HEISENBERG. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE O INDETERMINACIÓN

He escrito un par de veces sobre este tema: en mi Blog el 30 de agosto del 2018 (https://senator42.blogspot.com/search/label/Heisemberg) y en mi muro de facebook el 15 de febrero del 2020 “Ciencia y Moral”. No soy científico ni mucho menos, pero me gusta estar enterado, hasta donde entiendo, de los principales conceptos de la ciencia.
Por otra parte, casi por naturaleza, soy muy contrario al determinismo. No me gusta en la Historia, en su forma de “historicismo”; ni en Filosofía, Sociología o Política, bajo las diversas versiones del marxismo; ni en Física, hasta donde alcanzo. Estimo que el mundo que nos rodea, para bien y para mal, es siempre incierto. Alguien escribió: “La aceptación de la incertidumbre, es un medio para resistir a la simplificación de la ignorancia”. Por eso el concepto de “incertidumbre”, como préstamo de la microfísica de Heinsenberg a las ciencias sociales, que resulta algo diferente de la duda, y adopta el sentimiento de ausencia de creencia dogmática o verdad evidente, siempre me ha parecido más que interesante.
Werner Heinsenberg como personaje, siempre me ha atraído. Y no sólo porque fuera también un apasionado montañero. Cuando publiqué mis primeros artículos sobre él y sus teorías, arriba ya mencionados, algunos se limitaron a descalificarle tildándole de nazi. Es lo de siempre: las óperas de Wagner las despreciamos, porque era un sucio antisemita; “Ser y tiempo” de Heidegger no tiene valor filosófico, porque estuvo afiliado al partido nazi. Descalificamos el valor intrínseco de la obra, por la ideología del autor. Un debate inacabable.
Pero es que en el caso de Heinsenberg además, por mucho que he investigado, no he conseguido encontrar prueba alguna, de su ideología nazi. Si era un patriota y un furibundo nacionalista, lo cual tampoco es que me encante. En 1935, por ejemplo, tenía que sustituir a Arnold Sommerfeld (su director de tesis) en la cátedra de la Universidad de Munich. Pero los nazis se opusieron, pues pretendían eliminar toda la teoría física “judaizante”, entre la que incluían la mecánica cuántica, especialidad de Heinsenberg. Si es cierto que, a pesar de esto, en 1938, aceptó dirigir el intento alemán de obtener la bomba atómica, lo cual sabemos no se consiguió. Hay un debate que no cesa, sobre porqué no lo consiguieron. Unos dicen que la causa fue, que el equipo de investigadores alemanes, había errado en su cálculo de la cantidad necesaria de Uranio-235, y de la masa crítica para sostener la reacción. Otros afirman que Heisenberg y otros científicos alemanes, como Max von Laue, siempre dijeron que por razones morales, no intentaron en serio, construir una bomba atómica, y que las circunstancias tampoco se dieron para hacerlo.

