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“Reconstruir
el barco en alta mar” Rodolfo Gambini.
Muchos son los que en la actualidad consideran que si bien la física es un formalismo muy útil para hacer predicciones precisas y ejercer control sobre la naturaleza, poco tiene que decir acerca del mundo cuando se trata de aportar un conocimiento más profundo de la realidad. Las dificultades para basar alguna reflexión filosófica en la física se acentúan cuando se intenta tomar como punto de partida las teorías fundamentales desarrolladas a lo largo del siglo XX, que son muy abstractas desde el punto de vista matemático. Uno termina teniendo una estructura formal con ciertas reglas de correspondencia que le permiten sacar conclusiones empíricas, pero se tropieza con enormes obstáculos cuando intenta proporcionar imágenes. ¿Por qué resulta entonces tan difícil explicar la física en términos sencillos del lenguaje natural y hacerla accesible a cualquier persona culta? A mi entender hay dificultades de carácter científico y filosófico a superar. Por un lado, existen algunas teorías físicas como la mecánica cuántica que aún no han sido unívocamente interpretadas por los físicos. Es decir, no ha sido posible expresarlas haciendo uso de un lenguaje no matemático de modo de proporcionar una visión del mundo en que la consistencia de sus postulados resulte evidente. Es claro que estamos hablando de teorías matemáticamente consistentes, si no lo fueran serían simplemente inaceptables. Sin embargo, ocurre que si bien los postulados son lógicamente consistentes y dan cuenta de los hechos observados no logramos construir una imagen coherente del mundo a partir del ellos. Es decir, no tenemos una descripción donde resulte transparente el significado y consistencia de alguno de sus axiomas. Voy a volver luego sobre este punto para explicar por qué aparece esta dificultad para algunas teorías actuales, y como se ha resuelto para las teorías que las precedieron. Por otro lado, hay muchas teorías físicas del siglo XX, que son muy importantes como la relatividad especial o la relatividad general, que si bien no despiertan controversias entre los físicos en cuanto a su interpretación, no han sido cabalmente aprovechadas para renovar los conceptos y categorías filosóficas tradicionales. Aquí el problema es que nos hemos conformado con expresar el formalismo matemático en términos de conceptos básicos muy inadecuados. Usualmente se sostiene que ello se debe a que los fenómenos descritos por estas teorías están muy alejados del mundo de nuestra experiencia cotidiana y por consiguiente de los conceptos elaborados por nuestro lenguaje natural. Ello es correcto, pero más cierto aún es que los conceptos filosóficos tradicionales fueron derivados a partir de un proceso de abstracción en fases más primitivas del conocimiento humano que se remontan a Aristóteles. Si bien fueron ulteriormente modificados para incorporar la física newtoniana, resultan absolutamente inadecuados para explicar las teorías actuales. Por esa razón muchas veces confunden, e impiden que las teorías puedan ser incorporadas en esquemas explicativos más amplios, de carácter filosófico.
Las dificultades mencionadas además de tener graves consecuencias filosóficas afectan profundamente nuestra visión de la realidad. Las ciencias físicas, que son las que nos dan el conocimiento más preciso acerca del mundo, parecen haberse transformado en impotentes a la hora de contribuir a una comprensión universalizadora, que incluya al hombre junto al mundo físico.
Estas aparentes limitaciones han contribuido además a las incertidumbres propias de nuestros tiempos. Vivimos en una época de continuo cuestionamiento a los valores e ideas de la modernidad. Se cuestiona la racionalidad característica del iluminismo y se enfatizan las visiones relativistas, las perspectivas múltiples y parciales. Hemos ido descreyendo del discurso moderno acerca de la verdad y la certeza, de la universalidad del conocimiento, y de los sistemas. También consideramos superadas las narrativas históricas libertarias y revolucionarias que estuvieron en la base de tantos acontecimientos en los siglos precedentes. Este nuevo encare de los problemas de la filosofía, del arte y de la ciencia de nuestra época no resulta de una posición caprichosa de los pensadores contemporáneos o de pereza en la reflexión. El mismo ha acompañado en muchas ocasiones progresos reales en la comprensión de las capacidades y limitaciones humanas y la superación de posiciones que hoy ya no pueden ser retomadas en forma creíble.
