LA CRISIS DE LA FÍSICA CLÁSICA: OTRA FORMA DE VER EL MUNDO (I)

¡No se puede conocer a alguien a la luz de la

justicia y a la luz del amor al mismo tiempo!

Bohr

Aquella tarde Heisenberg no pudo "resistir más la presión a que lo sometía Bohr y rompió a llorar"; probablemente por su mente pasarían las imágenes, no tan lejanas en el tiempo, de un Schrödinger enfermo perseguido por el implacable danés. El motivo de la discusión, dura y muy desagradable, no era otro que la interpretación de lo que luego pasaría a denominarse Principio de Indeterminación.

El origen inmediato de la disputa había que buscarlo en el desafío que, para los cuánticos de la escuela de Bohr, había supuesto la formulación de la Mecánica Ondulatoria de Schrödinger y la prueba de equivalencia matemática entre este formalismo y el de la Mecánica de Matrices; y las razones de su carácter violento, en la importancia del asunto que estaba en juego: la naturaleza de lo real, la conformación de una "radical y nueva manera de ver el mundo".

Antes de que pasemos a exponer al lector los contrapuestos puntos de vista sostenidos por Heisenberg y Bohr, quizás convendría ponerlo en antecedentes sobre algunos de los hechos más significativos, tanto de esta accidentada y extraña historia de "los cuantos" como de la época en la que se gestó un cambio radical en ciencia, –del que la discusión que relatamos formó parte.

ANTECEDENTES

Los inicios del siglo XX contemplaron cómo Max Planck, un afamado físico al que no cabe catalogar como rupturista, se veía obligado a introducir una suposición de consecuencias imprevisibles (los intercambios energéticos entre materia y radiación se producen en "cuantos", en paquetes discretos) a fin de obtener una expresión matemática mediante la que se diera cuenta de la forma de la curva de radiación espectral del"cuerpo negro". Poco después, en 1905, un oscuro funcionario de una oficina de patentes en Berna, de nombre Albert Einstein, publicaba tres artículos de contenido variado ( movimiento browniano, efecto fotoeléctrico y teoría especial de la Relatividad) pero de enorme influencia en el desarrollo posterior de la Física.

Todo ello ocurría sobre un trasfondo de inquietud socio política que repercutía en todos los aspectos oe la actividad humana y que, sin duda, anunciaba una nueva época.

En 1902 un revolucionario profesional, Vladimir Ilich Ulyanov "Lenin" publicaba un libro de título "¿Qué hacer?", en el que teorizaba sobre la necesidad de crear un partido que se convirtiera en la "vanguardia del proletariado".

En 1905 estallaba en Rusia una revolución que, aunque fallida, mostraba claramente la inestabilidad de un orden que hacía aguas por todas partes.

En 1911 el físico neozelandés Ernest Rutherford, después del análisis de los experimentos de deflexión de partículas a de velocidades elevadas por láminas delgadas de oro, dió a la luz su modelo nuclear y planetario para el átomo. Atraido por la efervescencia y la actividad científica del Cavendish Laboratory llega a Cambridge el danés Niels Bohr quien en tres artículos publicados los años 1913, 1914 Y 1915 en la Philosofical Magazine introduce en un sustrato clásico, de modo audaz, hipótesis de cuantificación en el átomo a fin de "dar cuenta" del misterioso comportamiento de las líneas espectrales. Sonmerfeld generaliza, durante los años 1915 y 16, el modelo de Bohr para el átomo de Hidrógeno extendiendo las condiciones de cuantificación a sistemas periódicos con más grados de libertad y dando cuenta así de la estructura fina de las líneas espectrales. La "vieja mecánica cuántica" está prácticamente concluida  (la distinción básica entre la "vieja mecánica cuántica" y las nuevas ideas que introducirá Heisenberg hay que buscarla en la transición desde modelos mecánicos del átomo, –aunque sean simbólicos–, a observables de laboratorio como fundamento de la teoría).

 .

En 1914 se inicia la La Guerra Mundial y una profunda oleada de nacionalismo anega Europa. Las organizaciones socialistas se alinean con sus respectivos gobiernos a pesar de sus previas proclamas internacionalistas y antiimperialistas.

