A comienzos de 1970, Murray Gell-Mann y Harald Fritzsch
desarrollaron una aproximación a través de la
teoría
de los campos para describir las diferentes interacciones que
pueden existir entre estas partículas (quarks). Así
se estableció que los quarks coloreados interactúan
entre si mediante el intercambio de gluones. El color juega el
role de la carga eléctrica en la QED, aunque en forma
más compleja, dado que mientras que en la QED existe solo
una carga (+) y su anti-carga (-); en la QCD existen tres
colores con
sus respectivos anti-colores, donde se da la siguiente regla de
atracción-repulsión:
Dos colores o anti-colores iguales se repelen, un color y
su correspondiente anti-color experimentan la máxima
atracción, colores diferentes también experimentan
atracción aunque de menor grado que la anterior.
Mientras que en la QED solo una partícula es necesaria
para mediar en la transmisión de la fuerza
electromagnética, el fotón; en la QCD son
necesarias 8 partículas denominadas gluones para mediar en
la transmisión de la denominada fuerza
cromodinámica que es la que mantiene unidos a los quarks.
El tema es aun mas complicado, porque los quarks pueden cambiar
de color, por lo que los gluones deben también tener la
característica del color para así poder llevar
color de un quark hasta otro. Por lo tanto los gluones
también son afectados por la fuerza cromodinámica,
aquella cuyas reglas de interacción describimos antes.
¿Qué se entiende por
partículas?
Cuando los físicos intentaron extrapolar
los conocimientos de la física clásica
al mundo de los átomos, se encontraron con la sorpresa de
que las cosas aquí no funcionaban, según la
descripción clásica. Las
partículas individuales debían ser consideradas
como ondas, ante
circunstancias definidas, como también aquello que se
pensaba era una onda, debería considerarse como
partícula ante otras circunstancias experimentales. Por lo
tanto el concepto de
partícula se amplio.
Todo aquello sobre lo que podemos tener una
experiencia directa puede en principio ser explicado en
términos de seis partículas y de la forma en que
interactúan entre ellas: las partículas materiales
electrón, neutrino, protón y neutrón, y los
intermediarios de las fuerzas que las unen: el fotón y el
gravitón. En un nivel mas profundo, los protones y
neutrones están formados por dos tipos de quarks
diferentes
(up y down), que se mantienen unidos por una
fuerza cuyo intermediario o portador se denomina
gluón.
Pero veamos mas detenidamente los componentes
últimos de la materia.
Los ladrillos que
componen la materia, los ladrillos de los
ladrillos.
En la época de Aristóteles, los científicos
consideraban que los cuatro elementos constituyentes de la
materia eran: agua, tierra,
aire y fuego.
Durante esa misma época, se decía también
que todas las cosas estaban constituidas por unidades
indivisibles denominadas átomos. Con el correr del
tiempo y de
las investigaciones,
se llego a saber mas acerca de los diferentes elementos, de los
átomos y de cómo estos estaban compuestos. Hoy en
día, la física tiene un modelo
estándar de las partículas fundamentales y de la
interacción entre ellas. Suponíamos que los
electrones, protones y neutrones eran estos mínimos
componentes, pero se ha avanzado un paso más. La
situación actual es la siguiente:
1. Existe materia y antimateria
(Dirac-Anderson), es decir para cada partícula existe
una equivalente con propiedades opuestas en la región
de la antimateria. Si una partícula se encuentra con
su antipartícula, se produce la desaparición de
ambas, transformándose sus masas en reposo en
energía según la ecuación de Einstein E
= mc2. Nuestro universo
visible esta compuesto casi totalmente por materia, muy poca
antimateria existe desde el inicio del universo allá
por el big
bang.2. Clasificamos a las partículas
(todas tienen sus correspondientes antipartículas) en
dos grandes grupos:
a) Fermiones:
a su vez clasificados en:
Quarks: son seis a saber: up(U), down (D),
charm (C), strange (S), top (T), bottom (B). Tienen carga
eléctrica fraccionaria. En 1964 Gell-Mann denomino a
los tripletes que componían lo que hasta ese momento
eran partículas elementales del núcleo
atómico, como "quarks" palabra sacada de un pasaje de
la obra Finnegan"s Wake de James Joyce:
" Three quarks for Muster
Mark!…"
Leptones: son seis a saber: electrón
(e), neutrino del electrón ((e), muon ((), neutrino
del muon (((), tauon ((), y neutrino de tau (((). Tienen
carga eléctrica nula o dada por un numero entero.
b) Bosones:
Que de acuerdo a nuestro sentido común,
diríamos que no son una partícula (algo que tiene
masa), sino que son entes, que ahora reconocemos que pueden
comportarse como partículas y están asociados con
la transmisión de las fuerzas de interacción entre
los fermiones, son los portadores de las fuerzas. Existen bosones
para cada una de las fuerzas existentes en la naturaleza, y
ellos son:
Fotón: que transmite la fuerza
electromagnética la cual es la interacción
entre partículas cargadas (recordemos QED).Gluon: que transmite la fuerza
cromodinámica, la cual es la interacción entre
partículas con carga de color (recordemos QCD)W y Z: que transmiten la fuerza débil
que aun no hemos descripto pero que esta relacionada con la
desintegración y emisión de partículas
desde núcleos de átomos.Gravitón: que transmite la fuerza de
gravedad que tampoco se ha aislado u observado sino a
través de sus efectos. Es un concepto similar al de
campo gravitacional.
¿Dónde están los protones y
los neutrones? La realidad es que estas partículas
componentes del núcleo en los átomos y por muchos
años consideradas como elementales, no son elementales ya
que están compuestas por otras. Por eso hablamos acerca de
los ladrillos de los ladrillos. Como vimos en la sección
de la QCD, los quarks no pueden existir en forma aislada sino que
se mantienen unidos según las reglas dadas por la QCD.
De los quarks surgen por combinación los
Hadrones según la siguiente regla:
Mesón: esta formado por un par
quark-antiquark (color+anti-color).Barión: esta formado por tres quarks o
tres anti-quarks. Los bariones más conocidos son los
protones y los neutrones
Todas las partículas estables de la
naturaleza están compuestas por quarks up y down y por el
electrón y el neutrino del electrón. Los otros
quarks forman partículas que tienen ciclos de vida mucho
mas cortos que los del protón y el neutron, a pesar de que
dicho ciclo es lo suficientemente largo como para que puedan ser
detectadas mediante equipos especiales. Lo que se denomina el
gusto o sabor de los quarks (flavor) que es una manera de
diferenciarlos, esta determinado por su carga, su masa y la
presencia o ausencia de ciertas propiedades que si bien no
están completamente entendidas, se las ha identificado con
los siguientes nombres:
extrañeza, encanto, belleza, verdad
y color (QCD).
Las fuerzas en la
naturaleza son solo 4.
¿Qué es una fuerza? Si ponemos dos
cargas eléctricas próximas, sobre ellas existe una
fuerza que tiende a separarlas o acercarlas. De la misma manera
cuando clocamos un objeto a cierta altura, sobre este la tierra
ejerce una cierta fuerza atrayéndolo, por eso se cae.