Sin embargo, esta actitud es llevada en ocasiones a extremos y generalizaciones que traicionan justamente el valor de los avances logrados y convierten en absolutas las limitaciones tan difícilmente descubiertas. Limitaciones que deberían prevenirnos de aseveraciones demasiado contundentes aunque éstas adopten un cariz negativo. Es así que se niega en ocasiones a nuestra época la capacidad de sustituir una verdad superada por otra, un criterio de belleza por otro, un ideal de vida por otro. “La mente postmoderna parece condenarlo todo, sin proponer nada...Se pronuncia por una vida sin verdades, normas o ideales” [1]
Ni los pueblos primitivos ni las civilizaciones avanzadas pueden vivir sin cosmovisiones mínimamente compartidas. La ausencia de cosmovisiones coherentes, va penetrando en el entramado social y conduce a los hombres al conformismo, el aburrimiento, y la decadencia. Cada época reacciona ante los obstáculos y desafíos que encuentra en su desarrollo. Su reacción dependiente de sus creencias mas arraigadas, de sus esperanzas, temores y valores, determina su éxito o fracaso. Vivimos en tiempos que nos plantean grandes desafíos intelectuales, porque los puntos de vista tradicionales han colapsado. Depende de nosotros definir una nueva visión del mundo, que combine racionalidad con reverencia, ciencia con sentido o seguir siendo una época que se define negativamente como post-algo.
Con la pretensión de dar algún paso en esa dirección intentaré extraer algunas enseñanzas y revisar algunos conceptos filosóficos, en muchos casos implícitamente aceptados, partiendo de la física contemporánea. Se trata de objetivos parciales que no intentan desarrollar sistemas sino reconocer errores. Aún así son objetivos ambiciosos, porque las enseñanzas resultantes de la ciencia del siglo XX contradicen el sentido común y en muchos casos son sorprendentes y desconcertantes. Las dificultades enfrentadas por el pensamiento filosófico no tienen precedentes porque, para progresar, debe abandonar un conjunto de conceptos y suposiciones implícitas que han resultado muy exitosos por siglos, pero que hoy resultan inadecuados y nos han conducido a incertidumbres aparentemente insuperables. Es difícil, por consiguiente, que cualquier intento en ese sentido no se perciba como un retroceso o como un riesgo, pero en definitiva no parece existir otra posibilidad que “reconstruir el barco en alta mar” [2}
El rol de las interpretaciones de las teorías físicas.
Cuando uno se dispone a atacar un problema de cualquier índole: práctica científica o filosófica no puede librarse de las ideas preconcebidas y los prejuicios, no puede aislarlos, ellos forman parte de lo por lo general se llama el sentido común. Reaccionamos ante los problemas, a partir de ciertos conocimientos resultantes de nuestras experiencias, creencias o estudios anteriores. Se trata en muchos casos de conocimientos vagos, y a veces contradictorios. El sentido común incluye además en un todo más o menos coherente a nuestras heurísticas. Cuando juego al tenis, utilizo experiencias previas de fenómenos que son estudiados científicamente por la mecánica, o la mecánica de fluidos, pero que como tenista no he obtenido a partir de un estudio teórico. Es simplemente conocimiento empírico que no se integra en términos de enunciados explícitos que uno haya de alguna forma acumulado. Es incorporado a partir de imágenes, reacciones, relaciones kinestésicas que involucran a todos nuestros sentidos y al cuerpo.
El científico también asume como válidas, sin someterlas a una crítica exhaustiva, una serie de creencias: que sus sensaciones reproducen situaciones de hecho, que los reportes de otros físicos acerca de ciertas situaciones experimentales son confiables y que, por consiguiente, no es necesario someterlos a una verificación personal. Cree en el sistema de validaciones y garantías propio de su ciencia particular. Confía en la existencia de una realidad externa acerca de la cual reportan investigadores cuya credibilidad es “comprobada” por otros en condiciones de reproducir la misma situación experimental. El científico cree, como cree otro cualquiera, en una red de “evidencias” que depende de una serie de causas físicas, biológicas y psicológicas que trascienden su propia ciencia y no son puestas en cuestión. Más aún cree en el sano funcionamiento de una comunidad especial de seres humanos que cultivan su disciplina y que actúan veraz y objetivamente. La ciencia nos advierte, en muchas ocasiones, cuando fallan algunos de esos enunciados que damos por ciertos, pero las dificultades de interpretación de las teorías físicas actuales pueden provenir de inadecuaciones del sentido común demasiado arraigadas como para resultar reconocibles como erróneas únicamente a partir de los descubrimientos científicos. En ese sentido Bertrand Russell y con él la mayoría de los filósofos analíticos parecen ser excesivamente conservadores cuando esperan que sea inmediato reconocer los cambios de sentido común requeridos para entender las nuevas teorías físicas, mientras que Alfred North Whitehead representa la posición contraria y propone un cambio extremadamente radical en las categorías metafísicas, muchas veces sin una justificación suficiente, a los efectos de interpretar correctamente los conocimientos científicos.
El sentido común es dinámico, se ha desarrollado a lo largo de los siglos. Asuntos que resultaban de difícil asimilación en el pasado son hoy universalmente comprendidos. Galileo, por ejemplo, ridiculizaba a la gente que en su época se oponía a la idea de rotación terrestre haciendo uso de una noción absoluta de arriba y abajo con argumentos como el siguiente “Bueno, ¿cómo puede ser que la Tierra rote? Si yo estoy subiendo a una montaña y la Tierra rota, entonces llega un momento en que empiezo a bajar la montaña.” Razonando, de este modo, a partir de conceptos de arriba y abajo absolutos, externos, sin relación con la Tierra. Nociones que predominaban en el sentido común de la Edad Media y aún pervivían en la época de Galileo, y que han sido superadas completamente.
