Einstein, la teoría cuántica y la batalla por la realidad

¿La física en el mundo ha sido secuestrada por una filosofía de tradición antirrealista?

Albert Einstein

La teoría de Einstein dijo que la luz de las estrellas debería curvarse cuando pasa junto a un objeto enorme porque su gravedad deforma la estructura del espacio-tiempo.

EFE

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abril 12 de 2019 - 08:33 p.m.
2019-04-12

“Creo que puedo decir con certeza que nadie entiende la mecánica cuántica”. Así dijo en broma el fallecido gran físico Richard Feynman en 1960, y sus palabras tienen la misma vitalidad actualmente.

La explicación según la mecánica cuántica de cómo funciona el universo al nivel atómico ofende la intuición. El gato de Schrödinger, el desafortunado minino atrapado en una caja con un átomo radioactivo cuya impredecible descomposición liberará un gas venenoso, está simultáneamente vivo y muerto hasta que abrimos la caja para ver. Una partícula no tiene una posición definida hasta que la medimos, su ubicación precisa no se encuentra ni aquí ni allí, pues depende de las probabilidades.

(El cerebro de Einstein bajo el microscopio). 

Aguarda un minuto. Mirar, medir: ¿nuestras acciones realmente producen alguna diferencia? ¿No está ese pobre felino vivo o muerto antes de que abramos la caja? ¿Seguramente el mundo se comporta independientemente de la percepción que tenemos de él? Así pensaba Albert Einstein: defendía el realismo, según el cual el universo se puede entender y describir sin tener en cuenta nuestras interacciones con él.

Su némesis era el físico y antirrealista Niels Bohr, quien argumentó que semejante imagen objetiva no es posible, sólo un lienzo superpuesto que muestra lo que podemos observar y medir.

El antirrealismo triunfó. La mecánica cuántica promovida por Bohr, que relega la realidad a una irrelevancia, es la imagen predominante de la naturaleza a escala atómica y subatómica. Debería derrocarse, según Lee Smolin, junto con el pensamiento “mágico” que la acompaña.

(Newton, más importante que Einstein en el mundo). 


Smolin, una figura destacada en la lucha por restablecer el realismo como el fundamento de la ciencia, insiste en que éste es el momento adecuado para tomar las armas. “La ciencia está bajo ataque”, escribe en Einstein’s Unfinished Revolution (La revolución inconclusa de Einstein), “y con ella la creencia en un mundo real en el que los hechos son verdaderos o falsos. Cuando la física fundamental es secuestrada por una filosofía antirrealista, estamos en peligro”.

El riesgo, advierte, es la capitulación del proyecto del realismo de siglos de antigüedad, “que no es más que el ajuste, poco a poco, conforme progresa el conocimiento, del límite entre nuestro conocimiento de la realidad y el reino de la fantasía”.

Smolin ofrece una exposición magistral sobre el estado de la física cuántica, combinando sin problemas una historia del campo con explicaciones claras, un contexto filosófico y una introducción accesible a nuevas ideas. Su narrativa sobre cómo dos perspectivas opuestas sobre el comportamiento cuántico se convirtieron en la ortodoxia contraintuitiva de Bohr, es fascinante.

Einstein dio el pistoletazo de arranque al abogar por la idea de que la luz podía mostrar las propiedades tanto de una partícula, que ocupa una ubicación definida, como de una onda, que es más difusa. En 1905, cuando tenía solo 26 años y trabajaba como empleado de patentes, demostró que la luz reflejada sobre el metal podía liberar electrones. Había descubierto lo que llegó a conocerse como el efecto fotoeléctrico, demostrando que la luz venía en pequeños paquetes o fotones. El descubrimiento le valdría un premio Nobel en 1921.

Niels Bohr descubrió que la teoría de la luz de Einstein podía aplicarse útilmente a los átomos. Un joven aristócrata parisino llamado Louis de Broglie ofreció un análisis crítico: si la luz podía ser tanto una onda como una partícula, ¿podría la misma extraña dualidad ocurrir con los electrones y otra materia?

