NIELS BOHR (I)

Dinamarca es uno de los países más pequeños de Europa, unos cuarenta mil kilómetros cuadrados (algo así como Aragón) y una población en torno a los seis millones de habitantes. Al estar rodeada por mares (Norte y Báltico) su clima, aunque frío por supuesto, no es tan riguroso como podría esperarse.
Pero culturalmente, socialmente y políticamente, es un gran pueblo. De cultura vikinga y escandinava, fue la cuna de escritores como Hans Christian Andersen, cuyos cuentos alcanzarían fama mundial, del filósofo existencialista SØren Kierkegaard, y de Karen Blixen – Baronessen Blixen-Finecke por casamiento – que firmó sus obras con el seudónimo de Isak Dinesen. Entre los científicos daneses más famosos, destacan el astrónomo Tycho Brahe, y los físicos Hans Christian Ørsted – cuyos trabajos sobre la relación, entre la electricidad y el magnetismo, le convirtieron en uno de los padres del electromagnetismo – y Ludvig Valentin Lorenz, conocido internacionalmente, por sus estudios sobre óptica, electricidad y termodinámica. Y en esta lista hemos de incluir, por supuesto, a Niels Henrik David Bohr, uno de los daneses más influyentes, en la historia del siglo XX.
Niels Bohr nació el 7 de octubre de 1885, en una mansión neoclásica del centro de Copenhague, que su abuelo materno D. B. Adler (fundador del Banco Comercial de Copenhague) financiero judío con una gran fortuna, había comprado unos diez años antes. Su padre, Christian Bohr, era catedrático de fisiología en la Universidad de Copenhague, de la que llegaría a ser rector, siguiendo así, la tradición académica establecida, por diversas generaciones de Bohr en el siglo XIX. Christian Frederick (1773-1832) fue miembro de la Academia de Ciencias de Suecia y Noruega. Peter Georg, bisabuelo de Niels, fue lector de teología, en varias instituciones escandinavas. Y Henrik Georg Christian, su abuelo, fue catedrático y rector del Instituto Westenske de Copenhague. Todos estos datos, nos permiten situar al joven Niels, en una familia acomodada e intelectual, en la Copenhague de finales del XIX.

Niels Bohr con sus hijos.
El que está junto a él es Aage,
Premio Nobel de Física en 1975

De hecho, su madre Ellen Adler, una mujer hermosa a juzgar por las fotos, pertenece a la primera generación de jóvenes danesas, a las que se permitió estudiar en la universidad, si bien con condiciones, pues se establecía que todas las jóvenes matriculadas, debían disponer de un tutor personal, que las ayudara en la “ardua tarea de los estudios universitarios”. Así fue como Ellen, conoció al profesor de fisiología Christian Bohr, quien acabó convirtiéndose en su marido.
Niels fue el segundo hijo de este matrimonio. Dos años antes había nacido su hermana Jenny quien, siguiendo los pasos de su madre, recibió formación universitaria en Copenhague y Oxford. Aunque por causa de su temperamento nervioso, su salud le impidió en ocasiones, ejercer su profesión y pasión como profesora. Dos años después de Niels, nació su hermano Harald. Ya desde pequeños, se estableció entre los dos hermanos, una relación de profunda amistad, cuya intensidad se mantuvo intacta toda la vida. Harald se convirtió en un brillante matemático – catedrático en la Universidad de Copenhague – y en mejor futbolista que su hermano, llegando a formar parte del equipo danés, en los Juegos Olímpicos de 1908 celebrados en Londres, que perdió la final ante Inglaterra.
Niels Bohr, realmente no es un personaje de ficción, aunque muchos momentos de su vida fueran épicos. No sólo transformó profundamente, el panorama científico de su país, sino que cambió radicalmente, nuestra manera de entender el átomo e, incluso, la misma idea de ciencia.
Danés – como Hamlet – Bohr debió repetirse muchas veces el famoso “ser o no ser”: cuando se enfrentó con los electrones y sus órbitas, y tuvo que introducir la “constante de Planck”, para explicar la estructura del átomo; cuando decidió convertir Copenhague, en el centro de la física teórica de su tiempo, a pesar de las magníficas ofertas, que le hicieron desde otros países; cuando puso en jaque, la idea habitual de que la ciencia nos da un conocimiento de la realidad tal y como es en sí misma; cuando se enfrentó a Albert Einstein, en la polémica sobre la causalidad en física; cuando vio que muchos de su compañeros y amigos, eran víctimas de la persecución racial y política de los nazis; cuando primero colaboró en la construcción de la bomba atómica, y luego fue un activista del desarme nuclear…