Las teorías científicas requieren interpretación cuando no es posible encontrar ninguna forma de expresar los conceptos fundamentales de la teoría dentro de los límites del sentido común establecido. La relevancia de las interpretaciones resulta de dos elementos. El fundamental es este: poner en evidencia la coherencia interna de las leyes y su capacidad de reproducir los hechos observados. Es lo que hace creíbles a las teorías científicas. Hace comprensible y natural a la teoría y abre por lo tanto las puertas al segundo. La interpretación nos proporciona un marco conceptual que puede aplicarse a campos de la experiencia que trascienden, en principio, a la Física y permite iluminarlos al descubrir en ellos la acción de sus leyes.
Voy a ilustrar cómo juegan estos dos elementos a partir de un ejemplo tomado de Galileo. El proceso de interpretación de la mecánica por Galileo ha sido discutido de manera brillante por Feyerabend [3]. Concentrémonos en el llamado argumento de la torre. Dicho argumento plantea objeciones a la idea de la rotación terrestre sustentada por Galileo. Él se sentía enormemente atraído por las ideas del heliocentrismo copernicano. Necesitaba, por consiguiente explicar la rotación de la esfera celeste a partir de la rotación de la Tierra, y explicarla además, en términos de movimiento relativo: la Tierra rota, por lo tanto vemos rotar a las estrellas en sentido opuesto. Comienza por atacar entonces cierto argumento utilizado en la época para refutar la posibilidad de rotación de la Tierra. El argumento dice así: “Los cuerpos pesados que caen desde una altura describen una línea recta y vertical hacia la superficie terrestre. Por consiguiente la Tierra no puede moverse. Porque si ésta tuviese un movimiento de rotación diurno, al dejar caer la piedra desde lo alto de una torre, transportada por el giro de la Tierra, habría viajado cientos de metros hacia el Este en el tiempo en que la piedra emplearía en su caída. Por lo que la piedra debería chocar con la Tierra en un punto que estuviese a esa distancia del pie de la torre.”
La gente de la época razonaba asumiendo la validez de la física de Aristóteles. Para Aristóteles, un cuerpo libre de fuerzas tiende al reposo. Entonces, cuando yo suelto la piedra ella tiende al reposo y la torre sigue girando, por lo que la piedra se queda atrás. Entonces uno no vería que la piedra cae verticalmente, la vería volar hacia el oeste a gran velocidad. Esa es la idea del argumento de la torre. El argumento aristotélico recurre a un hecho: las piedras caen verticalmente. Y da por supuesto lo que para el sentido común de la época era la forma dominante de pensar: el movimiento es absoluto, hay una noción de reposo absoluto, y los cuerpos tienden al reposo. De esas premisas el razonamiento aristotélico concluye que la rotación terrestre es imposible.
Por supuesto, Galileo no discute el hecho de que las piedras caigan verticalmente, lo que va a mostrar es que existe una interpretación diferente del hecho. El primer punto a rebatir es la idea del movimiento absoluto. Recurre a la experiencia y dice: “cuando viajan en un barco, y el barco se está moviendo, ¿acaso ustedes tienen que girar la cabeza para seguir el movimiento del mástil?” El barco se está moviendo, yo me muevo con el barco, no hay entonces ninguna percepción del movimiento.
Entonces agrega “Si el movimiento es relativo, no debo explicar por qué la rotación no se aprecia mientras la piedra no cae. Debo explicar qué ocurre en el momento en que suelto la piedra.” Y para ello utiliza otro principio de la nueva mecánica que es el principio de inercia. El principio de inercia establece que un cuerpo mantiene su estado de movimiento, es decir su velocidad. La piedra tenía una velocidad inicial igual a la velocidad de la rotación terrestre, y es esa velocidad, que se mantiene constante de acuerdo al principio de inercia, la que hace que la piedra caiga verticalmente en vez de moverse hacia atrás.
Así que él combina dos ideas nuevas: la de movimiento relativo y la de inercia, y logra dar una descripción nuevamente consistente de los mismos hechos. Lo notable es que los hechos admiten interpretaciones múltiples. Uno tiene que vestir los hechos con cierta estructura conceptual para explicarlos. La estructura inicial en principio parecía totalmente aceptable, Galileo proporciona una nueva estructura que salva los hechos pero ahora los hace consistentes con el principio inspirador de su mecánica que es el heliocentrismo copernicano. Con la nueva interpretación la Tierra puede rotar naturalmente, los planetas pueden girar alrededor del Sol. No existe más un punto central que permanece eternamente en reposo, tal noción carece de sentido, ya que, en virtud del principio de inercia, no es posible distinguir el reposo absoluto del movimiento uniforme con velocidad constante. De manera que las nociones mismas que están en la base de la cosmología aristotélica se vienen abajo con la nueva interpretación.