Lenin clama por la constitución de una Tercera Internacional que declare "muerta la Segunda, traidores a los socialistas pertenecientes a ella" y propone como tarea inmediata de los verdaderos revolucionarios "la transformación de la guerra imperialista en guerra civil". En 1917 explica, en El imperialismo, fase superior del capitalismo, su punto de vista sobre el carácter y las causas de la Gran Guerra, las razones del abandono del internacionalismo por los socialistas y el modo en cómo acabar con aquélla por medio de la revolución. Revolución que estalla en Rusia en Octubre de ese mismo año y que acaba con el zarismo.

En 1918 tiene lugar la disolución de la monarquía de los Hausburgo y el desmembramiento del imperio austro-húngaro, la flota alemana se niega a zarpar de Kiel, los marineros enarbolan e izan banderas rojas y se extienden por todo el país los consejos de trabajadores y soldados. El Kaiser abdica y huye a  Holanda, el 9 de noviembre los ministros socialdemócratas proclaman la República, se constituye un nuevo gobierno y el 11 del mismo mes se firma el armisticio que, ratificado posteriormente, en Junio de 1919, en el Tratado de Versalles, impone duras compensaciones a los países derrotados. Los brotes revolucionarios son sofocados con dureza (Rosa Luxenburgo y Karl Liebknecht son asesinados en Alemania en enero de 1919) y se fomenta la contrarrevolución y la guerra civil en una Rusia sometida a cerco. El miedo al socialismo se extiende por toda Europa, las masas adquieren protagonismo creciente y el "orden burgués" se ve amenazado.

Todo parece posible y todo parece acabado como bien describe el libro de Joseph Roth "La marcha de Radetzky":  "En aquel entonces, antes de la Gran Guerra,... no era aún indiferente que alguien muriera o viviera. No se encontraba fácilmente un sustituto para el que desaparecía del mundo de los vivos, ni se olvidaba al muerto para ocupar su lugar, sino que durante mucho tiempo se hacía notar el vacío por él dejado, y tanto los inmediatos como los lejanos testigos de su muerte, enmudecían al advertirlo... Todo cuanto crecía necesitaba mucho tiempo para terminarse; todo cuanto desaparecía necesitaba mucho tiempo para ser olvidado, Cuando una vez había existido, dejaba siempre rastros de su presencia, y se vivía de recuerdos, de la misma manera que en los tiempos actuales se vive de la facultad de olvidar".

No es extraño pues que se produzca una eclosión total en casi todos los ámbitos y que esta época aparezca simultáneamente como el crisol de las vanguardias más rupturistas y de los movimientos políticos más reaccionarios, que en ella coexista la ciencia más audaz y creativa con las más variadas y diversas pseudociencias y que se proclame al mismo tiempo, desde el ámbito de la filosofía, su propia reconstrucción "al modo de la ciencia" o, por el contrario, su despliegue como negación de ésta.

Parecía llegado el momento de pasar revista a un entramado de valores, conceptos, etc., en suma, a una cultura (de la que la ciencia forma parte esencial) que, incapaz de culminar expectativas, había arrojado a los pueblos a la barbarie y que ya no era de "estos tiempos".

Después de apuntado, en forma sumaria, el "tono de la época", vamos a restringir, aún más, nuestro análisis al campo de la ciencia y a rastrear en qué medida y por qué razones (o sinrazones) se cuestionó de un modo radical el modelo clásico de ciencia. Nuestro estudio será esencialmente "internalista" aunque admitamos la posible influencia, en el discurso, las interpretaciones, etc., de la ciencia física, de todo lo que Forman denomina "el ambiente intelectual de la época de Weimar: antirracionalista, de exaltación de la lebensphilosophie (filosofía de la vida) y de rechazo del positivismo, mecanicismo y materialismo encarnados en la noción de causalidad".  