Albert Einstein

En fin, fuera como fuera, el caso es que en el verano de 1925, un joven de 23 años entusiasta del excursionismo, que había sido alumno de Niels Bohr en Copenhague, y luego de Max Born en Gotinga, había desarrollado otra aproximación a la mecánica cuántica. Como había hecho el propio Einstein en sus años de juventud, Werner Heisemberg partió de la base de la sentencia de Ernst Mach, de que las teorías debían evitar, cualquier concepto que no pudiera ser observado, medido o verificado. Para el joven Heisenberg, eso significaba evitar el concepto de las órbitas de electrones, dado que las mismas no podían observarse.
En lugar de ello se basó en un planteamiento matemático, que explicara algo que él si podía observar: las longitudes de onda, de las líneas espectrales de la radiación de esos electrones, cuando estas perdían energía. El resultado era tan complejo, que Heisenberg envió su artículo a Born, y se marchó de acampada, con otros miembros de su grupo excursionista, confiando en que su mentor lo descifrara. Y Born, efectivamente, lo hizo. Las fórmulas matemáticas implicaban, lo que hoy conocemos como “matrices”. Born las resolvió e hizo publicar el artículo. Heisenberg procedió luego, a perfeccionar una mecánica matricial, que más tarde se revelaría equivalente, a la mecánica ondulatoria de Schrödinger.
Einstein escribió cortésmente a Hedwig, la esposa de Born, diciéndole que “los conceptos de Heisenberg-Born nos dejan sin aliento”. Pero en otra carta, esta dirigida a Paul Ehrenfest (físico austriaco nacionalizado holandés) Einstein se mostraba más directo: “Heisenberg ha puesto un gran huevo cuántico. En Gotinga creen en ello. Yo no”.
Pero la aportación más famosa y perturbadora de Heisenberg, se produciría dos años más tarde, en 1927, y, para el público en general, constituye uno de los aspectos más conocidos y desconcertantes, de la física cuántica: “el principio de incertidumbre o indeterminación”.
Es imposible conocer – declararía Heisenberg – la “posición” exacta de una partícula (como un electrón en movimiento) y su “momento” exacto (esto es, su velocidad multiplicada por su masa) en un mismo instante. Cuanto más precisamente se mida la “posición” de la partícula, menos precisamente será posible, medir su “momento”. Y la fórmula matemática que describe esta disyuntiva, incorpora (de manera nada sorprendente) la “constante de Planck” (relación entre la energía y la frecuencia, que se denomina también «relación de Planck-Einstein»).
El propio acto de observar algo – de dejar que fotones o electrones, o cualquier otra partícula u onda de energía, toquen el objeto que empleamos para la investigación – afecta a la observación. Pero la teoría de Heisenberg iba más allá. Un electrón, decía, no tiene una posición o trayectoria definida, hasta que lo observamos. Se trata de una característica de nuestro universo, no simplemente de un defecto, de nuestra capacidad de observación o de medición.

Max Born

El “principio de incertidumbre” tan sencillo y, a la vez, tan asombroso, ha sido calificado por algunos científicos, “como una estaca clavada en el corazón de la física clásica”. En resumen, el principio afirma que no hay realidad objetiva, fuera de nuestras observaciones. Además, el principio de Heisenberg y otros aspectos de la mecánica cuántica, socavan la noción de que el universo obedece a leyes causales estrictas. El azar, la indeterminación y la probabilidad, pasaban a ocupar el lugar de la certeza. Einstein escribió a Heisenberg, oponiéndose a tales conceptos. Y éste le respondió abiertamente: “Creo que el indeterminismo, esto es, la invalidez de la causalidad rigurosa, es necesario”.
Cuando Heisenberg fue a Berlín a dar una conferencia, en 1926, pudo reunirse por primera vez con Einstein. Éste le invito a su casa una tarde, y allí ambos entablaron un amistoso debate:
- No podemos observar las órbitas de los electrones dentro del átomo – dijo Heisenberg -. Una buena teoría, debe basarse en magnitudes directamente observables.
- Pero ¿no creerá usted en serio, que sólo las magnitudes observables, deben formar parte de una teoría física? – protestó Einstein.
- ¿No es eso precisamente, lo que usted ha hecho con la relatividad? – preguntó Heisenberg, no sin cierta sorpresa.
Posiblemente empleé esa clase de razonamiento – admitió Einstein -, pero aún así es un sinsentido.
Einstein admitía así, estimo, que sus planteamientos, como poco habían evolucionado.
Einstein mantendría una conversación similar, con su amigo de Praga, Philipp Frank:
- Ha surgido una nueva moda en física – se quejaba Einstein – añadiendo que dicha moda, declaraba que ciertas cosas no podían observarse y, en consecuencia, no debían adscribirse a la realidad.
- ¡Pero si esa moda de la que hablas, la inventaste tu en 1905! – protestó Frank.
A lo que Einstein repuso:
- ¡Un buen chiste no debe repetirse demasiado!
Los avances teóricos, producidos a mediados de la década de 1920, configuraron, de la mano de Niels Bohr y sus colegas, incluido Heisenberg, lo que pasaría a conocerse, como “la interpretación de Copenhague” de la mecánica cuántica. No hay una única “realidad subyacente”, que sea independiente de nuestras observaciones. “Es erróneo creer que la tarea de la física, consiste en descubrir cómo es la naturaleza – declaró Bohr -. La física se ocupa de qué podemos decir nosotros, acerca de la naturaleza”.
Esta imposibilidad de conocer, una supuesta “realidad subyacente”, significaba que no había un determinismo estricto, en el sentido clásico.”Cuando uno desea calcular el “futuro” a partir del “presente”, sólo puede obtener resultados estadísticos – decía Heisenberg-, puesto que nunca pueden descubrirse, todos los detalles del presente”.
Einstein jamás se dejaría convencer, a pesar de que hubo repetidos experimentos, que demostraron la validez de la mecánica cuántica. Seguiría siendo un “realista”, cuyo credo se basaría en la creencia en una realidad objetiva, arraigada en la certeza, que existía independientemente de que nosotros pudiéramos observarla o no.