Vemos pues que Galileo se ha limitado a poner en evidencia la consistencia de los principios de la nueva mecánica: el principio de relatividad y el principio de inercia con la cosmología de Copérnico.* Lo notable es que Galileo parece haber desarrollado la mecánica buscando encontrar argumentos a favor de la visión heliocéntrica. En ese sentido resulta una vez más demostrado que el desarrollo de la interpretación acompaña y no sigue al desarrollo de la teoría física. La teoría no se concluye primero y luego es interpretada. Una interpretación incompleta es signo de una teoría física que probablemente también es incompleta.
Quisiera ahora hacer referencia al impacto que tuvo esta transformación conceptual sobre el pensamiento de su época. Un primer ejemplo que es consecuencia directa de esta interpretación es su impacto en el desarrollo de la cosmología moderna. El universo aristotélico estaba basado en un espacio físico limitado por la bóveda celeste, que posee un punto central donde se encuentra la Tierra. Existe un sistema de referencia en reposo absoluto cuyo origen puede ubicarse en ese punto. La nueva física, con el concepto de inercia destruye la idea de reposo absoluto. No hay forma de distinguir un sistema en reposo de uno en movimiento uniforme y los puntos del espacio son indistinguibles. No hay un punto privilegiado que pueda considerarse como centro fijo. Por otro lado se sustituye la idea de un espacio físico por la idea de un espacio geométrico, el espacio de Galileo es el espacio de la geometría de Euclides. Lo mismo vale para la física de Newton, es un espacio dado de una vez para siempre donde se mueven los objetos. El espacio de la mecánica es el espacio matemático, dice Newton.
Entonces, si el espacio es geométrico no tiene ningún sentido pensar en una bóveda celeste que limite el espacio.* Por eso, los principios de relatividad y de inercia condujeron a la aceptación progresiva de la idea de un Universo infinito. A tal punto, que esta idea comenzó a predominar poco después de Galileo, si bien demoró casi doscientos años en ser comprobada. En 1725, Bradley empezó a hacer mediciones de paralajes estelares con resultados negativos. Estaban demasiado lejos para las capacidades instrumentales de la época. Se siguieron haciendo mediciones sin éxito hasta que en 1838 se hicieron las primeras observaciones de paralajes estelares.
__________________________________________________________________ * Cosmología que el propio Copérnico no se atrevió a defender. Conservó su trabajo sin publicar hasta su muerte y se limitaba a considerarlo una forma alternativa y simplificada de entender el movimiento planetario, porque seguía pensando aristotélicamente y no había forma de entender el movimiento terrestre sin alterar el marco conceptual aristotélico,
* Si el espacio es físico, puede ser finito.Curiosamente con Einstein se vuelve a concebir al espacio como físico De hecho, la Relatividad dice que el espacio es curvo, pero carece de sentido pensar en el espacio en el cual esta inmerso y se curva. La Física se desarrolla en el interior del espacio y no en ese hiperespacio sobre el cual se curva.
A pesar de que se demoró más de un siglo en tener una comprobación experimental, pocos ponían en duda que el Universo fuera infinito, y menos aún pensaban que estuviese limitado por la bóveda celeste. Ya en 1750 Kant había propuesto la hipótesis cosmológica de que el sistema solar forma parte de una galaxia que contiene un enorme número de estrellas y que había muchas otras galaxias como la nuestra.
