Nuestro universo cuántico: de cómo la naturaleza juega al caos

por Julio García.

Uno de los siglos más productivos para la física, donde se
experimentaron mayores cambios y descubrimientos, fue el siglo XX,
específicamente la primera década de ese tiempo que ya se fue pero que nos sigue determinando, cuando Max Planck y Albert Einstein revolucionaron lo conocido hasta entonces, para fundar una nueva forma de observar la
realidad.

La relación que une a estos dos personajes va más allá del hecho de que ambos hayan nacido en Alemania, decidieran ejercer la misma profesión y hayan sido galardonados con el Premio Nobel. A Planck, (1858-1947) se le considera el padre de la física cuántica y a Einstein (1879-1955) el padre de la Teoría de la Relatividad. Aunque uno de sus trabajos más importantes, el cual abordaremos aquí y al cual no se le otorga la suficiente relevancia, es su Teoría del Efecto Fotoeléctrico.

Primero debemos decir que la mecánica cuántica, o física cuántica como también se le conoce, está conformada por un conjunto de postulados teóricos que le dan sentido aquello que habita en el mundo del microcosmos. Hace referencia al universo subatómico que no podemos ver a simple vista, en definitiva: al comportamiento de las partículas elementales que conforman todo lo que nos rodea, incluyendo a nosotros mismos.

En 1901, Max Planck descubrió, estudiando un fenómeno físico muy interesante llamado radiación del cuerpo negro, que toda la materia que conocemos emite radiación, que la energía emitida por todos los cuerpos no es infinita (no es continua), sino que está limitada a transmitirse a través de pequeños paquetes de ondas o cuantos de energía. ¿Pero a qué tipo de energía se refería Planck en específico? Evidentemente, a aquella energía que emite la materia, que se expresa en forma de ondas electromagnéticas y que puede ser percibida por nuestros sentidos como luz. Al cuerpo matemático que le da sentido a esta explicación se le conoce como Constante de Planck y, como veremos, sirvió a Albert Einstein para plantear, luego, la Teoría Especial de la Relatividad.

Ahora bien, durante su estancia en la Oficina de Patentes de Berna, Suiza, Einstein quedó intrigado sobre los trabajos previos de Planck sobre la idea que la energía podía transmitirse en forma de partículas y no necesariamente en forma de ondas como se creía hasta entonces. Fue en estos años, nos referimos a 1905, cuando propuso su teoría del efecto fotoeléctrico, que, por cierto, le valió el Premio Nobel de Física en 1921. Con este original trabajo, Einstein propuso, básicamente, que la luz es transmitida en pequeños paquetes llamados fotones, que estos fotones son, en resumidas cuentas, las partículas de la luz. Por tanto, concibiendo a la luz como una partícula, una partícula cuantificable con energía definida, se puede comprender mejor por qué las partículas de la luz pueden interaccionar con una de las partículas que conforman a los átomos: el electrón.

De hecho, cuando miramos un objeto cualquiera, lo que en realidad estamos percibiendo de ese objeto es la interacción de la luz con la materia, aquella interminable y constante lluvia de fotones que tienen la capacidad de “excitar” a los electrones que violentamente son expulsados de los átomos. Con la ausencia de estas interacciones, probablemente estaríamos segados al mundo de la luz y, por tanto, al mundo de los objetos y la materia que nos rodea.

Pero existe un fenómeno aun más intrigante que tiene que ver con los fundamentos, con el sentido más profundo de la física cuántica. Éste fenómeno, que es la base con la que Einstein estableció la Teoría del Efecto Fotoeléctrico, tiene que ver con la dualidad caprichosa con la que se manifiesta la luz. Con el hecho de que pueda comportarse, como ya decíamos, como partícula, pero también como onda, dando lugar a la incertidumbre cuántica planteada por otro físico alemán, Werner Heisenberg, quién en la década de los XX del siglo pasado concluyó que no se puede medir al mismo tiempo la velocidad y la posición de una partícula en el mismo instante, ya que, si conoces la velocidad de una partícula determinada, desconocerás su posición, y viceversa.

Por otra parte, comprender la incertidumbre cuántica con la que se manifiesta la materia y la energía a escala subatómica (dos conceptos equivalentes según lo demostrará Albert Einstein con su famosa ecuación E=M.C2), es uno de los grandes retos que la Física tiene por delante todavía, con todo y que muchos insistan que la labor de los físicos está concluida, inclusive que aseveren que la física ha llegado a su ocaso, y que la comprensión profunda de la realidad la debamos dejar en manos, únicamente de filósofos y metafísicos.

Posiblemente la incomprensión de la física cuántica sea, paradójicamente, producto del uso de la razón y de la lógica, porque en ese universo que no vemos, entre más incomprensible es la realidad más comprensible es, pero desafortunadamente no para los humanos. En otras palabras, el método científico no encuentra explicaciones donde el caos y la incertidumbre, lo inmedible y lo incuantificable reinan. Y no por el hecho de que los métodos que utilizamos sean erróneos, o estén mal planteados, sino por ese comportamiento caótico y azaroso inherente a la propia estructura de la naturaleza. Esperemos equivocarnos con esta afirmación, y esperar a que surjan físico de la talla de Einstein o Planck, que le dieron un nuevo sentido a la realidad, probablemente intuyéndola desde el plano filosófico para llevarla luego a los terrenos de la ciencia.

Porque, a fin de cuentas, la ciencia sin un trasfondo filosófico que le de sustento, es como una máquina que carece de los engranajes necesarios para moverse, para tener sentido.

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