Sigue "bardo" entre Bohr y Einstein (Parte II)

Ciencia y Educacion 03.05.2014 a las 18:28 hs 1207 1

LA POLÉMICA BOHR-EINSTEIN PARTE II

Cita:
El debate Bohr Einstein es un nombre popular dado a una serie de disputas públicas entre Albert Einstein y Niels Bohr acerca de la física cuántica. Sus "debates" son muy recordados debido a su importancia en la filosofía de la ciencia. El sentido y significación de estos debates son escasamente comprendidos, pero su gran importancia fue tenida en cuenta por el propio Bohr y escrita en su artículo "Discusiones con Einstein sobre los Problemas Epistemológicos en la Física Atómica" publicados en un volumen dedicado a Einstein.

LAS PROPIEDADES ESTADÍSTICAS

Pero las propiedades extrañas de los objetos cuánticos aún no se han agotado. Veamos otra, también de primera importancia. La onda que introdujeran De Broglie, Einstein y Schrödinger para describir los electrones nos permite hacer predicciones sobre su comportamiento estadístico, pero no predecir con detalle cómo se va a comportar cada electrón. Veamos esto más de cerca con un ejemplo. Supongamos que resolvemos un problema cuántico, es decir que determinamos la onda que lo caracteriza (a la que se le llama función de onda) y que esta onda resulta muy grande en ciertas regiones A, B, C..., del espacio, pero despreciable en los otros lugares. Si ahora hacemos el correspondiente experimento, encontraremos que hay muchos electrones en las regiones A, B, C... ., y ninguno en otra parte; es más: notaremos que donde la onda es de mayor amplitud hay más electrones y menos donde la amplitud es menor. Así descubriremos pronto (como en su día lo hizo Born) que la probabilidad de que los electrones lleguen a una región dada está determinada por el cuadrado de la amplitud que tiene la onda en esa región del espacio.

Cita:
Pero ahora nos hacemos una pregunta no menos interesante, ¿qué pasa si lanzo un solo electrón? ¿A dónde va a parar? El punto está en que la mecánica cuántica sólo me permite hacer una predicción probabilística. Si hago el mismo experimento una y otra vez y coloco detectores apropiados en las distintas regiones del espacio para saber a cual de ellas llega el electrón en cada ocasión, notaré que a veces llega a A, a veces a B, otras a C, etc., llegando más frecuentemente a la región que tenga mayor probabilidad, menos a la de menor probabilidad, y así sucesivamente. Y aunque las respectivas probabilidades las puedo calcular correctamente, ellas no me permiten decir en el caso de que lance un electrón adónde exactamente va a ir a parar. La teoría describe eventos individuales sólo en el sentido estadístico que acabamos de exponer.

LAS PROPIEDADES INDETERMINISTAS

Y ahora algo aún más sorprendente. Retornamos a la serie de experimentos del párrafo anterior, y observamos que en cada ocasión el electrón cae en otro punto. Pero, ¿acaso los experimentos no eran exactamente iguales? Entonces ¿no que el resultado debía ser también exactamente el mismo? Cuidado: la afirmación de que en condiciones iguales se obtienen resultados iguales es válida en la física clásica, pero no en la cuántica. Estamos en presencia de lo que convencionalmente se llama el indeterminismo de los sistemas cuánticos. En palabras llanas, esto lo podemos expresar como sigue. Si en condiciones dadas un electrón —o cualquier sistema cuántico— puede responder produciendo diversos resultados, en cada caso particular dará uno de ellos en forma totalmente impredecible y azarosa. Lo más que podemos determinar es con que probabilidad hará una u otra cosa, pero no si hará eso o aquello. Un ejemplo adicional ayudará seguramente a precisar mejor las ideas. Pensemos en un átomo radiactivo; la mecánica cuántica nos permite calcular su vida media, pero no nos permite predecir en qué momento preciso se producirá el decaimiento, pese a que sí es posible determinar experimentalmente este momento, por ejemplo, mediante un detector Geiger; además, observamos que diversos núcleos iguales decaen en momentos diferentes. Queda un poco el sabor de que el sistema cuántico posee su dosis personal de libre albedrío.

Esta peculiaridad cuántica está a la raíz de una característica de la teoría que mencionamos antes: en la mecánica cuántica, concepto de trayectoria no existe. La razón es la siguiente: las propiedades de los sistemas cuánticos no están en general bien definidas, por lo que usualmente pueden tomar cualquier valor concreto de entre muchos posibles (hemos visto que esto ocurre controlado por las leyes del azar). Podemos, si así lo deseamos, ingeniarnos para fijar el valor de cualquiera de estas cantidades, por ejemplo la posición, o la velocidad, etc., según nos convenga, y esto define el estado del sistema. Sin embargo, no es posible fijar todas las propiedades simultáneamente en ningún sistema cuántico. Más aún: también sucede que cada vez que fijamos una cantidad, impedimos con ello que otras queden fijas. Por ejemplo, si procedemos para fijar la posición de un electrón, con esto su velocidad queda totalmente indeterminada, y viceversa. Esto es lo que se conoce comúnmente con el nombre de principio de indeterminación (otros lo llaman principio de incertidumbre) y en su forma básica fue establecido por Heisenberg y se le considera uno de los principios centrales de la mecánica cuántica.

Regresemos ahora al asunto de las trayectorias. La trayectoria recorrida por un cuerpo no es sino una lista de la velocidad conque se mueve en cada punto. Pero precisamente la posibilidad de hacer esta lista es lo que nos prohibe el principio de Heisenberg, pues si conocemos con precisión la posición no conocemos la velocidad, y viceversa. Luego, no podemos definir ninguna trayectoria. La mecánica cuántica usual interpreta esto diciendo que la partícula no sigue ninguna trayectoria. El criterio filosófico que está a la base de esta afirmación es que sólo tiene existencia real lo que se observa. Nótese que este criterio es ajeno a la física clásica, la que no pone en duda la existencia de la cara oculta de la Luna.

LA INTERVENCIÓN DEL OBSERVADOR

El lector avispado replicará de inmediato mostrando una fotografía de una cámara de burbujas atravesada por partículas; ahí se ven claramente dibujadas las trayectorias que siguieron los electrones y protones, etc., dentro de la cámara. No sólo sí hay trayectorias, sino hasta las podemos fotografiar, dirá. Pues sí, contestará un físico ortodoxo, pero otra vez está argumentando en forma clásica, no cuántica. Lo que pasa es lo siguiente: técnicamente hablando, en el momento en que se toma la fotografía se está haciendo una medición en el sistema. Pero todo sistema cuántico es perturbado por cualquier medición y cambia con ello su estado. En cada caso particular, la medición fuerza a que se defina una de entre todas las posibles velocidades, y ello da lugar a la trayectoria que se observa. Pero antes de hacer la medición —es decir, antes de tomar la fotografía— tal trayectoria no existía —a lo más existía potencialmente, como una entre millones—.

Esto nos recuerda algo que ya discutimos: el observador puede libremente escoger que el electrón se comporte como onda o como corpúsculo, simplemente cambiando la pregunta que hace: el electrón responderá apropiadamente. Es más, de acuerdo a la interpretación usual de la teoría no existe una barrera bien definida entre observador y sistema observado, por lo que la separación entre estas dos partes de la realidad es arbitraria y en ocasiones indebida. La presencia del observador afecta al sistema y es inseparable de la descripción, por lo que no es posible, en principio, hablar de propiedades definidas de un sistema que no es observado. Si no observo al sistema, todas las posibilidades coexisten; si lo observo, una de ellas se realiza, con lo que cambia su estado.