleza de los sistemas cuánticos, el hecho de reconocer y aceptar la limitación intrínseca impuesta por el hecho de que los conceptos que pueden ser usados para describir los sistemas cuánticos dependen de las propiedades detectables de los sistemas, definidas por las máquinas de medición con las cuales interactúan. Por ello, Bohr sostenía en 1934 al respecto;
La teoría cuántica se caracteriza por el reconocimiento de una limitación fundamental en las ideas físicas clásicas cuando se aplican a los fenómenos atómicos. La situación entonces creada es de una naturaleza peculiar dado que nuestra interpretación del material experimental descansa esencialmente sobre conceptos clásicos. A pesar de las dificultades que, por lo tanto, forman parte de la formulación de la teoría cuántica, parece […] que su esencia puede ser expresada en el llamado postulado cuántico, que atribuye a cualquier proceso atómico una discontinuidad esencial, o individualidad, completamente extraña a las teorías clásicas […]. Este postulado implica una renuncia frente a la coordinación espacio-temporal causal de los procesos atómicos. De hecho, nuestra descripción causal de los fenómenos se basa enteramente en la idea de que los fenómenos objeto de estudio pueden ser observados sin ser perturbados apreciablemente.
Entendiendo lo anterior, es claro que cada acto de medición afecta al sistema —sea el que es hecho por el instrumento utilizado para ello como el del observador que lo analiza—, lo que hace —hasta ahora— imposible el obtener cualquier tipo de información precisa sobre el estado del sistema en los instantes anteriores a su observación. En este sentido, La realidad se define sólo cuando se llevan a cabo observaciones —¿es decir que puede ser una construcción de nuestra forma de concebir la realidad?—, y es precisamente esta dependencia en los observadores lo que separa a los sistemas clásicos de los sistemas cuánticos. Bohr insistió en la necesidad de comprender esta condición claramente —tal parece que, esto último podría ser un campo fructífero como programa de investigación—.
El horizonte que se nos plantea en frente
El panorama que se nos presenta es cautivador, esto debido al hecho de que cualquier intento por formular una teoría física que integre los sistemas clásicos y cuánticos debe reconocer que, el acto de medida pone en estado de superposición tanto al objeto como al instrumento de la medición, haciendo que la indeterminación que caracteriza al mundo cuántico se convierta también en parte del mundo al nivel clásico.
Es intrigante y excitante el reconocer que la pregunta acerca del lugar en el que se evidencia el colapso de la superposición de la función de onda —en otras palabras, saber dónde definir exactamente los límites entre el mundo cuántico y el mundo clásico— es una interrogante aún abierta. Cuestión que nunca logró ser respondida por Bohr ni por ninguno de los miembros de la escuela de Copenhague, a pesar de que sus consecuencias son una parte central de su interpretación de la teoría. Quizá y solo quizá, no pudieron prever la importancia de la naturaleza misma de esa interrogante.