¿Qué es lo que transfiere esa fuerza desde un
cuerpo al otro?, ¿cómo sabe un cuerpo o una carga
de la existencia del otro/a? Decimos que la carga
eléctrica esta rodeada por un campo
eléctrico o electromagnético, que influye sobre
la segunda carga. También hablamos que la tierra genera un
campo gravitatorio o gravitacional que ejerce una fuerza sobre
los cuerpos suspendidos a cierta altura. Pero esta idea de campo
es una abstracción matemática, dado que finalmente un campo en
un punto esta definido por la fuerza que en dicho punto
actúa sobre una partícula de referencia tal como
habíamos explicado anteriormente. Esta definición
matemática no contesta la pregunta ¿que transfiere
la fuerza de un objeto al otro?. En el siglo XX esta pregunta
recibió la siguiente respuesta: la fuerza es transmitida o
transportada por partículas, que según sea
gravitatoria o eléctrica, la partícula será
diferente. Los cuerpos cargados, se transmiten la fuerza
electromagnética a través del intercambio de
fotones. Es así que una partícula cargada emite un
fotón que es absorbido por otra partícula cargada,
y así se transmite el momento de una a otra, lo cual es lo
mismo que decir que entre ambas se ejerce una fuerza. Pensemos en
la analogía de dos personas tirando una pelota. Cada vez
que una de estas personas atrapa la pelota que la otra arrojo,
siente que es empujada hacia atrás es decir en la dirección que traía la pelota. Esta
analogía sirve para entender el rechazo entre dos cargas
de igual signo. Según esta teoría, también
el efecto de la fuerza gravitatoria, se transmite por
partículas denominadas gravitones, a pesar de que las
mismas no han sido detectadas experimentalmente.
Bien hasta ahora nombramos dos tipos de fuerza,
la electromagnética y la gravitatoria, porque ambas
afectan nuestra vida diaria, estamos acostumbrados a sus
efectos.
En la física clásica se
entendía por fuerza aquello capaz de influir sobre el
movimiento de
un cuerpo o de alterar su forma. Cuando los científicos
entraron al micromundo de las partículas, a la fuerza se
la comenzó a entender como la causa de todo cambio,
reacción, creación o desintegración. Dado
que los roles desempeñados por las fuerzas en la
física moderna son distintos a los tradicionales de la
física clásica, se comenzó a hablar de las
interacciones básicas como sinónimo de los que los
clásicos conocían como fuerzas. Estas interacciones
básicas son 4:
Gravitatoria.
Electromagnética.
Débil.
Fuerte.
Veamos el significado de las dos que aun no
conocemos:
Interacción o fuerza débil: No es
posible entenderla en términos corrientes, es la fuerza
causante de ciertos fenómenos en los átomos, tal
como la conversión de un neutrón en un
protón y viceversa, lo que se denomina
desintegración beta, la desintegración de un pion
en un muon y la de este en un electrón. En todas estas se
emite un neutrino, las cuales son las únicas
partículas conocidas sobre las que puede actuar la fuerza
débil. Esta fuerza si bien es mas fuerte que la de
gravedad, es mucho más débil que la
electromagnética y la fuerza fuerte, y tiene un rango o
alcance de su influencia que no supera los 10-16 cm. Las
partículas (bosones) que transmiten esta fuerza
débil son tres W+, W- y Z0 .
Interacción o fuerza fuerte: ¿por
qué los protones que son todos positivos no se rechazan
entre sí en el interior del núcleo del átomo
provocando el estallido del mismo? Por que existe una fuerza
más poderosa que la electromagnética de
repulsión que los mantiene unidos. La existencia de los
neutrones en los núcleos tiende a facilitar la
interacción fuerte impidiendo el decaimiento
espontáneo de los núcleos, sobre todo de aquellos
con gran cantidad de protones Esta es la denominada fuerza o
interacción fuerte.
La comprensión de la fuerza fuerte entre
los nucleones (protones y neutrones) solo será posible a
partir de la comprensión de las fuerzas
cromódinámicas que actuan dentro de cada
nucleón entre los quarks. La fuerza fuerte es como el
efecto residual de la fuerza fuerte por excelencia que es la
cromodinámica.
Es interesante conocer cual es la relación
de intensidad que existe entre estas fuerzas:
Tomando como base 1 para la fuerza fuerte, que es
la más poderosa de las cuatro, la que le sigue es la
electromagnética cuya fuerza relativa es 10-2, luego la
fuerza débil con 10-13, y por ultimo la fuerza de gravedad
con una fuerza relativa a la fuerte de 10-38. Los rangos de
actuación en el espacio de cada una de estas fuerzas, son
los que hacen que dos de ellas no se perciban por los sentidos dado
que actuan a nivel atómico. Tanto la gravitatoria como la
electromagnética tiene un rango infinito de influencia,
disminuyendo su intensidad con la distancia. La fuerza fuerte
actúa en un rango de 10-13 cm, mientras que la
débil 10-16 cm.
Diferentes
realidades, ¿diferentes universos?
¿Cómo funciona el mundo?
¿Existe alguna metáfora que de significado a esta
pregunta?. La vieja metáfora de la física
clásica era "el mundo es como un reloj gigantesco". Los
físicos modernos hoy en día no poseen una sino
varias imágenes
tentativas que les permiten dar una explicación con
sentido a los fenómenos que ocurren en el mundo de la
física cuántica. Hoy sabemos que nuestro mundo no
es determinístico como el funcionamiento del reloj donde
causa-efecto se suceden en ese orden. Las diferentes realidades
que aquí se mencionaran son diferentes modelos del
mundo consistentes con la teoría cuántica. Vale
aquí algunas aclaraciones acerca del significado de lo que
es un modelo. Los físicos al estudiar el mundo
cuántico en particular, no pueden hacer replicas de
cartón o madera de
aquellas cosas que están estudiando tales como un
fotón, por lo tanto sus modelos son una combinación
de ecuaciones
matemáticas y discernimientos
físicos, los que les permiten tener cierta imagen de lo que
pasa en ese mundo cuántico. Algunos de esos modelos son
representaciones muy precisas de los fenómenos en
cuestión, descriptos en términos de ecuaciones que
pueden ser procesadas en una computadora
para simular como un sistema o una
entidad cuántica responderá a un determinado
estímulo. Otros son mucho más vagos, menos
precisos, en el sentido que solo intentan ayudar a la limitada
imaginación humana a describir lo que está
sucediendo. Una de los puntos más importantes que se debe
apreciar acerca de los modelos, es que ninguno de ellos es "la
verdad". Por eso, a pesar de que un determinado modelo sea muy
preciso en describir y explicar lo que está ocurriendo en
un contexto; otro modelo, completamente diferente al anterior,
puede ser igualmente preciso en describir el comportamiento
de la misma entidad o sistema cuántico bajo diferentes
circunstancias, es decir en otro contexto. ¿Cuál de
los dos representa a la realidad? ¿Cuál es la
verdad? Ambos modelos son igualmente válidos.
Un ejemplo clásico de esta
situación es la dualidad de la luz
onda-partícula. A veces la luz debe describirse como una
onda porque así es como se comporta, y en otras ocasiones
como una partícula. No significa esto que la luz es
realmente una onda o una partícula, sino que es algo para
lo cual no hay una analogía en el mundo cotidiano de
nuestros sentidos; es algo que bajo ciertas circunstancias
parece comportarse como una onda, y bajo ciertas otras
circunstancias, parece comportarse como una
partícula.
Otro ejemplo ocurre con el modelo del
átomo. Históricamente la idea de átomo se
desarrolló pensando primero a los mismos como
pequeñas esferas indivisibles, luego se avanzó en
la idea de un átomo compuesto por diferentes
partículas. Usando el modelo de los átomos como
"bolas de billar", se pudieron hacer descripciones
matemáticas muy precisas acerca del comportamiento de los
gases, por
ejemplo la relación entre presión y
temperatura en
un recipiente lleno de gas. Mas tarde
cuando se desarrolló el modelo de átomo de Bohr con
electrones considerados como pequeñas " bolitas de billar"
en órbita alrededor de un núcleo que es como una
"bola de billar" más grande, este sirvió muy bien
para poder explicar el origen de las líneas espectrales
que producen los elementos. Mas adelante en el tiempo, la
naturaleza de los enlaces o uniones químicas necesarios
para formar diferentes compuestos, se pudo explicar utilizando el
modelo de los electrones como "nubes" (distribución de probabilidades) alrededor
del núcleo. A pesar de que hay una línea
histórica en el desarrollo de
los modelos, esto no significa que los últimos son
correctos y los otros no. Los físicos aún hoy en
día, utilizan el modelo de las "bolas de billar" para
calcular la presión de los gases, y los químicos
utilizan el modelo de Bohr para estudiar el espectro producido
por diferentes elementos. Cada modelo es correcto en su propia
área de aplicación, a pesar de que los diferentes
modelos parecen ser incompatibles entre ellos.