Ellen Adler, con sus tres hijos,
Jenny, Niels y Harald

Niels Bohr, fue uno de los físicos más influyentes y completos, de la primera mitad del siglo XX, sino el que más. Aunque no es nada fácil comparar genios de tal envergadura, muchos – entre ellos yo modestamente – consideran que su importancia, es mayor incluso, que la ejercida por Einstein. Y es que, mientras el físico alemán, fue el prototipo del científico aislado – y algo histriónico para mi gusto - cuyas ideas revolucionaron la electrodinámica, la gravitación y la cosmología, el danés trabajó siempre en equipo, rodeado de gente, creando una escuela de discípulos a su alrededor.
Estudiando la biografía de Bohr y sus aportaciones científicas, comprendemos mejor que nuestra actual comprensión del átomo, no implica sencillamente un “descubrimiento” mágico, una aislada idea brillante, o un simple experimento sin precedentes, sino que va de la mano, de una transformación radical, de los límites del conocimiento humano. De hecho, el conocimiento del átomo se logró, gracias a poner límites sobre lo que significa, el concepto de “conocer” en ciencia.
Bohr pudo entender mejor el comportamiento de las partículas subatómicas, gracias a que dejó de hacerse las preguntas habituales, de los físicos que le precedieron. Esas preguntas, pasaban por intentar explicar todo lo que sucede en la naturaleza, partiendo de un modelo mecánico, imaginando el mundo como una gran fábrica, llena de muelles y poleas, fuerzas y tensiones. Esta tradición se remontaba a los tiempos de Descartes y Newton, y había dado, sí, importantes frutos durante más de dos siglos. Pero la física atómica y la física nuclear, pusieron en evidencia, los límites de este modelo epistemológico. Y Bohr se atrevió a cambiarlo.

Harald Bohr,
extraordinario matemático

Estas premisas de carácter filosófico, evidencian que muchos de los grandes cambios en la historia de la ciencia, no se pueden explicar como un simple progreso lineal y necesario de la misma, sino que están íntimamente relacionados, con las transformaciones conceptuales, sobre que es y como actúa la ciencia. Por eso, cuando Bohr en 1913, propuso su modelo para el átomo, muchos no lo aceptaron, porque su modelo no era propiamente “ciencia”, en el sentido habitual, que esta palabra tenía entonces.
El átomo, cuya raíz griega implica simplicidad e indestructibilidad, se tornó en un sistema de partículas subatómicas. Y abandonó su carácter de pieza fundamental de la materia, para convertirse él mismo, en un sistema complejo. La noción de partícula fundamental, sufrió cambios radicales, durante el reinado de Bohr. Y la mecánica cuántica, pronto forzó el abandono del carácter “elemental”, de las partículas elementales. La nueva física mantenía palabras antiguas, es cierto, pero transformaba radicalmente su significado.
Pues eso.

(continuará)

Palma. Ca’n Pastilla a 24 de Julio del 2020.

EMPIRISMO Y LIBRE INVENCIÓN DE CONCEPTOS

Para comprender el largo debate, entre indeterminación y causalidad, mantenido por Heisenberg y Einstein, que no cesó sino a la muerte del último, nos ayudará tener presente que el empirismo, además de ser un concepto filosófico, es también la actitud que la mayoría de los científicos, consideran inseparable de su trabajo. Es, por lo menos, la de quienes ponen su énfasis en la observación, y sienten un aprecio menor por la especulación teórica, sometiéndola, de modo firme, al contraste con los datos experimentales.
En mi modesta opinión de simple aficionado, una cosa es que el juez último de un trabajo científico, sea la comparación de las predicciones teóricas con los experimentos, y otra distinta, y puede que más radical, la de que todos los elementos de las teorías, se refieran siempre y necesariamente, a cantidades observables. Podemos observar el contraste cotidiano entre estas dos exigencias, en la tensión que suele establecerse, entre teóricos y experimentadores. Los primeros no sienten empacho alguno, en usar representaciones abstractas, muy alejadas de toda imagen intuitiva. Los segundos suelen sentirse incómodos, con todo lo que no sea susceptible de medida inmediata en un laboratorio.