La influencia del libro de Spengler "La decadencia de Occidente", donde, desde una concepción cuasi biológica de "las épocas culturales", se proclama la consunción y la vejez de la nuestra, resulta paradigmática – "Uno también está cansado de tener solamente interrelaciones de causa y efecto demostradas una y otra vez de acuerdo a los métodos de conocimiento racionales, y cansado de efectuar tales demostraciones uno mismo; soy de la opinión de que en la humanidad y en la vida existe mucho más que un aparato de causalidad mecánica. Uno se ha cansado de conocer y está sediento de vivir”–.

LA VISIÓN CLÁSICA DEL MUNDO

Hasta el advenimiento de la Teoría de la Relatividad y la Física Cuántica, la visión mecánica de Newton complementada con la teoría del campo electromagnética de Faraday-Maxwell dominaba – pese a críticas más o menos atinadas pero puntuales– el escenario de la ciencia física y mediante su amalgama se "explicaba el mundo real".

Los presupuestos sobre los que descansaba esta visión del mundo podrían resumirse del modo siguiente:

 

1.- La materia, que es discontinua en su estructura, se mueve a través del espacio según las leyes estrictas de la mecánica.

2.- Todas las diferencias aparentemente cualitativas de la naturaleza se deben a las diferencias de configuración o movimiento de estas unidades básicas o de sus agregados.

3.- Todos los cambios aparentemente cualitativos son meramente efectos superficiales del desplazamiento de las unidades elementales o de sus agregados.

4.- Toda acción recíproca entre los corpúsculos básicos se debe exclusivamente a su impacto directo entendido éste si no entre cuerpos macroscópicos, al menos entre las partículas elementales del medio intermedio (el éter electromagnético de Maxwell es una de sus elaboraciones más sofisticadas pero sus antecedentes se remontan a Descartes entre otros). La acción a distancia es pues una simple figura de dicción De hecho, cuando el vínculo material directo entre los cuerpos distantes que actúan recíprocamente parecía estar ausente, la imaginación de los filósofos y los científicos lo proporcionó en forma de un agente mecánico intermedio que se compone de partículas demasiado sutiles para ser percibidas por los sentidos humanos.

5.- La variedad cualitativa, así como la transformación cualitativa, son adiciones psíquicas de la mente humana perceptora. No pertenecen, en consecuencia, a la naturaleza de las cosas.

Conviene hacer algunas precisiones sobre el conjunto de presupuestos anteriores a fin de aislar los conceptos y nociones esenciales que subyacen en lo que Millic Capek denomina, " por propia elección de la palabra", cuadro clásico a fin de remarcar su carácter pictórico. "Pregunta a tu imaginación si la quiere aceptar" afirmaba John Tyndall en su alocución de Liverpool a los físicos de la era victoriana como criterio fidedigno de las teorías científicas satisfactorias, o sea, pregúntate a tí mismo si puedes dibujar un cuadro mental del fenómeno en cuestión; recházalo si no se puede construir un diagrama visual, un modelo mecánico.

Encontramos en este cuadro clásico los conceptos de espacio, tiempo, materia, movimiento y causalidad y, aunque cada uno de ellos exigiría un tratado, vamos a intentar señalar de qué modo son concebidos en esta visión del mundo.

Añadiríamos además para completar el panorama, que en Física clásica existe, de acuerdo con el más elemental sentido común, un mundo objetivo "ahí fuera".

Un mundo que evoluciona de un modo claro y determinista, gobernado por leyes formuladas exactamente mediante ecuaciones diferenciales. La realidad física existe, pues, independientemente de nosotros mismos y el modo exacto de "ser" del mundo no está afectado por cómo decidimos observarlo. Nuestros cuerpos y nuestros cerebros van a ser ellos mismos parte de este mundo y están, por tanto, sometidos a evolución en términos de las mismas ecuaciones clásicas exactas y deterministas.

A) El concepto de espacio

Newton formulaba su noción de espacio en los siguientes términos: "El espacio absoluto, en su propia naturaleza, sin consideración hacia ninguna cosa externa, permanece siempre similar e inmóvil". Este concepto ya se hallaba prefigurado en el viejo atomismo de Leucipo y Demócrito donde se había establecido por primera vez la distinción explícita entre la materia definida como plenum o espacio ocupado en franco contraste con el vacío o espacio desocupado.