Pasemos ahora a las consecuencias de carácter filosófico que tuvo esta mecánica En el siglo XVII los descubrimientos científicos hacen evidente la quiebra del pensamiento aristotélico que había estado en la base de la escolástica medieval. Los fundamentos de la posición mecanicista fueron enunciados con notable claridad por el propio Galileo mucho antes de que las leyes deterministas de la dinámica fueran establecidas por Newton. Afirma Galileo que los conceptos básicos para comprender la materia son los de número espacio y tiempo y establece que “el libro del Universo esta escrito en el lenguaje de las matemáticas”[4] Establece, siguiendo a Demócrito, una distinción entre lo que después se llamarían las cualidades primarias intrínsecas al objeto, que incluyen los conceptos de espacio tiempo y numero, que acabamos de mencionar, y las secundarias asociadas a las sensaciones de color, olor, sabor o sonido que designan estados cambiantes de nuestra mente. Dice “Suprimamos mentalmente a los seres vivos y sus órganos y desaparecerán del mundo esas cualidades.”[5]
El diálogo que desde los tiempos de Agustín se había desarrollado entre la filosofía griega y el cristianismo incorpora entonces a un nuevo protagonista, las ciencias naturales, fundamentalmente la mecánica, ciencia del movimiento. De hecho, la decadencia de las autoridades tradicionales en materia de conocimiento, con el concomitante desarrollo de corrientes ateas y la creciente confianza en la autonomía de la razón, trasladaba a la filosofía la responsabilidad de responder a los embates del escepticismo y el ateismo. Descartes, fuertemente preocupado por el escepticismo creciente procura encontrar bases seguras para el conocimiento y construir sobre ellas su sistema filosófico. Su confianza en el nuevo método racional lo lleva a expresarle al decano de la Facultad de Teología de la Universidad de París: “He sido siempre de la opinión que dos cuestiones – aquellas relacionadas con Dios y el alma- están entre las principales que deben ser demostradas por la filosofía más que la teología.” A la metafísica le corresponde establecer la primacía de la razón y probar la existencia de Dios, y éste a su vez se convierte en la garantía de la existencia del mundo. Una vez establecidos estos fundamentos, el estudio del mundo se reduce a extraer las consecuencias de los principios de la mecánica. Así las dos bases sobre los que descansará su nuevo edificio conceptual serán la metafísica y la física. Al respecto establece que “…la totalidad de la filosofía es como un árbol, las raíces son la metafísica, el tronco la física y las ramas que salen del tronco las demás ciencias.” [6]
Descartes aplica los principios de la nueva física al ámbito más general posible. No sólo los planetas y los objetos inanimados obedecen las estrictas leyes deterministas de la mecánica, también las plantas y los animales son tratados en términos mecanicistas. La fisiología humana recibe un tratamiento similar y en ese sentido se aboca a la tarea de proponer distintos modelos mecánicos para funciones tales como la vista o el oído. Se mantiene en todo momento fiel a su concepción de la filosofía concebida como un árbol donde todas las otras ciencias crecen del tronco que es la física.
Sólo el ámbito de lo mental, será reservado, por intervención divina, al hombre, autor de esa proeza de la razón que es la nueva física, será excluido. Su confianza en el pensamiento racional, es absoluta. Las certezas se dan como “ideas claras y distintas” y su acuerdo con la realidad empírica esta garantizado por Dios. Así construye al mundo a partir de dos substancias con atributos distintos e irreconciliables: la sustancia corpórea y la sustancia mental. Entre los distintos atributos de cada sustancia hay uno que constituye su esencia sin el cual la sustancia deja de ser concebible, estando los demás referidos a él. Siguiendo una vez más a Galileo, da preeminencia a un atributo puramente matemático, la extensión, que es considerado como el atributo esencial de la sustancia corpórea. Los demás atributos “corpóreos” como el tamaño, la forma, o el movimiento se derivan de ella.
Tomando al pie de la letra los modelos abstractos de la mecánica clásica Descartes identifica al mundo como una sucesión de configuraciones instantáneas de sistemas materiales: partículas fluidos o sólidos que ocupan posiciones sucesivas en el espacio matemático de la geometría euclídea. A pesar de que, como veremos, la física abandonó esta visión simplista de la materia hace más de 100 años, ella sigue teniendo fuerte influencia y podríamos decir que sigue formando parte de la idea de materia más arraigada en el sentido común. . Con Descartes y la nueva física de Galileo y Newton, se crean las bases de la filosofía moderna. Fundada en una comprensión aún primitiva del mundo físico, nace signada por el problema insoluble del dualismo. Buena parte de la filosofía posterior a Descartes puede entenderse como un esfuerzo esencialmente infructuoso por resolver este problema. Por ello no resulta sorprendente que el intento cartesiano de preservar un espacio para la libertad humana resultase uno de los puntos más débiles de su sistema. Diría Voltaire acerca del mismo: “Seria muy raro que toda la naturaleza, todos los planetas, obedezcan leyes eternas, y que deba existir un pequeño animal, de cinco pies de altura, quién despreciando esas leyes, pueda actuar como le place.” [7]
Cuando la noción de materia empieza a cambiar
Es en el siglo XIX cuando se abre la brecha entre la física y filosofía que aún hoy no hemos podido colmar. Es también a mediados de ese siglo que se inician los cambios que conducirán a la nueva física. Debido a estos dos procesos que ocurren con diferencias de pocas décadas la revolución científica que se inicia con la teoría electromagnética y aún no ha culminado no fue acompañada suficientemente por la reflexión filosófica. A la vista de los objetivos del presente trabajo, conviene ver con algún detalle cuáles han sido las principales etapas del proceso que conduce a la física actual y que cambios conceptuales se fueron produciendo.