Albert Einstein

Quizá la manifestación más famosa de empirismo, sea aquella de Newton: “Hypotheses non fingo” (No invento hipótesis). En su juventud Einstein, había dedicado mucha atención al empirismo y al positivismo, estudiando al detalle el “Ensayo sobre el entendimiento humano” de David Hume. Lo que a Einstein parecía interesarle, especialmente, era conocer el mundo y, singularmente, saber si de la observación de los fenómenos, es posible deducir las relaciones de causalidad, que los unen.
El joven Einstein concedió mucha importancia a la obra de Hume (a mi también hace tiempo que me interesa mucho) ya que para éste es imposible, deducir las relaciones de causalidad, desde la simple observación de los fenómenos. Einstein pensaba que si en la física clásica, sí fue posible conocer las leyes objetivas del movimiento, un empirismo radical no podía ya mantenerse en su época. Ello lo deducía de una característica, cada vez más patente en la física moderna: el objeto está cada vez más lejos de nuestra intuición. En 1932, el propio Einstein escribió: “Sabemos ahora que la ciencia, no puede surgir únicamente de lo empírico, que es necesario usar la libre invención de conceptos, que sólo a posteriori puede confrontarse con la experiencia (estas afirmaciones le causarían problemas más tarde, cuando se opuso a la física cuántica). “Este hecho – proseguía Einstein – pudo escapar a las generaciones anteriores, pues cuanto más primitivo es el estado de una ciencia, tanto más fácil es para el científico, vivir la ilusión de que es puro empirismo”.
En su manera de trabajar, Einstein depositaba una enorme confianza en la mente humana. En un conferencia en Oxford en 1933, titulada “Sobre el método de la física teórica”, llegó a afirmar: “Es mi convicción, que la construcción matemática pura, permite descubrir los conceptos y las leyes que los vinculan, lo que nos da la clave, para entender los fenómenos de la naturaleza”. Esta es la libre invención de conceptos, a la que él daba tanta importancia, y que nos muestra a Einstein como un racionalista, en la más pura tradición germánica.
Pero si el empirismo colocó a Einstein en el buen punto de partida, para crear incluso su relatividad especial, necesitó recurrir a conceptos libremente inventados, para llegara a la relatividad general, seguramente su obra más personal. Mientras que había una base experimental para la “relatividad especial”, que estaba ya en el aire, a punto de ser descubierta por algún otro, la “relatividad general” es obra personalísima de Albert Einstein. Creada por él en la más pura tradición racionalista e, incluso, pitagórica. La libre invención de conceptos, llevo a una teoría totalmente contraria a nuestra intuición, pero maravillosamente ajustada, a los datos experimentales.

Para entender bien a Einstein, sería bueno recordar, que uno de los más importantes conceptos libremente inventados, es sin duda el del “átomo”. El positivismo se opuso furiosamente a él, a finales del siglo XIX. Tanto que su obsesión por utilizar exclusivamente, magnitudes directamente observables, planteo un serio obstáculo, que retrasó el establecimiento definitivo, de la hipótesis atómica. Tuvieron que pasar muchos siglos, tras su propuesta por Demócrito, para su aceptación general. De hecho, los átomos no se observaron directamente, hasta los años setenta del siglo XX.
Lo mismo que el átomo, el concepto de electrón fue libremente inventado. Se considera que fue descubierto por el inglés J.J. Thomson en 1897, al estudiar los rayos catódicos.
Es menos conocido que al mismo tiempo que Thomson, el alemán Walther Kauffmann, realizó los mismos experimentos, con la diferencia que los hizo mejor: su valor del cociente de la carga de la masa, era más exacto. Pero, desde su posición de positivista y radicalmente empirista, no pensó jamás que había descubierto una partícula. Se limitó a describir sus resultados sin interpretarlos, no quiso establecer ninguna hipótesis. Thomson si lo hizo, sin sentirse incómodo en modo alguno, por hablar de cosas que no había podido observar directamente. Por ello consiguió un lugar en la historia y un premio Nobel.
Pues eso.