Por eso la mejor manera de pensar a los
diferentes modelos, que se presentan en la física
(¿y en la vida cotidiana?), es considerarlos como
diferentes herramientas
para diferentes trabajos a realizar. Cuando utilizamos
herramientas equivocadas, es imposible realizar el trabajo; de
la misma forma si pretendemos explicar ciertos fenómenos
con el modelo inapropiado, poco será lo que podamos
explicar o bien las conclusiones serán
erróneas.
Esta explicación es muy válida en
términos de la física cuántica, porque en
realidad todas las diferentes interpretaciones que dan lugar a
diferentes realidades cuánticas, son modelos. Ninguno de
ellos representa la verdad última acerca del mundo
cuántico, y muy probablemente no hay manera de que el
cerebro humano
pueda alguna vez aprehender /comprender las verdades
últimas del mundo cuántico. Todas las
interpretaciones son simples ayudas para percibir lo que pasa
realmente. Nadie sabe lo que el mundo cuántico realmente
es, todo lo que podemos saber es como es.
Pero ¿qué quiero significar con
todo esto? Como comentaba un autor, si vemos una película
con huevos que están a punto de ser abiertos por el nuevo
ser a nacer, nuestra imagen de la realidad nos hace esperar
pollitos, si por el contrario surgen viboritas o cocodrilitos,
experimentaremos la idea de que la realidad no es lo que
imaginábamos de acuerdo a nuestras experiencias pasadas.
Esto es lo que les ocurrió a los físicos cuando se
encontraron con los fenómenos cuánticos. Este mundo
en el cual vivimos no es lo que parece ser exteriormente. Ahora
bien ¿cómo lo explicamos?.
Ya Kant creía
que la apariencia del mundo estaba fuertemente condicionada por
los sentidos humanos y por el aparato intelectual. Otros seres
diferentes a nosotros los humanos, experimentarían el
mismo mundo en una forma radicalmente diferente. Los hechos que
llamamos científicos son tanto producto de la
naturaleza
humana del observador, como de la realidad intrínseca
del hecho o fenómeno. Vemos al mundo a través de
unos anteojos humanos. El hombre
está destinado, según Kant, a conocer ya sea
directamente o a través de la creación de
conceptos, solo las apariencias
del mundo, y de ellas solo aquella parte que tiene origen humano.
Kant es un ejemplo del pesimismo en la
investigación de la realidad.
La teoría cuántica ha sido
universalmente exitosa en describir fenómenos a todo nivel
accesibles mediante experimentos, la
teoría cuántica funciona como un libro de
cocina perfecto para cualquier cosa que queramos realizar dentro
del mundo físico, sin embargo acompañando a esta
precisión, existe un total desacuerdo acerca de lo que
significa y de que clase de
realidad está sustentando. Existen varias "realidades"
cuánticas que diferentes físicos defienden como "La
realidad real o verdadera" que sustenta la apariencia externa.
Algunas de estas "realidades" son además contradictorias
entre sí, pero todas producen los mismos resultados ante
los mismos experimentos. Veamos cuales son y que dice cada una de
ellas; son las visiones de algunos físicos de renombre que
se expresan en la forma de ocho realidades distintas, las cuales
representan ocho aproximaciones importantes a lo que realmente
ocurre detrás de la escena, ocho modelos diferentes:
Realidad Cuántica # 1: La interpretación de Copenhague parte 1.
Representada por Niels Bohr,
que dice:
En el mundo físico, no existe una
realidad profunda
Bohr no niega la evidencia de nuestros sentidos,
el mundo que nos rodea es real, pero flota en un mundo mas
profundo que no es real. Algunos físicos que se
oponían a esta interpretación por ejemplo Einstein,
decían que seguramente Bohr quería significar no
extender las especulaciones por fuera del rango de los
experimentos que se realizan, sino que existirían ciertas
realidades escondidas y no conocidas por el momento con la
tecnología
existente. Pero Bohr no aceptaba esta interpretación, sino
que insistía diciendo: " no hay un mundo
cuántico, solo existe una descripción
cuántica abstracta". Heinserberg, el Cristóbal
Colón de la teoría cuántica
escribió:
la esperanza de que nuevos experimentos nos
guiarán hacia hechos objetivos en el tiempo y el
espacio tiene tanto fundamento como esperar descubrir el final
del mundo conocido en las zonas inexploradas de la Antártida.
Para dar una metáfora de la postura de
esta realidad 1, muchos utilizaron las siguientes preguntas
¿La luna existe si no la observamos? O mejor, si una rama
de un árbol cae en el bosque ¿hace ruido si nadie
esta escuchando?. Es decir ¿existen realidades
físicas objetivas o estas dependen de la existencia de un
observador externo?. Los defensores de esta realidad
cuántica # 1 responden que no, no existen realidades
objetivas en el mundo cuántico.
Realidad Cuántica # 2: La
interpretación de Copenhague, parte 2.
La realidad es creada por el acto de
observar
Algo así como decir las cosas existen solo
cuando son observadas (recordemos las metáforas de la luna
y la rama que cae en el bosque)
Es así que la interpretación de la
escuela de
Copenhague consiste en dos partes:
1. No existe la realidad en ausencia de
observación.2. La observación crea la
realidad.
Pero surge la pregunta entonces de
¿qué es una observación? O
¿cuáles son las características que una
observación debe tener para poder crear la realidad?. La
respuesta a estas surge con la máxima del físico
John Wheeler, que separa lo real de lo no real diciendo:
Ningún fenómeno es un fenómeno real hasta
que el mismo es observado. Esta creencia de que la realidad es
creada por el observador si bien puede ser común en el
campo de la filosofía, no lo es en el campo de la
física, por lo menos no lo era hasta la aparición
de la física cuántica.
Realidad Cuántica # 3: Que dice
La realidad es un todo indivisible
El mundo físico, a pesar de mostrarse como
un conjunto de partes con límites
entre dichas partes constitutivas, es un todo inseparable e
indivisible, todo afecta a todo. Es así que si bien el
observador puede crear la realidad, el observador es parte del
todo y no algo separado. No se puede mantener según dicen
los partidarios de este concepto de realidad, una
separación en el mundo entre una realidad objetiva y
nosotros observadores conscientes; objetos y sujetos se han
convertido en inseparables unos de otros. Esta no separabilidad
del mundo cuántico no tiene nada que ver con la idea
sistémica de los clásicos donde todo estaba
interconectado. Por ejemplo a través de las teorías
de los campos; aunque dichas interconexiones decaían y
finalmente desaparecían con la distancia entre las partes.
Las conexiones distantes eran irrelevantes, ¿cuánto
afecta el campo gravitatorio de la tierra si estoy en la luna?
¿y si estoy fuera de la galaxia?
Esta realidad de un todo indivisible es
diferente, de manera tal que no estará relacionada ni
espacial ni temporalmente. Es como si armáramos un cubo de
resortes, donde no importa donde toquemos, repercute en toda la
estructura
así armada instantánea o cuasi
instantáneamente.
Esta idea de realidad está en línea
con una visión holística propia de los
orientales.
Realidad Cuántica # 4: Muchos
mundos, muchos universos que coexisten.
La realidad consiste en una gran cantidad
de universos paralelos.
Para cualquier situación en la cual
existen diferentes resultados posibles (por ejemplo lanzar una
moneda al aire), algunos físicos defensores de esta idea
dicen que todos los resultados ocurren pero en diferentes
universos, cada universo es igual al anterior salvo en lo que
respecta al resultado de la situación analizada en
cuestión.(¿raro no?)