La concepción del mundo presentada por la mecánica clásica parecía ser, hasta mediados del siglo XIX, totalmente satisfactoria. En el ámbito de aplicación de la mecánica no se encuentra inconsistencia alguna. Si esta teoría fue finalmente superada fue por ser incompleta. En el siglo diecinueve se comenzaron a estudiar en forma sistemática los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidos desde la antigüedad. A principios de siglo los científicos establecieron que la electricidad y el magnetismo son en realidad fenómenos relacionados. Hacia 1830, Joseph Henry y Michael Faraday demostraron que cuando un alambre se mueve cerca de un imán se establecen corrientes eléctricas. Las ecuaciones finales de la teoría electromagnética que unificaban la electricidad y el magnetismo en un mismo formalismo, extremadamente elegante que incluye además a los fenómenos lumínicos, fueron obtenidas por James Clerk Maxwell en 1873. Durante las siguientes tres décadas se realizaron esfuerzos denodados para reducir los fenómenos electromagnéticos a fenómenos mecánicos. Se creía que ellos debían resultar del movimiento de un medio material hipotético que se llamó éter El fracaso de eso intentos demostró que la mecánica era incompleta y que existen otra formas de materia más allá de las partículas materiales, reconociéndose en los campos electromagnéticos a los primeros sistemas materiales no mecánicos.
Con el advenimiento de la nueva física, iniciado con el desarrollo la teoría electromagnética que sería seguido por el de la relatividad y la cuántica, cuatro de las principales nociones de la Mecánica Clásica debieron ser abandonadas. Ellas eran: a) el determinismo que establece que el conocimiento preciso de las condiciones iniciales de un sistema mecánico permite determinar con total precisión su evolución futura. b) la idea de que los intervalos espaciales y temporales son absolutos. Es decir, que las medidas de los intervalos de tiempo o de las distancias no dependen del movimiento de los cuerpos, o de los observadores. c) la concepción de un espacio absoluto y matemático donde vale la geometría de Euclides tridimensional, independiente de todos los fenómenos. Un recipiente donde se ubican y evolucionan las partículas, que tiene las mismas propiedades en todas partes y para siempre, y de un tiempo también matemático asociado con una variable real absoluta. Newton dice: “El tiempo absoluto, verdadero y matemático fluye igualmente sin depender de nada externo debido a su propia naturaleza, y el espacio absoluto, por su propia naturaleza permanece siempre el mismo e inmóvil sin depender de nada externo.” [8] d) la noción de simultaneidad absoluta. De acuerdo con la Mecánica Clásica se puede saber exactamente lo que está pasando en cualquier parte del Universo en este preciso instante. El Universo se puede pensar como algo instantáneo; el pasado dejó de existir, el futuro aún no ha llegado. Para la mecánica la realidad se concentra en el filo de una cuchilla que avanza en el tiempo. Estas nociones aún están muy arraigadas en las formas corrientes de pensamiento acerca del Universo, esencialmente porque se basan en observaciones que valen con una gran aproximación y bastan para orientarnos y actuar sobre la mayor parte de los fenómenos de la vida cotidiana. Aunque en la sociedad altamente tecnológica en que vivimos usamos permanentemente resultados de la nueva física que las contradicen, en la mayor parte de los casos nos manejamos sin tomarlos en cuenta.
Con la introducción de la noción de campo por el electromagnetismo la consistencia monolítica de la física se pierde definitivamente. Se suceden a partir de entonces cambios revolucionarios donde nuevas esferas de la realidad son descubiertas progresivamente. El proceso aún no ha concluido y no hemos vuelto a poseer una visión absolutamente coherente y matemáticamente perfecta como la proporcionada por la mecánica clásica. Pero lo que se perdió en pureza formal se ganó en riqueza y profundidad. La imagen proporcionada por la mecánica clásica era infinitamente monótona y aburrida. El mundo compuesto por sistemas de partículas en movimiento en el espacio vacío es un mundo de autómatas, incapaz de albergar la riqueza y vitalidad que observamos a nuestro alrededor. El mundo resultante de la nueva física parece superar todo lo que la imaginación humana ha podido concebir revelándonos una realidad que no hemos sido aún capaces de asimilar.
El siguiente diagrama, al cual recurro en muchas ocasiones, es una representación tridimensional, que no pretende ser rigurosa, de las distintas teorías físicas en función de tres variables. Recordemos que las teorías científicas se introducen generalmente en etapas relativamente avanzadas del estudio de ciertos fenómenos cuyas regularidades ya han sido descritas mediante leyes empíricas. Las teorías procuran explicar dichas regularidades y proporcionar una descripción más profunda y exacta del conjunto de fenómenos en cuestión. Para ello se reinterpretan dichos fenómenos en términos de entidades y procesos que están por detrás de los observados y que permiten explicar las uniformidades empíricas ya descubiertas y predecir nuevas regularidades. Al precisar la descripción de los fenómenos ya conocidos, una teoría permite delimitar el ámbito de aplicación de las leyes empíricas y mostrar su carácter aproximado. Así las leyes de Kepler para el movimiento planetario son validas, en la medida en que despreciemos las perturbaciones producidas por la atracción de los demás planetas.