El Universo quedó configurado desde entonces, en términos de un recipiente inmutable e independiente y de un contenido físico, material, variable ("sólo existen los átomos y el vacío y aquellos se mueven en éste"). Nunca se enfatizará suficientemente el poder de la concepción atomista, su capacidad explicativa. Como bien dice Feynmann: "Si en algún cataclismo fuera destruido todo el conocimiento científico y solamente pasara una frase a la generación siguiente de criaturas. ¿qué enunciado contendría el máximo de información en el mínimo número de palabras? Yo creo que sería la hipótesis atómica: que todas las cosas están formadas por átomos,- pequeñas partículas que se mueven con movimiento perpetuo, atrayéndose unas a otras cuando están separadas por una pequeña distancia, pero repeliéndose cuando se las trata de apretar una contra otra".

El tema de la precedencia temporal y lógica del espacio sobre la materia aparece repetidamente en la reflexión de filósofos y poetas, la nada parece ser autosuficiente y autoafirmativa, en tanto que el Ser parece requerir una razón suficiente para su propia presencia. "...La existencia me parece como una conquista sobre la nada. Me digo que puede existir la nada, que realmente debe existir, y entonces sospecho que existe algo. O me imagino toda la realidad extendida sobre la nada como sobre una alfombra: al principio era la nada, y el ser fue sobreañadido después" escribirá Bergson en 1907. Paul Valery lo expresará de un modo poético: "Que l'universe n-est que un defaut dans la pureté du Non-Etre!" y Heidegger lo dramatizará mediante su aforismo existencial: ¿Por qué existe cualquier ser y no precisamente la nada?

El espacio atomista es homogéneo y de esta homogeneidad se derivan sus propiedades esenciales: independencia, inmutabilidad, infinidad, continuidad matemática, inacción causal. Toda heterogeneidad hay que buscarla en la materia que ocupa el espacio y que se desplaza en él. Al espacio sólo pertenecen las relaciones de yuxtaposición, o como Locke lo expresaba: el espacio es el principium individuationis, que nos permite distinguir dos sensaciones simultáneas cualitativamnete idénticas, dos objetos simultáneamente percibidos sólo pueden ser numericamente distintos si están en dos lugares diferentes". Todas las posiciones en el espacio son cualitativamente idénticas, su única distinción se debe a sus relaciones de yuxtaposición o coexistencia. Bergson lo expresará así: el espacio es lo que nos permite distinguir unas de otras un número de sensaciones idénticas y simultáneas, es así un principio de diferenciación distinto al de diferenciación cualitativa, y, por consiguiente, es una realidad sin ninguna cualidad  y Bertrand Russell de este modo: Todos los puntos son cualitativamente similares, y se distinguen por el mero hecho de estar situados unos fuera de otros.

Ya en ocasiones anteriores hemos argumentado en favor de la relación entre este espacio físico atomista y el espacio abstracto de la geometría griega (el espacio de Euclides), por lo que aquí nos limitamos a recordar que, pese a la aceptación del espacio heterogéneo de Aristóteles como el espacio de lo físico (impelidos sin duda por la necesidad de explicar el orden en términos de finalidad, de diseño), siempre que se matematizó el mundo natural (en Astronomía con Aristarco, en Mecánica con Arquímedes, etc.) se trató el espacio físico "al modo atomista".

Esta argumentación, que podría ser discutible en el ámbito de la ciencia griega, resulta incontrovertible cuando nos referimos a la ciencia de Newton: la geometrización y aritmetización del espacio físico resulta ser una consecuencia lógica de la algebrización de la geometría que Descartes y Fermat materializaron en el siglo XVII. Existe una identificación indiscutible entre el espacio euclídeo y el espacio del mundo de los procesos físicos. La geometría de Euclides y la mecánica de Newton se basan ámbas en hábitos profundamente arraigados de la imaginación y el pensamiento cuya fuerza es mucho mayor de lo que generalmente nos hallamos dispuestos a reconocer. 