Realidad Cuántica # 5: La lógica
diferente.
El mundo obedece a una clase de
razonamiento diferente al que estamos acostumbrados los seres
humanos y que definimos como lógico.
La lógica es el esqueleto de nuestro
cuerpo de conocimientos. Desde hace mas de dos mil años la
lógica está basada en el molde de los silogismos de
Aristóteles.
Si cambiamos las reglas de dicha lógica
podremos entonces ver la nueva física o los hechos que
esta describe como lógicos dentro de esta nueva
lógica. Es difícil de entender pero, pensemos en
algo similar que ya ocurrió con la geometría.
Durante dos mil años la geometría que existía era la
euclidiana, la ciencia de
los puntos y las líneas. Hubo algunos matemáticos locos como Nicolai Lobachevski,
Gauss y Riemann que crearon una nueva geometría, esta fue
considerada como un juego de altas
matemáticas, pero fuera de la realidad (de nuevo
observemos el concepto realidad). La geometría
verdadera era la euclidiana que, después de todo
no es mas que el sentido común aplicado a las figuras
geométricas. Sin embargo en 1916, Einstein propuso una
nueva teoría de la gravedad que demolió el monopolio
euclidiano. Einstein declaró que la gravedad no es una
fuerza sino una curvatura en el espacio-tiempo, un objeto
entonces cuando cae no lo hace por ser atraído por una
fuerza (la gravedad), sino que se mueve por una línea
recta según los estándares de estas nuevas
geometrías. Esta apreciación de Einstein pudo ser
comprobada por vía experimental al medir la
deflexión de un rayo de luz de una estrella al pasar cerca
de la deformación del espacio-tiempo provocada por
el sol. La
lección de los partidarios de la nueva lógica
cuántica es la siguiente: la cuestión de la
verdadera geometría, o la verdadera lógica que
gobierna al mundo no está fijada por el sentido
común de los seres humanos, sino por las experiencias
reales que se pueden observar y medir. Para determinar las reglas
de la correcta razón, no hay que buscar en el interior de
nuestra propia cabeza, sino en el laboratorio.
Realidad cuántica # 6:
Neorrealismo.
El mundo esta compuesto por objetos
ordinarios, los cuales poseen atributos propios sea que son
observados o no.
Einstein es el representante por excelencia de
esta realidad, sus disputas con Bohr duraron hasta su muerte.
Según escribió:
"Todavía creo en la posibilidad de un
modelo de la realidad; esto es, de una teoría que
represente los fenómenos en sí mismos y no
meramente la probabilidad
de su ocurrencia".
Realidad cuántica # 7:
La conciencia crea
la realidad.
Los partidarios de este modelo, dicen que
solamente algo dotado de conciencia tiene le privilegio de crear
la realidad. El único observador que cuenta es el
observador consciente.
Realidad cuántica # 8: El mundo
dúplex de Heisenberg.
El mundo tiene dos partes, la de los
potenciales, lo que está en potencia lo que
puede ser; y la de las realidades de las cosas que
pasan.
La mayoría de los físicos defienden
una de las dos primeras realidades cuánticas: la realidad
cuánticas 1 (no hay realidades profundas) y la 2 (la
observación crea la realidad. Lo que ambas tienen en
común, es que solo los fenómenos son reales, pero
debajo de esos fenómenos no hay realidad.
Ahora bien si la observación crea la
realidad, ¿en qué se basa dicha observación
para crear la realidad? ¿Desde donde la crea?. Dado que la
teoría cuántica describe la realidad que sé
mide/observa con una exactitud perfecta, debe contener (la
teoría cuántica) algunas claves desde donde surgen
o en que se basan los fenómenos observados. Tal vez usando
la imaginación podemos intuir el basamento en el cual se
sustenta nuestro mundo familiar, el que vemos todos los
días.
De acuerdo a Heisenberg no existía una
realidad profunda, el mundo no medido es semirreal y solo alcanza
realidad total durante el acto de observación:
En los experimentos acerca de eventos
atómicos debemos tratar con cosas y hechos concretos, con
fenómenos que son tan reales como cualquier
fenómeno en la vida diaria. Pero los átomos y las
partículas elementales no son reales, estas forman un
mundo de posibilidades, de cosas en potencia, mas que uno de
cosas o hechos… La onda de probabilidades significa una
tendencia por algo. Es la versión cuantitativa del viejo
concepto Aristotélico de potencia. Introduce algo en el
medio entre la idea de un evento y la realización de dicho
evento, una clase extraña de realidad física justo
en el medio entre la posibilidad y la realidad.
El mundo de todos los días en el cual
vivimos, tiene un aspecto bien concreto del
cual carece el mundo cuántico, solo ocurren eventos uno
por vez. Por el contrario el mundo cuántico no es un mundo
de eventos reales sino un mundo lleno de tendencias de acción
que no se concretan, que no ocurren; estas tendencias
están constantemente en "movimiento" de las posibilidades.
Los dos mundos, el dúplex, que menciona Heisenberg, se une
a través de un puente que denominamos medición. Durante este acto
"mágico", una de las posibilidades entre todas las
existentes, es la que se concreta y así aparece en el
mundo de las acuerdo a exactas leyes de
movimiento. Nada ocurre sino que todo permanece en el
ámbito de realidades como un evento concreto. Todo lo que
ocurre entonces en nuestro mundo de realidades, surge de las
posibilidades preexistentes en el mundo cuántico de las
potencias. El mundo no observado consiste en un racimo de
posibilidades cada una con su valor
probabilístico de ocurrencia.
Una característica asombrosa de estas 8
realidades cuánticas, es que para cualquier tipo de
experimento que se pueda concebir, cada una de estas predice
exactamente los mismos resultados observables. En la actualidad
cada una de estas realidades cuánticas puede ser
considerada como la que explica con certeza como es el mundo
realmente.
Galería de
monstruos: Einstein, Bohr, Planck, Schrödinger, de Broglie,
Heisenberg, Born, Dirac, Pauli, Feynman,
Gell-Mann
El desarrollo de la física cuántica
fue el esfuerzo de muchos hombres de ciencia que en
el transcurso de 25 años revolucionaron un campo que se
creía acabado para nuevos avances, y que continua hasta
nuestros días. La idea aquí es simplemente recordar
a esos monstruos de la ciencia, con algunos datos personales
y menciones acerca de cuales fueron sus logros, algunos de los
cuales se han desarrollado a lo largo de este trabajo.
Albert Einstein (1879-1955): Lo mas
notable de este hombre fue
que con sus trabajos acerca del efecto fotoeléctrico,
confirmo de alguna manera los avances de Planck acerca de la
existencia d e los cuantos de energía. No obstante
lucho hasta el fin de su vida contra la interpretación
que se le daba a esta física que el ayudo a nacer. Sin
duda el mundo lo conoce a Einstein por su Teoría de la
relatividad, en sus versiones especial y general. Esta
teoría junto con la cuántica fueron las que le
quitaron el sueño a los clásicos. Einstein
nació en la ciudad de Ulm, gano el premio Nobel no por
sus dos teorías de la relatividad sino por el
mencionado efecto fotoeléctrico. Cuando quiso entrar
en la escuela técnica de Zurich, fracaso en el ingreso
por lo que tuvo que pasar un año reforzando sus
conocimientos de matemáticas antes de poder ingresar.