Figura 1
Por último, una nueva teoría permite ampliar nuestros conocimientos prediciendo nuevas propiedades y fenómenos que no se conocían antes de que la teoría fuera formulada. Así, la teoría de la relatividad especial predice que cada masa tiene un contenido energético asociado a través de la famosa ecuación que iguala la energía a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado.
Intervienen en el diagrama las tres constantes universales de la física: c, es la velocidad de la luz G, es la constante de gravitación universal de Newton, y h es la constante de Planck quejuela un papel esecial en los fenómenos cuánticos. En las unidades usuales metro, kilogramo segundo, creadas para ser utilizadas en la descripción de los fenómenos de escala humana, como los que encontramos a nuestro alrededor, la velocidad de la luz es muy grande y las otras dos constantes extremadamente pequeñas. Ello permitió desarrollar la mecánica clásica antes de tomar en cuenta las sutilizas de los fenómenos cuánticos o relativistas. Todo fenómeno físico conocido se puede ubicar en algún punto del diagrama, dependiendo de los valores que toman algunas magnitudes características del mismo. El primer eje coordenado esta asociado al cociente entre la velocidad característica de los objetos y la velocidad de la luz. A medida que se avanza en la dirección de ese eje se tienen objetos que se mueven a velocidades mayores. A medida que se avanza en la dirección del segundo eje se encuentran objetos sometidos a campos gravitacionales más intensos. Si se avanza en el eje vertical se encuentran objetos más pequeños. La medida dinámica de la pequeñez de un sistema físico esta dada por una variable llamada acción, que denotamos con S. La física de Galileo y Newton describe la región central, objetos de tamaño mediano, no sometidos a fuerzas gravitacionales demasiado intensas y que se mueven a velocidades pequeñas respecto a la velocidad de la luz. Para estudiar los campos electromagnéticos y la luz debemos alejarnos de esa zona central e incluir fenómenos con velocidades comparables a la velocidad de la luz. La Teoría de la Relatividad Especial permite estudiar esos fenómenos e incluir simultáneamente a los fenómenos mecánicos en la misma descripción. Si uno desea incluir en un esquema común a los fenómenos mecánicos, electromagnéticos y gravitacionales tiene que recurrir a la Relatividad General. Esta teoría describe a todos los sistemas “grandes”, desde objetos muy masivos como las estrellas a objetos de nuestra escala, no importa cual sea su velocidad. Por último, la Mecánica Cuántica está asociada a la región de objetos microscópicos, átomos, moléculas y partículas elementales, pero indirectamente sus leyes determinan de las propiedades de los más diversos sistemas macroscópicos: sólidos, líquidos, semiconductores, superconductores, láseres y muchos otros. . A partir de 1870 se agregan nuevas esferas de la realidad a las que se ubicaban cerca del origen del sistema de ejes coordenados. Se debe abandonar la mecánica clásica para cubrir campos de la experiencia que están fuera de su rango de validez. En 1870 aparece la descripción de Maxwell de los fenómenos electromagnéticos, en 1905 se propone la Relatividad Especial. Entre 1908 y 1916 se desarrollan los principios de la Relatividad General, que describe los fenómenos gravitacionales junto con los fenómenos electromagnéticos. Las estrellas, agujeros negros y la estructura del universo a gran escala caen en su ámbito de validez. En 1923, nace la Mecánica Cuántica, los fenómenos atómicos, y moleculares, buena parte de los fenómenos químicos y de la biología molecular y la genómica caen en su ámbito de aplicación. Para describir fenómenos cuánticos con velocidades muy altas se debió unificar la noción de campos con la cuántica dando lugar a la Teoría Cuántica de Campos.
Tanto la Relatividad General como la Mecánica Cuántica y la Teoría Cuántica de Campos son actualmente áreas activas de investigación y todos los días se descubren nuevos y sorprendentes fenómenos que resultan de las mismas. Ninguna de esas teorías es completa ya que sólo cubre una región parcial del espacio de los fenómenos posibles. Aún no disponemos de una teoría que describa simultáneamente a aquellos fenómenos que son cuánticos y gravitacionales. Los mismos se ubican lejos de los planos formados por pares de ejes del diagrama y serían descritos por la gravedad cuántica, teoría que aún se encuentra en proceso de elaboración.