A Kant le impresionaba tanto esta fuerza que la consideraba como manifestación de la estructura a priori inmutable de la mente humana; Herbert Spencer, a pesar de su epistemología radicalmente distinta, coincidía finalmente con Kant, al menos en cuanto a la inmutabilidad de la estructura intelectual de Newton y Euclides. Esta estructura sería, según Spencer, el resultado final y definitivo de un largo proceso de ajuste en el que el mundo externo creó, por decirlo así, su réplica exacta en la mente humana en forma de la imagen de la naturaleza que contemplaban Euclides y Newton... : la ciencia clásica era considerada como ajuste final y completo de las facultades cognoscitivas humanas al orden objetivo de las cosas.

Identificación que sólo más tarde se volverá problemática cuando se descubran las geometrías no-euclídeas y se suscite la cuestión de cual, de los ahora diversos espacios matemáticos, corresponde al espacio real de la física.

B) El concepto de tiempo

También podemos utilizar la formulación newtoniona como eje de nuestra reflexión sobre la idea de tiempo en la física clásica: "El tiempo verdadero y matemático absoluto, de por sí y por su propia naturaleza, fluye uniformemente, sin consideración a ninguna cosa externa. También se llama duración. El tiempo rela tivo, aparente y vulgar es cierta sensible y externa medida del tiempo absoluto, estimadt? por los movimientos de los cuerpos, ya exacta o desigual, y comúnmente se utiliza en vez del tiempo verdadero (tal como una hora, un día, un mes, etc.)".

El tiempo, al igual que sucedía con el espacio en otra forma, fluye, cambie o nó alguna cosa; los cambios están en el tiempo pero no son el tiempo. Si la relación esencial del espacio era la yuxtaposición, la relación básica en el tiempo es la sucesión. Es ésta relación de sucesión la que hace posible distinguir dos estados cualitativamente idénticos de una sóla e idéntica entidad. Se trata pues, al igual que el espacio, de un principio de diferenciación de un género distinto al cualitativo.

La homogeneidad del tiempo, conectada con el flujo uniforme, implica para éste unas propiedades de tipo similar a las que ya hemos comentado en relación a la homogeneidad del espacio: independencia, infinidad, continuidad matemática e inacción causal.

El tiempo, al igual que el espacio es recipiente de toda la materia, es receptáculo de todos los cambios e incluso, como señaló Whitehead, "el tiempo es receptáculo no sólo del material físico variable sino también del propio espacio". El espacio no es realmente intemporal y más que hablar de un espacio que subsiste ajeno al tiempo tenemos que hablar de una serie infinita de espacios instantáneos sucesivos que, aunque cualitativamente idénticos, aún difieren por sus posiciones en el curso universal e inexorable del tiempo.

C) El concepto de materia

Desde los lejanos tiempos de Leucipo y Demócrito la noción de materia se nos representa como negación de la Nada y a sus elementos constitutivos, los átomos, les atribuimos la propiedad esencial de "llenar espacio". Éste ser "espacio lleno" los dota de propiedades de impenetrabilidad, indestructibilidad, rigidez y homogeneidad.

La historia de la "hipótesis atómica" muestra como una y otra vez la negación práctica de alguna de las propiedades antes enumeradas en los, hasta ese momento considerados, elementos últimos, obligó a buscar en un nivel más profundo unidades más pequeñas y básicas en las que esos rasgos esenciales volvieran a recuperarse.

Se aceptaba lo que ha venido a denominarse "el tema de Gulliver": "De esta manera, observan los naturalistas que una pulga tiene pequeñas pulgas que en ella hacen presa; y éstas tienen otras más pequeñas todavía que las pican, y así proceden ad infinitum"