Niels Bohr

Con los años, Einstein se había adherido, cada vez más, al concepto de realismo, la creencia de que hay, según sus propias palabras, una “situación fáctica real que existe independientemente de nuestras observaciones”. Esta creencia era un aspecto de su malestar, frente al principio de incertidumbre de Heisenberg, y a otras tesis de la mecánica cuántica, que afirmaban que son las observaciones las que determinan las realidades.
Una vez establecido en Princeton, en el Instituto de Estudios Avanzados, Einstein empezó a perfeccionar un experimento mental. El artículo de cuatro páginas, resultante, publicado en mayo de 1953, y conocido como el “artículo EPR”, sería el más importante de los que escribiría Einstein, desde su traslado a Estados Unidos. “¿Puede considerarse completa la descripción de la realidad física, que da la mecánica cuántica?” se preguntaba ya en el título del artículo.
Cuando el artículo llegó a manos de Bohr, en Copenhague, éste se dio cuenta de que, una vez más, se veía obligado a desempeñar el papel de defensor de la mecánica cuántica, frente a un nuevo ataque de Einstein. Y respondió señalando, que el artículo EPR, no disipaba realmente el “principio de incertidumbre”, según el cual, no es posible conocer la posición y el momento precisos de una partícula, “en el mismo instante”.

Werner Heisenberg

Con todo, Einstein no dejo de conspirar, sobre el modo de echar por tierra la mecánica cuántica. “Yo no creo en ella”, declaraba Einstein abiertamente. Ridiculizaba como “espiritualista”, la noción de que pudiera existir una “fantasmagórica” acción a distancia. Y atacaba la idea de que no había realidad, fuera de nuestra capacidad para observar las cosas. “Esta orgía empapada de epistemología, debía quemarse”– decía. “Pero sin duda usted sonreirá y pensará que, después de todo, más de una puta joven se convierte en un beata vieja, y más de un joven revolucionario, se convierte en un viejo reaccionario”. Y en efecto, Schrödinger sí sonreía – le diría a Einstein en su respuesta – debido a que él mismo, había pasado de revolucionario a viejo reaccionario.
Einstein recibió en 1921 el Nobel de Física, pero curiosamente por sus trabajos sobre el “efecto fotoeléctrico”, y no por su Teoría de la relatividad. Murió el 18 de abril de 1955, sin aceptar jamás la física cuántica, y su principio de indeterminación o de Heisenberg. Sus cenizas se arrojaron al río Delaware.
Werner Karl Heisenberg, obtuvo el Nobel de Física en 1932, por sus trabajos sobre la “mecánica de matrices”, y no por su conocido Principio de incertidumbre. Murió en Munich en 1976.
Pues eso.

Palma. Ca’n Pastilla a 28 de Abril del 2020.