Palma. Ca’n Pastilla a 30 de Mayo del 2020.

HERÁCLITO

Quizá mi griego preferido desde que me topé, hace años mil, con su metáfora del río. “En los mismos ríos entramos y no entramos, [pues] somos y no somos [los mismos]”. En Diels-Kranz, Fragmente der Vorsokratiker, 22 B12.
De Heráclito, que tuvo su época culminante en el 500 a. de C. poco de se sabe de su vida, excepto que era un ciudadano aristocrático de Éfeso. Y, ante todo, fue famoso en la antigüedad clásica, por su doctrina que decía que todo se halla en un estado fluyente. Hay que tener presente que Heráclito, aunque jonio, no pertenecía a la tradición científica de los de Mileto. Francis Macdonal Cornford, el filólogo inglés, lo pone de relieve con razón: Heráclito es frecuentemente mal interpretado, asimilándole a otros jonios. Era un místico, pero de una clase especial. Consideraba el fuego como sustancia fundamental.
La metafísica de Heráclito es lo suficientemente dinámica, como para satisfacer al más inquieto de los modernos. “Este mundo, que es el mismo para todos, no está hecho ni por los dioses ni por los hombres, sino que fue siempre, es ahora y siempre será, un fuego sempiterno, con unidades que se encienden y otras que se apagan”. En un mundo semejante, se puede esperar un cambio perpetuo, que es lo que creía Heráclito.

Mantenía otra teoría, que le era más esencial aún, que la idea de corriente perpetua: era la teoría de la mezcla de cosas opuestas. Decía Heráclito: “Los hombres no saben, como la discordia está de acuerdo consigo. Es una armonía de tensiones opuestas, como el arco y la lira”. Hay unidad en el mundo, pero esta unidad es el resultado de diversidades. “Lo uno está hecho de todas las cosas, y todas las cosas proceden de lo uno”.
Sin embargo, no habría unidad si no existieran antagonismos que combinar: “Lo opuesto es bueno para nosotros”. Esta doctrina contiene el germen de la filosofía de Hegel que, como sabemos, procede por una síntesis de contrarios. La metafísica de Heráclito, como la de Anaximandro, está dominada por una concepción de justicia cósmica, que impide que la lucha de elementos opuestos, termine jamás en la completa victoria de unos.
La doctrina de que todo se halla en un estado fluyente, es la idea más famosa de Heráclito, y la más ensalzada por sus discípulos, como la vemos descrita en el “Teetetes” de Platón. En donde, un tanto erróneamente, la traduce como “No se puede pisar dos veces en el mismo río, porque las aguas nuevas siempre están fluyendo encima de ti”. Cuando, según los expertos, la traducción más correcta sería: “Pisamos, y no pisamos en el mismo río, somos y no somos”.
Pero como quiera que sea, Platón y Aristóteles concuerdan en que Heráclito enseñó que “nada es nunca, todo está haciéndose” (Platón), y que “nada es constante” (Aristóteles). La búsqueda de algo permanente, es uno de los instintos más profundos, que lleva a los hombres a la filosofía. La religión busca la permanencia en dos formas: en Dios y en la inmortalidad. Y muchas desgracias, pueden llevar de modo probable a los hombres, a volver a las formas antiguas superterrenas: si la vida sobre la Tierra trae consigo la desesperación, solamente en el cielo se puede buscar la paz. De ahí proviene, según Bertrand Russell, la doctrina de la inmortalidad que arraigó entre los judíos. Habían creído que la virtud sería recompensada aquí en la Tierra, pero la persecución que cayó sobre los más virtuosos, decretada por el rey seleucida Antioco IV, que estaba determinado a helenizar todos sus dominios, puso de manifiesto que no era así. A fin de salvaguardar la justicia divina, por lo tanto, fue necesario creer en recompensas y castigos futuros, en el otro mundo.