No fue un alumno brillante, no consiguió un trabajo
fácilmente al graduarse y tuvo que contentarse con un
empleo
menor en una oficina de
patentes en Berna. Allí en sus ratos libres fue
desarrollando trabajos científicos que finalmente le
permitieron alcanzar su doctorado. Fue a partir de 1909, que
logro ingresar como profesor
en la Universidad de Zurich. Con la llegada de
Hitler a
Alemania,
Einstein se mudo a Princeton USA donde permaneció
desde 1933 hasta su muerte. Nunca como dijimos acepto la
interpretación de Copenhague de Niels Bohr, con su
famosos dicho que "Dios no juega a los dados", por lo que, a
su criterio, debería existir algún mecanismo o
variables
ocultas que hicieran que el Universo
fuera explicable dentro de la lógica humana, y con un
carácter mas determinístico y no
tan probabilístico en sus comportamientos, como
surgía en todos los sistemas
cuánticos estudiados.Niels Bohr (1885-1962) :
Físico danés quien obtuvo el premio Nobel por
sus trabajos acerca d la estructura del átomo basada
en la espectroscopia y la física cuántica.
Inicio sus trabajos con J.J.Thomson pero no tuvo éxito en sus relación personal con
este físico. Se traslado entonces a Manchester para
trabajar con Ernest Rutherford quien recientemente
había descubierto la estructura atómica
constituida por un núcleo en el centro y
partículas cargadas (los electrones) como en orbitas
alrededor del núcleo. En 1916, las autoridades de
Dinamarca, le ofrecieron una cátedra y la promesa de
armar su propio Instituto. Así en 1918, el Instituto
de Física Teórica se estableció con
donaciones , principalmente de la cervecería
Carlsberg, siendo Bohr nombrado Director, cargo que
retuvo hasta su muerte. Dentro de ese Instituto, Bohr atrajo
para trabajar durante periodos mas cortos o largos a los
mejores físicos teóricos del momento,
brindándoles estímulos para el desarrollo de
ideas acerca de la teoría cuántica. La
interpretación que surgió de este Instituto, se
transformo en una de las clásicas para la
física cuántica, se la conoce como la
interpretación de Copenhague. Si bien muchos fueron
los que aportaron para fortalecer esta interpretación
de la física quántica, la fuerte personalidad de Bohr y su prestigio personal
fueron factores decisivos para que la interpretación
de Copenhague fuera "la interpretación aceptada de la
mecánica cuántica", a pesar de
sus falencias, hasta las décadas del 80 y 90. Bohr
siempre tuvo una preocupación relacionada con la
posibilidad de construir armamento nuclear a partir del
desarrollo de sus teorías. Después de la
guerra,
trabajo activamente para el control de
las armas
nucleares y organizo la primera conferencia
denominada Átomos para la Paz, en Ginebra en 1955.
El principal aporte de Bohr como dijimos fue su
desarrollo del modelos atómico. En este , Bohr
decía que los electrones que están en orbita
alrededor del núcleo, no caen en espiral como
predecía la teoría electromagnética, sino
que los mismos se encuentran en orbitas estables,
correspondientes a ciertos niveles fijos de energía, en
donde pueden mantenerse sin perder energía. Estos niveles
fijos no adoptan cualquier valor, sino que son múltiplos
enteros de una cantidad mínima: el cuanto de
energía. De esta forma solo existen estas orbitas
permitidas y entre ellas nada, es decir no hay orbitas
intermedias. Este cuanto de energía es medido en
términos de la constante de Planck h. Un electrón
según explicaba Bohr, puede saltar de una orbita permitida
a otra, ya sea emitiendo la energía sobrante, si es que
pasa de una orbita de mayor energía a una de menor
(proceso de
acercamiento al núcleo), o absorbiendo energía en
el caso contrario. Este cuanto de energía que emite o
absorbe, lo hace en la forma de un fotón cuya
energía es la que resulta de la formula de Planck (E =
h.(, donde ( es la frecuencia del fotón sea emitido o
absorbido. Además Bohr agrego el concepto de que las
orbitas permitidas no pueden albergar a un numero ilimitado de
electrones sino que pueden completarse. La representación
grafica o visual de este modelo es la de los electrones que como
bolitas están ubicados en los escalones de una escalera
cuya capacidad es limitada. Cuando un escalón tiene lugar
libre, otro electrón situado en un peldaño superior
puede caer hacia ese lugar libre, perdiendo la energía
correspondiente al salto o diferencia de altura entre ambos
escalones. Estas caídas y subidas explicaban las
líneas de emisión y absorción en los
espectros de la luz emitida por los átomos de gases
monoatómicos. El genio de Bohr
consistió en que no pretendió ni se preocupo por
armar una teoría completa y consistente del mundo
atómico, sino que tomo parte de la teoría
cuántica (el cuanto de energía), parte de la
clásica ( las orbitas) y las combino para intentar
explicar fenómenos hasta ese momento inexplicables. Bohr
explico este modelo en Inglaterra
durante 1913 con diferente suerte, algunos lo aceptaron y
continuaron avanzando sobre el mismo, otros lo desecharon.
Finalmente en 1922 Bohr recibe el premio Nobel debido a este
trabajo. Los avances fueron lentos, el modelo de Bohr
permitía muchas mas líneas en los espectros de las
que en realidad se veían. La limitación de la
cantidad de electrones en cada orbita permitida, también
era una idea arbitraria y sin comprobación aparente. Estas
propiedades, se organizaron mediante la asignación de
números, llamados números cuánticos, que
servían para describir el estado del
átomo y hacer que su comportamiento fuera convalidado por
las observaciones. Bohr no dio en ese momento, ninguna
explicación teórica de donde provenían estos
números cuánticos o porque algunas transiciones no
eran permitidas. A pesar de todas estos puntos débiles, el
modelo funciono. Predijo la existencia de líneas en el
espectro que hasta el momento no habían sido detectadas
pero que fueron luego detectadas experimentalmente en los lugares
exactos donde el modelo las pronosticaba.
