Por, Leandro García Calderón Palomino
A finales del siglo XIX, la así llamada Física Clásica, había logrado éxitos tan grandes que parecía que ésta era capaz de explicar casi todo y que aquello que no podía explicar, pues, era cuestión de esperar: había la seguridad que, con el paso del tiempo, alguien propondría una teoría sobre el renuente asunto en los términos, métodos y normas que la física dictaba y defendía. Sin embargo, hubo algunos hechos experimentales que, al ser tratados con la física de entonces, conducían a resultados insostenibles: radiación de cuerpo negro, efecto fotoeléctrico y otros.
Para salvar el desastre a que conducía la física clásica al tratar de explicar el espectro de radiación térmica de un cuerpo negro a una determinada temperatura, en 1900, Max Planck propuso que la energía sólo podía emitirse o absorberse en paquetes discretos de una unidad fundamental: el cuanto. Esta proposición marcaría el inicio de lo que se conoce como mecánica o física cuántica.
La física cuántica se fue gestando por agregación, no fue el resultado de una sola mente privilegiada o de una estrategia conducente por un camino seguro. Fue el trabajo de muchas mentes geniales abocadas a tratar de explicar el comportamiento de la Naturaleza a nivel microscópico lo que condujo al estado actual de esta teoría.
Con respecto a la mecánica cuántica debemos hacer una digresión insoslayable ya que sus principios e implicaciones se han difundido entre los no especializados de una forma inapropiada. Un aspecto que ha sido malinterpretado, deformado y ajustado convenientemente a intereses particulares es el llamado Principio de incertidumbre [indeterminación] de Heisenberg. (1)
El principio de indeterminación de Heisenberg establece que no podemos medir simultáneamente con precisión arbitraria dos cantidades cuyas magnitudes multiplicadas den dimensiones de acción. El nombre de este principio es, por decir lo menos, desafortunado. No es un principio en el sentido axiomático del término sino una consecuencia de los postulados de la mecánica cuántica, concretamente, del postulado que específica que toda variable física dinámica —observable— debe ser representada por un operador lineal matemático. En Álgebra matricial, el álgebra propia de los observables, el orden de los factores sí altera el producto, por tanto, si A y B son observables, el producto AB no tiene que ser necesariamente igual al producto BA. En el caso particular de la posición R y del momentum lineal P obtenemos la siguiente relación:
Comúnmente se interpreta que el principio de indeterminación de Heinsenberg señala el fin de la física clásica determinista con el inicio de la física cuántica probabilista. Debemos señalar que éste es un error, debido en la gran mayoría de casos a la falta de pericia de los físicos a la hora de explicar las implicaciones de la mecánica cuántica. La interpretación de la función de onda que describe el estado del sistema en estudio como una onda de probabilidad se debe a Max Born y es parte de los postulados de la mecánica cuántica, además, la probabilidad ya existía en la física clásica, la Termodinámica de Boltzmann(2) es una teoría probabilista y, por supuesto, podemos hacer predicciones sobre la base de esta teoría, los éxitos de la Mecánica estadística así lo confirman.
Entonces, ¿Dónde está la diferencia entre mecánica clásica y mecánica cuántica? Radica, básicamente, en uno de sus postulados: los sistemas físicos se representan mediante funciones de estado y en estas funciones de estado está toda la información que requerimos sobre el sistema que describen.
Técnicamente, un sistema descrito por una función de estado es un estado puro(3), es decir, las relaciones de indeterminación se cumplen, no porque nos falte información del sistema sino, porque es una característica fundamental de la Naturaleza a la hora que construimos una teoría que nos brinda información sobre los sistemas físicos. Son las probabilidades de los estados puros las que se tienen que tratar como ondas, surgiendo de esta manera los términos de interferencia que tanto dolor de cabeza han causado a los físicos cuánticos y a los legos que han tratado de entender las profundas implicaciones de esta forma de ver el Mundo(4).
Está demás decir que a pesar de las limitaciones que nos impone la Naturaleza a través del principio de indeterminación de Heisenberg, la mecánica cuántica es una teoría que, además de ser explicativa, tiene una poderosa capacidad de predicción, así lo demuestran los innumerables dispositivos que inundan el mercado.
Por tanto, la indeterminación cuántica no es un aval para afirmar que la Ciencia ha caído en la incertidumbre y de allí inferir –no sin malicia– que si la poderosa ciencia galileana ha devenido en una disciplina ramplona sometida a los designios del azar, entonces ¡qué podemos esperar del resto de las llamadas ―ciencias del espíritu‖!
El principio de indeterminación de Heisenberg debe entenderse en su verdadera dimensión: es una expresión matemática que establece las relaciones que hay entre ciertas cantidades físicas dentro del ámbito estrictamente microscópico y cuando no es posible soslayar el tratamiento que la mecánica cuántica exige para los sistemas físicos.
Notas
(1) La palabra que usó originalmente Heisenberg fue Unbestimmtheisrelation. Fue traducida al Inglés como Uncertainty principle y al Español, como Principio de incertidumbre. Ambas traducciones son equívocas, en Inglés, uncertainty se usa para designar algo que nadie puede predecir o garantizar; en Español, incertidumbre tiene el significado de falta de certidumbre, duda o perplejidad. Primero, el Principio de incertidumbre no es un principio sino, tal como en Alemán se expresa, una relación, relación entre las desviaciones estándar de dos cantidades cuyos productos dan dimensiones de energía tiempo, es decir, acción. Segundo, es preferible usar la palabra indeterminación y no incertidumbre, ya que la intención original de Heisenberg fue mostrar que si reducimos el error de una de las variables implicadas en su relación de indeterminación, la otra variable tiende a un estado indeterminado.
(2) Durante la década de 1870, el físico austriaco Ludwig Boltzmann, en una serie de ensayos, demostró que los fenómenos macroscópicos se pueden explicar examinando estadísticamente las propiedades de sus componentes microscópicos, que, en principio, están presentes en gran número (del orden del número de Avogadro) y que al no ser posible conocer “todo” sobre el sistema, no nos queda más remedio que tratarlo estadísticamente.
(3) Los sistemas clásicos, a los que estamos acostumbrados, y de los cuales siempre tenemos una información limitada, son técnicamente hablando, estados mezcla.
(4) La famosa paradoja del Gato de Schrödinger se basa en la propagación del estado cuántico puro del átomo radiactivo al sistema macroscópico gato-contador geiger-dispositivo liberador de veneno.
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