Heráclito

Heráclito mismo, a pesar de su creencia en el cambio, pareció tener necesidad de admitir algo duradero. En su filosofía el fuego central nunca se apaga: el mundo “fue siempre, es ahora y será siempre, un fuego de vida eterna”. Pero si intelectualmente lo miramos bien, el fuego varía continuamente, y su permanencia es más bien la de un proceso que la de una sustancia. Aunque sería arriesgado por nuestra parte, atribuir esta idea al propio Heráclito. La ciencia, como la filosofía, ha intentado evadirse de la doctrina del flujo perpetuo, encontrando un substrato permanente, en medio de los fenómenos cambiantes. La química parecía cumplir este deseo. Se supuso que los átomos eran indestructibles, y que todo cambio en el mundo físico, consiste meramente en una nueva disposición de elementos persistentes. Esta idea predominó hasta que el descubrimiento de la radioactividad, hizo ver que los átomos podían desintegrarse.
Sin darse por vencidos, los físicos inventaron unidades nuevas, más pequeñas, que llamaron electrones y protones, de los cuales se componen los átomos, y durante años se supuso que estas nuevas unidades, poseían la indestructibilidad antes atribuida a los átomos. Desgraciadamente parecía que los protones y electrones podían chocar y estallar, formando no una sustancia nueva, sino una onda de energía, que se extiende por el universo con la velocidad de la luz. La energía tenia que sustituir a la sustancia, respecto a la permanencia. Pero la energía, distinta a la sustancia, no representa el refinamiento de la noción vulgar de una “cosa”, es meramente una característica de procesos físicos. Puede arbitrariamente, identificarse con el fuego de Heráclito, pero se trata de la acción de arder, no de lo que arde. “Lo que arde” ha desaparecido de la física moderna.
La doctrina del fluir perpetuo, tal como la enseñó Heráclito, es dolorosa, y la ciencia, como hemos visto, no logra refutarla. Una de las principales ambiciones de los filósofos, ha sido revivir esperanzas que la ciencia parecía haber matado. Por lo tanto, los filósofos han buscado con gran ahínco, algo que no esté sometido al imperio del tiempo. Búsqueda que se inició ya con Parménides. Los físicos modernos son partidarios de Heráclito contra Parménides. Pero lo fueron de Parménides, hasta que llegaron Einstein y la teoría de los cuantos.

Veamos finalmente la crítica de la doctrina de Heráclito. Muy pronto se la llevó al extremo, de acuerdo con la práctica de sus discípulos, entre los brillantes jóvenes de Éfeso. Una cosa puede cambiar de dos maneras, por locomoción y por cambio de cualidad, y la doctrina de la fluencia afirma que todo cambia siempre en ambos aspectos. (En la doctrina que examina Platón, hay cambio de cualidad y de lugar, pero no de sustancia. Y a este respecto, la física moderna de los cuantos, va más allá que los discípulos más extremos de Heráclito en tiempos de Platón. Éste lo hubiera considerado fatal para la ciencia, pero no ha resultado así). Y no sólo todo sufre siempre “un” cambio cualitativo, sino que todo cambia siempre “todas” sus cualidades, así, al menos se nos dice, pensaban los inteligentes de Éfeso. Esto tiene malas consecuencias. No podemos decir “esto es blanco”, porque si era blanco cuando empezamos a hablar, ya no lo será cuando terminemos la frase.
Lo que viene a ser el argumento mencionado es que, cualquiera que sea la cosa que pueda estar en perpetua fluencia, los significados de las palabras deben fijarse, al menos una vez, puesto que de otra manera no se determina ningún aserto, y ninguno es más verdadero que falso. Debe haber “algo” más o menos constante, si el discurso y la ciencia han de ser posible. Russell creía que esto debía admitirse. Pero, añadía, una gran parte de fluencia es compatible con esta admisión.
Pues esto.

Palma. Ca’n Pastilla a 20 de Abril del 2018.