Max Planck (1858-1947) :
Físico alemán quien fue el primero en darse
cuenta a fines del siglo XIX que la radiación de un cuerpo negro (un
radiador perfecto) podría explicarse si se consideraba
que la energía electromagnética absorbida o
irradiada, solo lo hacia en forma discreta y no continua, en
cuantos o paquetes de energía. Planck no pensaba en la
existencia de los después llamados fotones, sino que
simplemente era su forma para explicar la interacción
entre los átomos que oscilaban al ser calentados y las
radiaciones que se generaban en el interior de este cuerpo
radiante, interacción esta que debía mantenerse
en equilibrio. Planck era un eximio pianista,
tocando a veces junto con Einstein quien lo acompañaba
con el violín. Fue profesor de física en la
Universidad de Berlín desde 1892 hasta su retiro en
1926 cuando fue sucedido por Erwin Schrodinger, otro de los
hacedores de la cuántica. Planck fue un físico
de la vieja escuela que trabajaba muy duro y era sumamente
conservador en sus ideas, su gran interés era la termodinámica, de allí su
interés en intentar resolver lo que se conocía
como la catástrofe ultravioleta mediante la
aplicación de conceptos de termodinámica. Si
bien se sintió frustrado por no lograr una
solución aceptable y una correcta explicación
de los espectros de radiación; publico varios trabajos
que establecieron una conexión entre la
termodinámica y la electrodinámica. Su logro al
inventar su famosa constante h, no fue algo frío y
meditado sino que resulto de un estado
prácticamente desesperado en el que se encontraba para
poder hallar una solución satisfactoria al dilema que
surgía entre dos propuestas incompletas y
aparentemente contradictorias acerca de la radiación electromagnética (las
leyes de Rayleigh-Jeans y la de Wien). En este proceso ideo
algún artificio matemático para que ambas
pudieran compatibilizarse. Planck saco la curva correcta de
la galera con una afortunada intuición, sin entender a
fondo el fenómeno que estaba explicando. En el orden
familiar vale recordar que el hijo menor de Planck, fue
brutalmente asesinado por la Gestapo por haber tomado parte
en un complot para asesinar a Hitler durante 1944.Erwin Schrodinger (1887-1961):
Físico austriaco que desarrollo la formulación
de la física cuántica conocida como la mecánica ondulatoria, recibiendo como
resultado de estos trabajos, el premio Nobel en 1933. Es
reconocido como un científico de la vieja escuela,
cuyos trabajos acerca de la mecánica ondulatoria, apuntaban a
rescatar el sentido común según las ideas
clásicas, para la física cuántica. La
idea detrás de la mecánica ondulatoria surge
del trabajo realizado por Louis de Broglie que consideraba a
los electrones en su comportamiento ondulatorio. Respecto a
los conceptos extraños que suponía la
cuántica tales como el salto quántico o el
papel del observador en la determinación de la
realidad, Schrodinger decía: "esto me disgusta y
hubiera querido no tener nada que ver con el desarrollo de
esta disciplina". Con la llegada de los nazis al
poder, Schrodinger se traslado a Oxford donde no
permaneció mucho tiempo. Regreso a Austria,
posteriormente paso a Italia,
USA y finalmente a Irlanda. Durante sus estadía en
este país, escribió un libro denominado
"¿Qué es la vida?" que alentó a un gran
numero de físicos a orientarse al estudio de la
biología molecular después de
finalizada la guerra. Su desarrollo fundamental fue la
llamada ecuación de onda, que se utilizo en una de las
versiones de la física cuántica para describir
el comportamiento de una entidad cuántica tal como un
electrón o un fotón. Este fue el inicio de lo
que se conoce como mecánica ondulatoria que fue el
marco preferido por los científicos para resolver los
problemas
implícitos en las interacciones cuánticas. Esta
preferencia se debió a que los físicos estaban
familiarizados con el
lenguaje de las ecuaciones de ondas. Esta también
es la razón por la que todavía hoy se utiliza
esta aproximación al tema , cuando se ha demostrado
que otras son mas potentes para proveer un mejor
discernimiento acerca de este submundo atómico y
posibilita realizar trabajos mas avanzados en el tema.Louis de Broglie (1892-1987): Era un
príncipe de la nobleza francesa, que inicialmente
estudio Historia en
La Sorbona, y se inicio en las ciencias
por la influencia de su hermano mayor. La genialidad de de
Broglie esta en que extrapolo lo que surgía del
trabajo de Einstein acerca del efecto fotoeléctrico,
donde algo como la luz que era considerada una onda, tenia
también comportamientos de partícula, al mundo
de lo material. Fue así que se pregunto si esto pasa
con lo que considerábamos ondas, podría ser lo
mismo con lo que consideramos partículas. Su inquietud
resulto cierta, y solo pudo llegar a tesis de
doctorado, gracias al apoyo intelectual brindado por Einstein
quien fuera consultado acerca de si esto que este alumno
intentaba discutir, no era una burrada. Einstein fue conciso
pero contundente, y dijo a Paul Langevin, tutor de de
Broglie, "creo que esto es mas que una mera analogía",
y así de Broglie recibió su doctorado en
física. Tanto Louis como su hermano se involucraron en
el desarrollo pacifico de la energía
atómica.Werner Heisenberg (1901-1976):
Nació en Alemania y es uno de los padres fundadores de
la física cuántica. Su mayor descubrimiento es
el denominado Principio de Incertidumbre. La expresión
formal de este principio dice que la cantidad de
incertidumbre cuántica en la determinación
simultanea de ambos miembros de un par de variables
conjugadas, nunca es cero. En física cuántica,
el concepto incertidumbre es algo preciso y definido. Existen
pares de parámetros denominadas variables conjugadas,
para las que es imposible conocer el valor que adquieren en
el mismo momento. Las mas conocidas de estas variables
conjugadas son la posición y el momento ( velocidad,
cantidad de movimiento), como también la
energía y el tiempo. La incertidumbre
posición/momento es la típica que explico
Heisenberg en 1927, diciendo que ninguna entidad
cuántica puede tener una velocidad precisa y
determinada, y una posición también precisa y
determinada al mismo tiempo, es decir simultáneamente.
Esto no era el resultado de deficiencias en los sistemas o
aparatos, o dificultades en el proceso de medición; es
decir que no pudiéramos físicamente realizar
esta medición. La realidad es que las entidades
cuánticas- el electrón por ejemplo- no tienen
una posición y una velocidad precisa al mismo tiempo.
Esta incertidumbre, como ya se había mencionado es la
que explica el fenómeno denominado efecto
túnel. La incertidumbre de las variables conjugadas
energía /tiempo, es la que nos permite identificar la
existencia de las llamadas partículas virtuales. La
incertidumbre cuántica, no obstante, no se manifiesta
sensiblemente en los grandes objetos, es decir objetos mas
grandes que una molécula, esto se debe a la
dimensión de la constante de Planck "h" del orden de
10-34. Heisenberg trabajó con Born y con Bohr antes de
convertirse en profesor en la Universidad de Leipzig. Dado
que permaneció en Alemania durante la segunda
guerra mundial, se sospechaba de el que tenia
simpatía para con el régimen nazi. Los aliados
temían que fuera unos de los científicos que
pudiera facilitar el desarrollo de la bomba atómica
para los alemanes. En realidad dada la limitada investigación en esta materia, llevada
a cabo en Alemania durante la época, solo le
permitió concentrarse en el desarrollo de medios
para la obtención de energía y no en
armamentos. Heisenberg siempre dijo que esto fue gracias a
que el mantuvo el interés enfocado hacia este tema.
Aunque algunos dudan de esta afirmación. Durante un
periodo de recuperación de una enfermedad en las
montañas de Heligoland, fue cuando Heisenberg formulo
lo que luego se reconoció como mecánica
matricial, la primera teoría cuántica completa
y consistente con los resultados experimentales.
Posteriormente Born y Jordan ayudaron a completar la misma
dándole una significación física mas
perceptible. Una copia del trabajo de estos tres
científicos antes de que fuera publicado, fue la
inspiración para que Paul Dirac elaborara su propia
versión de la teoría cuántica. Todo esto
ocurría un año antes que Schrodinger publicara
su versión de la mecánica ondulatoria como otro
enfoque de la misma teoría cuántica. En tan
solo un par de años, se revolucionaron trescientos
años de la física clásica. Mas adelante
Heisenberg desarrollo el concepto de incertidumbre. Luego de
la guerra, Heisenberg tuvo un papel importante en el
establecimiento dl Instituto Max Planck para la
física. Sus últimos trabajos científicos
intentaron en vano desarrollar una teoría unificada de
los campos. El fue un proponente de la idea de "todo
indivisible" en la que todo en el mundo y especialmente en el
mundo cuántico, es parte de un sistema único,
que por ejemplo permitiera explicar en el experimento de la
doble ranura, porque los electrones tiene comportamientos
diferentes según se este observando o no por que
ranura están pasando. Estas ideas aunque no tenidas
muy en cuenta, fueron posteriormente desarrolladas por David
Bohm.Max Born (1882-1970): Físico
alemán que introdujo la idea de que los resultados de
los experimentos o interacciones en las cuales participan
entidades cuánticas, no son directamente
deterministicos, sino que son intrínsecamente
probabilísticos. Después de la guerra en 1920
se estableció Gottingen donde desde la cátedra
de física teórica desarrollo un centro de
excelencia en dicha disciplina, algo menos reconocido que el
Instituto Niels Bohr de Copenhague. Durante los años
20 Born contaba en dicho centro con la participación
de físicos de renombre tales como Heisenberg, Jordan y
Pauli. Cuando Heisenberg desarrollo su descripción
matemática de la física cuántica, fue
Born quien reconoció su intima conexión con la
teoría matricial. Trabajando en conjunto con
Heisenberg y Jordan, concluyeron en la primera versión
consistente y completa de la mecánica cuántica.
Algo mas tarde Schrodinger concluyo la versión
ondulatoria de la mecánica cuántica, basada en
tratar a las entidades cuánticas (electrones, fotones,
partículas subatómicas), como si fueran ondas.