Este atomismo "radical y esencial" adquirió su expresión más acabada, nó en el modelo de Dalton que contemplaba la existencia de átomos con propiedades cualitativamente diferentes, sino en la teoría del electrón que aparentemente consiguió reducir, en línea con los postulados del atomismo filosófico, casi todas las diferencias cualitativas de la naturaleza a diferencias de complejidad y agregación de los corpúsculos básicos homogéneos: los átomos de electricidad. A finales del siglo XIX e incluso a principios del XX se soñaba con cubrir, en un nivel más profundo (el de la omnímoda unidad del éter), los huecos que aún persistían en el cuadro mecánico del mundo: la dualidad de materia y electricidad, así como la doble polaridad (cargas + y -) de ésta. Este concepto de "éter" tiene también una larga historia en la que no vamos a detenernos. Mencionaremos aquí que, en nuestro contexto y bajo el ropaje del éter electromagnético de Maxwell, sirvió como medio que garantizaba la acción recíproca por contacto entre cuerpos distantes y que, en desarrollos posteriores o colaterales, se pretendió utilizarlo como sustrato desde el que sería explicable no sólo la acción recíproca entre los propios cuerpos sino también la propia individualidad de las partículas básicas.

D) El concepto de movimiento

Los viejos atomistas reconocieron que el movimiento no se podía derivar de la materia y tampoco del espacio o el tiempo (cuya inacción causal ya hemos mencionado) y, aunque estas ideas fueron reformuladas con posterioridad de un modo más elaborado, en su modelo prefiguraron, de un modo implícito, tanto la ley de conservación de la masa como la de conservación del movimiento al conceptuar a la materia y al movimiento como "cantidades sustanciales que se conservan a través del tiempo, mientras cambia su distribución espacial"

Leibniz lo expresaba así: "Puesto que el cuerpo no es nada más que materia y figura y puesto que la causa del movimiento no se puede comprender a base de materia o figura, la causa del movimiento debe estar necesariamente fuera del cuerpo" y Locke de este modo: "Supongamos eterno, grande o pequeño, cualquier paquete de materia; no lo encontraremos en sí capaz de producir nada... ; si no hubiese otro ser en el mundo, ¿no debe permanecer eternamente así, terrón muerto e inactivo? ¿Es posible concebir que puede añadir movimiento a sí mismo, siendo pura materia, o producir cualquier otra cosa? La materia, pues, por su propia fuerza no puede producir nada; el movimiento que tiene también debe proceder de la eternidad, o, si no, ser producido o añadido por algún ser más poderoso que la materia” .

La formulación explícita de estas leyes tuvo que esperar al siglo XVIII (Lavoisier y Huygens) y en ese largo camino se tuvo que destruir un prejuicio profundamente asentado -"el principio de conservación del lugar" íntimamente conectado con la falsa idea de que "todo movimiento necesita un motor"-, y sus tituirlo por la ley de inercia donde existe movimiento en ausencia de fuerza y en el que se le da sustancialidad a aquél.

Las leyes de conservación en sus diversas manifestaciones (momento, energía, masa, etc.) son variaciones de un mismo tema: "los sucesivos estados del Universo son simples redistribuciones espaciales de cantidades sustanciales que en conjunto son constantes". Estos estados sucesivos están, además, prefigurados en los estados anteriores y, dada la supuesta finitud de los elementos constitutivos del Universo, no sólo no está excluida la posibilidad de un retorno cíclico sino que tal retorno aparece como inexorable. 

Nietzche lo expresaba como queja agónica en su libro "La voluntad de poder": "... el Universo es un movimiento circular que ya se ha repetido un infinito número de veces, y que sigue su juego a través de toda la eternidad" y Poincaré extendía su certificación de validez mediante su Teorema de recurrencia en el espacio de fases: "un sistema mecánico (del tipo de los que concibe el modelo clásico que aquí comentamos) regresará, dado un tiempo suficientemente largo, a un estado que se halla infinitamente próximo a la configuración inicial".  

Todo parece escrito desde siempre, determinado, como muy bién sintetizó Laplace: "Una inteligencia que conociera, en un instante dado de tiempo, tanto las fuerzas que actúan en la naturaleza como las posiciones (y velocidades) de todas las cosas que existen en el Universo, sería capaz de abarcar en una sóla fónnula,-lo suficientemente potente como para someter todos los datos a análisis-, los movimientos de los cuerpos más grandes del Universo y los de los átomos más ligeros. Para ella nada resultaría incierto y tanto el pasado como el futuro estarían presentes ante sus ojos.