En 1925, Erwin Schrödinger, profesor de la Universidad de Zúrich, se enteró de la tesis de De Broglie y se la llevó a unas vacaciones en las montañas. En unos días, había inventado las ecuaciones relevantes.

Bohr comprendió que todos estos avances se estaban fusionando en una teoría llena de probabilidades desconcertantes, un alejamiento de los resultados familiares y deterministas de la física clásica. Pero la nueva teoría de la mecánica cuántica parecía funcionar, si no intuitivamente, al menos matemáticamente. Bohr aprovechó su momento, escribe Smolin, “anunciando el nacimiento no sólo de una nueva física, sino de una nueva filosofía. Había llegado el momento para el antirrealismo radical y Bohr estaba listo para esto”.

Dado que el instituto de Bohr en Dinamarca fue el semillero de estas ideas, la filosofía se conoció como la interpretación de Copenhague. Cuando el teórico alemán Werner Heisenberg llegó a la misma formulación de la mecánica cuántica a través de una ruta distinta, Bohr quedó aún más reivindicado. Incluso aunque Einstein se plegó ante el dominio danés, el realismo nunca murió del todo. Más tarde, De Broglie fue el precursor de una idea llamada teoría de la onda piloto, según la cual la partícula es guiada por una onda ‘piloto’. Fue redescubierta en la década de 1950 y todavía tiene sus seguidores.

En el último medio siglo se han originado otras ideas novedosas, como la gravedad cuántica de bucles, de la cual Smolin es uno de los principales investigadores. Pero él y sus colegas no se hacen ilusiones sobre el desafío monumental que se avecina: la necesidad de inventar una nueva física, como lo hicieron Einstein y otros.

“Así que quizás todo depende de un estudiante brillante en algún lugar, muy arrogante, como lo fue el joven Einstein, pero con un talento tan intenso que pueda absorber lo esencial de todo lo que hemos hecho, antes de echarlo a un lado y comenzar de nuevo con confianza”, dijo.

Si parece que Einstein es el hombre del momento, es porque 2019 marca el centenario de la prueba más espectacular de sus poderes: el esfuerzo por confirmar su teoría de la relatividad utilizando el eclipse solar total de 1919. Este experimento es el tema de No Shadow of a Doubt (Sin sombra de duda), de Daniel Kennefick de la Universidad de Arkansas.

Einstein había calculado que la luz de las estrellas debería curvarse cuando pasa junto a un objeto enorme - por ejemplo, el sol - porque la gravedad del objeto deforma la estructura del espacio-tiempo. El eclipse solar del 29 de mayo de 1919 brindaba una rara oportunidad para probar su predicción. Los científicos británicos aprovecharon la oportunidad y planearon expediciones a dos lugares, la Isla de Príncipe en el Golfo de Guinea y Sobral en Brasil.

Cuando la luna pasa frente al sol durante un eclipse, bloquea la luz del disco solar y convierte el día en noche. El apagón temporal permite que se vean las estrellas alrededor del borde del sol (así como la corona del sol similar a un halo). Al comparar las verdaderas ubicaciones de las estrellas con sus ubicaciones aparentes durante el apagón, los científicos pudieron deducir si el sol realmente estaba desviando la luz de las estrellas.

Kennefick reúne una emocionante combinación de ingredientes en una historia densa pero gratificante: el descaro de Einstein; el encanto, la suerte y el sentido de aventura de la persecución del eclipse; la audacia de planear un experimento tan exigente durante la Primera Guerra Mundial y llevarlo a cabo durante el caótico período de posguerra.

Un intento previo de confirmar la relatividad terminó mal: Los rusos arrestaron a los científicos alemanes que observaban el eclipse de 1914 en Crimea bajo cargos de
espionaje.

La guerra también ensombreció el eclipse de 1919. La planificación recayó en dos astrónomos: Sir Arthur Eddington, director del Observatorio de Cambridge, y Sir Frank Dyson, Astrónomo Real. Eddington, un objetor de conciencia cuáquero, enfrentaba la cárcel hasta que su universidad hizo un conmovedor llamamiento a la junta de reclutamiento, alegando que después de las muertes del primer y segundo ayudantes del observatorio, nadie más en Cambridge sabía cómo rastrear un eclipse.