Born fue el que mostró que las ondas en la
mecánica cuántica de Schrodinger,
podrían ser consideradas no como una realidad
física, sino como representaciones de probabilidades.
Así llego a ser el mas firme proponente de la idea que
el resultado de cualquier interacción dentro del mundo
cuántico, estará determinado, en un sentido
estrictamente matemático, por la probabilidad de
ocurrencia de dicho resultado entre muchos de los posibles
permitidos por las leyes físicas. Era de familia
judía por lo que fue obligado a dejar Alemania durante
el régimen nazi, emigrando hacia Inglaterra primero y
finalmente Escocia, regresando a Alemania con nacionalidad británica luego de
finalizada la guerra. Fue un gran pacifista, formando parte
de activos
oponentes al desarrollo de las armas nucleares. Murió
a los 87 años de edad.Paul Dirac (1902-1984):
Físico ingles nacido en Bristol. Luego de graduarse
como ingeniero electricista y en matemáticas, ingreso
en Cambridge bajo la supervisión de Ralph Fowler,
recién aquí en Cambridge es cuando entra en
contacto con la teoría cuántica. En 1925,
Heisenberg dio una exposición en Cambridge, donde Dirac
era parte de la audiencia. Si bien no discutió sus
ideas en esa charla, si lo hizo en privado con Fowler y le
envió una copia de su trabajo aun no publicado acerca
del enfoque de la teoría cuántica a
través es de los conceptos de la mecánica
matricial. Fowler le mostró el trabajo a Dirac y le
pidió una opinión según sus
conocimientos matemáticos. Así Dirac utilizando
lo que ya sabia hizo su propio desarrollo de esta
teoría, conocido como Teoría del Operador o
Álgebra Cuántica. Después de obtener su
doctorado en 1926, Dirac visito el Instituto Niels Bohr en
Copenhague, donde mostró que tanto la mecánica
matricial de Heisenberg como la mecánica ondulatoria
de Schrodinger, eran casos especiales de su propia
teoría del operador o álgebra cuántica, y que a
demás eran totalmente equivalentes. En 1927, Dirac
introdujo la idea de segunda cuantizacion a la física
cuántica, abriendo el camino hacia el desarrollo de la
teoría del campo cuántico. Sin embargo su mayor
contribución al campo de la ciencia , se debe a la
ecuación que desarrollo incorporando los conceptos de
la física cuántica y los requerimientos de la
teoría especial de la relatividad, para así dar
una explicación completa del electrón. Uno de
los puntos sobresalientes de esta ecuación, fue que
tenia dos soluciones, correspondiente a electrones con
energías positivas y con energías negativas.
Estos últimos son denominados positrones. Dirac
así había pronosticado la existencia de la
antimateria, hasta que Carl Anderson experimentalmente
detecto la existencia de positrones en 1932. Dirac
también desarrollo las reglas estadísticas que gobiernan el
comportamiento de gran cantidad de partículas cuyo
spin es la mitad de un numero entero, tales como los
electrones. Las mismas reglas estadísticas fueron
desarrolladas por Enrico Fermi, de allí que son
conocidas como estadística de Fermi-Dirac; a las
partículas que obedecen estas reglas cuando se hayan
en grandes cantidades se las denomina fermiones.
Después de su retiro en Cambridge, se instalo en
Florida USA como profesor de la Florida State University
hasta su muerte.Wolfgang Pauli (1900-1958):
Físico austriaco cuyo principal aporte a la
teoría cuántica, es el denominado principio de
exclusión, por el cual recibió su Premio Nobel.
Su talento fue demostrado cuando en un trabajo de 200 paginas
presento una comprensiva revisión de las
teorías de la relatividad de Einstein en sus versiones
especial y general. Su famoso Principio de Exclusión
se publico en 1925. Explicaba porque cada orbital en un
átomo ( en ese tiempo aun se pensaba a los electrones
en orbitas, aunque el principio vale también ahora)
podía ser ocupado como máximo por dos
electrones. El principio establece que dos fermiones no
pueden ocupar el mismo estado cuántico, es decir no
pueden tener los mismos números cuánticos. Este
principio es el que requiere que los electrones en el
átomo ocupen diferentes niveles de energía en
lugar de agruparse todos en el nivel mas bajo de
energía. Sin la existencia de esta exclusión
cuántica no existiría la química. Los denominados niveles de
energía son los permitidos para un sistema
cuántico como un átomo, y corresponden a las
diferentes cantidades de energía almacenadas. En el
átomo, un electrón tiene una bien definida
cantidad de energía correspondiente a su lugar en la
estructura atómica. Otros sistemas cuánticos
como las moléculas o los núcleos
atómicos también tienen niveles de
energía bien definidos. En el mundo cuántico
una característica fundamental es que los sistemas
cuánticos pasan directamente desde un nivel de
energía a otro sin estadios intermedios, este es el
conocido salto cuántico. Se decía que Pauli era
tan malo como físico experimental que con solo
acercarse a un laboratorio de experimentación, los
aparatos se descomponían.David Bohm (1917-1992) :
Físico y filosofo de la ciencia americano, que realizo
contribuciones importantes a la interpretación de la
mecánica cuántica. Se acerco a la ciencia a
través de lecturas de ciencia ficción y
posteriormente de astronomía. En tiempos de Mc Carthy fue
echado de la Universidad de Princeton por haberse negado a
implicar a ciertos compañeros de trabajo como miembros
del partido comunista. Se traslado a Brasil donde
trabajo en la Universidad de San Pablo, para luego ir a
Israel y
finalmente a Inglaterra. Su libro de Teoría
Cuántica es considerado como uno de los mas accesibles
para entender la interpretación de Copenhague. En el
proceso de clarificar esta interpretación, Bohm se
convenció de que la misma tenia errores, y así
dedico el resto de su carrera a desarrollar y promover una
versión alternativa de las interpretaciones de la
teoría cuántica, conocida como la de las
variables ocultas o la de la onda piloto o el todo
indivisible. Bohm se refirió a esta, como la
interpretación ontológica. Uno de los
principales aspectos incorporados en la interpretación
de Bohm, es el fenómeno denominado no-local o de la
acción instantánea a distancia que tiene lugar
entre dos entidades cuánticas; fenómeno este
que fue comprobado con el experimento de Alain Aspect en los
80. Bohm también trabajo en varios problemas
filosóficos ligados a las ideas modernas de la
física y en la naturaleza de la conciencia humana.Richard Feynman (1918-1988) : Fue el
físico mas grande de su generación, a la altura
de Newton y
Einstein. Feynman reformulo la mecánica
cuántica poniéndola en una fundamentacion
lógica incorporando los conceptos de la
mecánica clásica. Desarrollo el enfoque de la
integral de campo para la física cuántica desde
donde surgió la mas clara y completa versión de
la electrodinámica cuántica (QED), la cual
junto con la teoría general de la relatividad es una
de las mas exitosas y bien establecidas, en términos
de dar explicación a todos los fenómenos
experimentales donde se la ha aplicado. Fue un excelente
maestro, que supo popularizar la ciencia. Feynman estudio en
el MIT donde comenzó en Matemáticas para luego
moverse a la Física. En Princeton bajo la
supervisión de John Wheeler desarrollo su trabajo para
el doctorado. Trabajo en Los Álamos en el proyecto para
el desarrollo de la bomba atómica. Terminada la guerra
fue contratado por la Universidad de Cornell para trabajar
como profesor de física teórica. Es allí
donde completo su trabajo en electrodinámica
quántica por el cual recibió el premio Nobel de
Física en 1965. En 1950 se traslado a Caltech
permaneciendo en dicha Universidad hasta el fin de su
carrera. En 1950 desarrollo la teoría de los
superfluidos y descubrió una ley
fundamental que describía el comportamiento de la
fuerza débil. Al comienzo de 1960, Feynman dicto sus
famosas clases que luego se editaron en tres tomos como "Las
clases de Física de Feynman" que tuvieron impacto en
la enseñanza de esta disciplina en todo el
mundo. Desarrollo también la teoría de los
partones para describir lo que pasa cuando electrones surgen
de colisiones inelásticas entre protones. Esta fue un
input importante para el desarrollo posterior de la
teoría de los quarks, los gluones y la fuerza fuerte.
Casi como un hobby, Feynman también investigo acerca
de la teoría de la gravedad y sentó las bases
para el desarrollo de una teoría quántica de la
gravedad.Murray Gell-Mann (1929- ) :
Físico americano que obtuvo su premio Nobel en 1969
por sus trabajos sobre la clasificación de las
partículas fundamentales. Fue quien introdujo el
concepto de los quarks. Fue un niño prodigio
recibiendo su PhD en física a los 22 años en el
MIT. Trabajó desde 1956 hasta el fin de su carrera en
Caltech junto con Richard Feynman, de quien siempre
sintió su sombra intelectual.. En 1953, Gell-Mann y un
físico japonés – Nishijima- trabajando
independientemente, explicaron ciertas propiedades de las
partículas fundamentales, asignando a las mismas una
propiedad
denominada extrañeza. Esta propiedad fue llamada
así simplemente porque estas partículas eran
extrañas debido a la duración de su vida
excesivamente larga, en comparación con la de otras
partículas similares. En 1962 Gell-Mann
simultáneamente con otro físico llamado Zweig
descubrió que muchas de las propiedades de las
partículas fundamentales como los protones y los
neutrones podrían explicarse si se asumía a los
mismos compuestos por tres partículas mas
pequeñas que posteriormente denomino Quarks
Conclusiones
Aquí intento describir cuales son las
enseñanzas que me quedan luego de haber escrito estas 100
paginas sobre un tema tan extraño para el común de
las personas como es la física cuántica.
Lo primero que quiero destacar es que
realmente a través del proceso de escribir acerca de
un tema, por mas que esto no sea totalmente original, sino
que trata de ordenar conceptos; facilita la
incorporación de conocimientos. Es decir, luego de
realizar este trabajo he aprendido y entendido mucho de lo
que antes con una simple lectura no
lograba comprender.El concepto de modelo que se describe en el
capitulo de las diferentes realidades cuánticas, me
parece esclarecedor y adaptable a otras disciplinas. A lo
largo de toda mi vida muchas de los cosas que aprendí,
me fueron enseñadas como verdades absolutas. Esto
produjo en mi, y creo que en muchas personas también,
la imposibilidad de ver las cosas desde otros ángulos,
es decir la imposibilidad de avanzar en la búsqueda de
la verdad utilizando modelos como herramientas para avanzar
en la construcción del conocimiento. Aceptar a los modelos no como la
realidad, sino como la mejor representación de la
misma en un momento determinado. Esto abre la mente, porque
nos hace pensar las cosas no como definidas y determinadas,
sino pasibles de cambiar o evolucionar. Esto es valido para
otras disciplinas. Vemos como en economía se insiste en modelos para
determinadas realidades, que si bien funcionan en algunos
contextos, podrían no funcionar en otros, así y
todo, no vemos un esfuerzo honesto por encontrar alternativas
tal como realizaron los físicos a principio de siglo,
incluso teniendo que ir contra trescientos años de
pensamiento clásico.La creatividad con que estos personajes encararon
los problemas a resolver. Planck inventando su constante
simplemente para que los números le cerraran aunque no
tenia ninguna fundamentacion física; Einstein tomando
estas ideas para dar una explicación sencilla del
efecto fotoeléctrico; Bohr desarrollando un modelo
atómico, que si bien en un principio tenia muchas
fallas, dio pie a que se siguiera investigando y avanzando
sobre el mismo; De Broglie, extendiendo por razones de
simetría, de elegancia diría yo, el concepto de
ondas que también eran partículas, a las
partículas para que también estas se
comportaran como ondas; Schrodinger aplicando teorías
conocidas y muy manejadas como las de las ondas a la
partícula que De Broglie le encontró
características de onda, el electrón,
desarrollando así la mecánica ondulatoria;
Dirac creando una teoría completa de la
mecánica cuántica a partir de un borrador de
Heisenberg que le fuera dado por su tutor. Vemos como los
avances no son ni meticulosos, ni prolijos, sino que estos
hombres se tiraban a la pileta y luego con total honestidad
discutían, pensaban y escribían. Este es un
hábito perdido y que debería tratar de
incorporarse en la
educación de los hombres.Es imponente la gran cantidad de desarrollos
teóricos en temas tan complejos que se lograron en un
periodo de tiempo tan corto, entre 1900 y 1925. Es
increíble también que hayan compartido un
momento en la historia tantos científicos de renombre.
Me hace suponer que para que esto ocurra no es solo fruto de
la casualidad, sino que el entorno también ayuda; este
entorno es el que se debe facilitar desde los gobiernos.Se debe hacer divulgación
científica de la misma manera que se intenta hacer
divulgación artística. Así como las
letras y las artes son buenas en si mismas porque humanizan
al hombre, las ciencias también lo son y logran los
mismos resultados. La divulgación además,
permitiría un mayor gusto por la ciencia y por lo
tanto una mayor inclinación de jóvenes hacia
estos temas. El desarrollo científico es a su vez
generador de mejoras en la calidad y
estándar de vida de las sociedades. No obstante estos desarrollos no
pueden ser planificados, simplemente se debe brindar el
espacio, el entorno y las posibilidades. La curiosidad e
inquietud del ser humano por conocer mas, es lo que
producirá el avance.Leyendo una reflexión de Richard
Feynman acerca de la religión y la ciencia, decía que
estas no pueden estar juntas. Su razonamiento es que la
ciencia parte siempre de la dudad a partir de donde construye
e investiga, mientras que la religión parte de
verdades absolutas. No comparto este criterio de Feynman; la
religión implica la fe en un Dios creador, y como todo
lo referente a la fe no es absoluto, la fe es un don y se va
adquiriendo con idas y vueltas a lo largo de toda la vida,
nunca estamos totalmente seguros. La
fe debe hacernos mas humildes ante la grandeza de un Dios
creador. La verdadera ciencia también nos hace mas
humildes ante la grandeza de mecanismos tan maravillosos e
incomprensibles para el entendimiento humano. Mi fe en un
Dios grande crece, al encontrarme con estos temas, no solo
por los temas en si, sino también por los caminos y
los desarrollos que adoptan los hombres para dar con
explicaciones a lo que ocurre. ¿Quién puso la
inteligencia asombrosa que hay en hombres de
la talla de los que aquí mencionamos?Percibo la importancia de las
matemáticas como herramienta fundamental para poder
expresar ideas y conceptos que de otra manera seria imposible
expresarlos. Es por eso que me interesaría poder
avanzar en los fundamentos matemáticos de la
física cuántica, aunque no creo que esto sea
factible para mi hacerlo solo. Aquí el grupo de
trabajo y el maestro son imprescindibles.El buscar y lograr mayor conocimiento acerca
de algo, como en este caso para mi en temas
científicos, es en si mismo una actividad muy
motivadora y reconfortante. En un estado del mundo donde solo
se privilegia el criterio utilitario de todo, inclusive del
conocimiento; experimentar por mí mismo la no
necesidad de que las cosas solamente valgan por lo que sirven
o producen es un avance importante. La felicidad, al menos mi
experiencia así me lo indica, se consigue
también aprendiendo cosas novedosas de cómo es
nuestro mundo, aunque no busquemos aplicaciones concretas
para estos conocimientos. En pocas palabras, la
búsqueda del conocimiento en sí mismo produce
felicidad, yo creo que esto se debe a que se involucra algo
muy excelso del ser humano, aquello que lo hace ser imagen de
Dios: su inteligencia.
Autor:
Eduardo Yvorra
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