La escasez de naves civiles también planteaba dificultades para despachar el equipo necesario. Pero las expediciones de alguna manera se hicieron a la mar, el sol brillaba por lo general, y se garantizaron las observaciones necesarias.

¡Y qué tremendas observaciones fueron! En noviembre de 1919, seis meses después del eclipse, Eddington y Dyson revelaron que habían confirmado la predicción de Einstein. Fue una sensación a nivel mundial. “Las luces se tuercen en el firmamento”, decía el New York Times.

La confirmación incluso influyó en la cultura de la ciencia: La disposición de Einstein a someter sus ideas a la investigación experimental persuadió al filósofo Karl Popper a desarrollar la ‘falsabilidad’ como la prueba de fuego de la verdad científica.

Kennefick disecciona el escepticismo que desde entonces ha envuelto este histórico experimento. Señala que después de la guerra la mayoría de los científicos alemanes enfrentaron el ostracismo. ¿Eddington y Dyson planearon probar la relatividad en un intento para unir a los científicos y al mundo? ¿Mostraron parcialidad al rechazar algunos datos? El hecho de que tanto Eddington como Dyson eran expertos en el uso de la publicidad también parece haber debilitado sus reputaciones, de forma injustificada, según la opinión de Kennefick. “Es un error creer que la verdad no necesita defensor”, escribe. Él cree que el experimento de 1919 logró su único objetivo: demostrar si Einstein tenía razón o no.

Y no es que este gran hombre necesitara de tal afirmación. Cuando se le preguntó qué habría hecho si los resultados hubieran sido menos favorecedores, Einstein declaró: “Entonces yo habría sentido lástima por el buen Señor. La teoría está correcta”.

Entonces, guardemos nuestra lástima para Mileva Maric, quien se describe en Einstein’s Wife (la esposa de Einstein), una nueva biografía de forma selectiva (él se casó dos veces). La intelectual serbia, una de las primeras estudiantes de ciencias en Europa, conoció a Albert en 1896 en el Politécnico de Zúrich, donde ambos estudiaron matemáticas y física.

Un compañero de estudios describió a Mileva como “una chica muy buena, inteligente y seria, es pequeña, frágil, oscura, fea; cojea un poco, pero tiene muy buenos modales”. Albert, varios años más joven, quedó cautivado; él la llamaba Dollie y ella lo llamaba Johnnie. Sus familias no aprobaron la relación. Mileva quedó embarazada. Una hija, Lieserl, nació fuera del matrimonio, pero, sorprendentemente, su destino sigue siendo desconocido. Las cartas que quedan apuntan a que Lieserl murió de fiebre escarlata o fue dada en adopción.

Sin embargo, ésta no es la pregunta que este libro, del profesor de física jubilado Allen Esterson y el historiador de la ciencia David C Cassidy, se propone responder. En su lugar, ¿fue Mileva, como han especulado los biógrafos anteriores, una colaboradora no acreditada de la investigación de Einstein?

Los informes de la escuela y la universidad sugieren que ella era brillante pero no de forma preternatural. Durante los períodos que pasaron separados, él escribía con entusiasmo sus ideas, pero en sus respuestas, ella no las profundizaba. Tras un meticuloso análisis de cartas, entrevistas, chismes, informes de segunda mano, traducciones y más traducciones, los autores no quedaron convencidos del mito de Mileva.

En cambio, lo que surgió fue el retrato de una joven capaz pero frustrada que no alcanzó su pleno potencial como científica, “ni se dio cuenta de sus esperanzas y sueños en el matrimonio y en la vida”. Para 1919, el año del eclipse, Einstein se había divorciado de Mileva para casarse con su prima hermana Elsa. Recientemente salieron a la luz cartas sugiriendo que Einstein tenía intenciones con una de las hijas de Elsa.

En cambio, esta biografía de la primera esposa olvidada de Einstein brinda una acusación inquietante de que Albert era un compañero distante y, en última instancia, desleal: un esposo cuántico que no estaba aquí ni allá; un visionario que vio la luz de las estrellas en el universo, pero no la oscuridad cerca de su casa.

Anjana Ahuja

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