Cuando abandonamos el rango de fenómenos descritos por la Mecánica Clásica tenemos una física abierta que aún esta en construcción y que por lo tanto todavía es incompleta. Mientras no completemos el cuadro no dispondremos de una visión totalmente coherente y satisfactoria del Universo. Aun para las regiones del diagrama para las cuales poseemos un marco teórico adecuado, no podemos sentirnos satisfechos, los fenómenos descritos por la relatividad general son también cuánticos, y los átomos y moléculas, que son tan bien entendidos gracias a la cuántica, también sienten y producen efectos gravitatorios que no sabemos describir precisamente. Cabe preguntarse entonces si estamos en condiciones de ofrecer una visión unificada del mundo. Aunque seguramente la visión filosófica que pueda resultar de la física actual no será definitiva, existe amplio acuerdo entre los físicos en que los cambios prometidos por la teoría unificada aún en desarrollo no afectarán ciertas ideas básicas provenientes de las dos grandes teorías existentes. Dos de los elementos conceptuales más sólidos son el carácter probabilista del mundo que se manifiesta en la mecánica cuántica y su carácter relacional que resulta de la relatividad general. Ellos jugarán un rol central en el resto de este trabajo,
Comenzar’e refiriéndome a tres avances que contribuyeron al gran cambio en la concepción de la materia que se produce entre 1850 y 1925; el atomismo, la introducción de la noción de campo electromagnético y finalmente el descubrimiento de la naturaleza física y dinámica del espacio y el tiempo. Ninguno de ellos se ajusta a las leyes y nociones de la mecánica newtoniana.
Atomismo
Dentro del mecanicismo convivían dos visiones de la materia: la atomística y la continuista. La concepción atomística tenía una larga historia que se remontaba a los atomistas griegos del siglo V antes de Cristo. Sin que existiera evidencia experimental confirmatoria durante los siglos XVII y XVIII, las posiciones estaban divididas. Aunque conceptualmente la mecánica debía hacer referencia a partículas que eran tratadas como puntos, dicho tratamiento podía ser considerado como una idealización a los efectos de describir configuraciones extendidas de materia como las de los fluidos y los sólidos. Descartes era partidario de la visión continuista mientras que Newton se inclinaba por una visión atomista similar a la griega. A pesar de la influencia de Newton y de la aceptación muy extendida de que debía existir alguna estructura corpuscular subyacente a la materia, la concepción corpuscular resultó científicamente estéril durante el siglo XVIII. Ni la evidencia experimental ni los avances de la teoría contribuyeron a su desarrollo. De hecho el éxito de Euler en la formulación de la hidrodinámica del continuo en términos de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales aparentó reducir el problema de la naturaleza corpuscular subyacente a términos puramente metafísicos.
Los principios del atomismo surgen con John Dalton en el ámbito de la química. Establece que todos los cuerpos de magnitud observable están constituidos por un gran número de partículas extremadamente pequeñas, o átomos ligados por fuerzas de atracción. Y agrega que las partículas últimas que componen un cuerpo como el agua deben ser todas idénticas: ”toda partícula de agua es como toda otra partícula de agua, toda partícula de hidrógeno es como toda otra partícula de hidrógeno” La hipótesis de Dalton se origina fundamentalmente en el estudio de las reacciones químicas y la observación de que los elementos combinados según su peso en proporciones definidas dan lugar a las substancias.
A pesar de que estas ideas surgen en la química a comienzos del siglo XIX no impactan hasta la segunda mitad del siglo, cuando van siendo adoptadas para explicar las estructuras cristalinas y las propiedades microscópicas de los materiales eléctricos y magnéticos. Pero donde las ideas del atomismo resultaron más fructíferas fue en el desarrollo de la teoría cinética de los gases, la que permitió establecer progresivamente las bases microscópicas de la termodinámica, en particular de conceptos como la temperatura y el calor.
Un aporte del atomismo determinante de los cambios que se producirían en el siglo XX, muy en particular de la mecánica cuántica, fue la introducción debida a H. Lorentz de la hipótesis de la existencia de una carga elemental llamada posteriormente el electrón, confirmada experimentalmente por Thomson en una serie de experiencias realizadas en la última década del siglo XIX. El atomismo que había nacido como una doctrina filosófica con los griegos pasa de esta manera a formar parte de las ciencias experimentales y conducirá a una de las investigaciones más importantes del siglo XX, la búsqueda de las partículas elementales que componen a los átomos de todos los elementos conocidos.
La concepción atómica de la materia parecía adecuarse muy bien a los conocimientos de la física clásica. Después de todo, la física newtoniana trata naturalmente a las partículas puntuales. Los hechos demostrarían que esta creencia resultaría ser absolutamente falsa, y que para describir el comportamiento de los átomos y de las partículas elementales que los componen sería necesario introducir a la más revolucionaria de las teorías físicas hasta hoy conocidas, la mecánica cuántica.
La noción de campo
A diferencia de las partículas que son objetos localizados los campos se extienden a todo el espacio. Como es sabido, los efectos de una partícula cargada se hacen sentir a distancia. En efecto si colocamos otra partícula cargada, llamada partícula de prueba, a una distancia arbitraria de la primera, la partícula de prueba sentirá los efectos de una fuerza. Si se duplica el valor de la carga se observará que la fuerza también se duplica. La idea de campo eléctrico se introduce para expresar la influencia de la partícula cargada sobre el medio que la rodea independientemente de la carga de la partícula de prueba. A cada punto del espacio se le asocia un vector campo eléctrico, la fuerza que sufre una carga en ese punto es el producto del valor de la carga por el valor del campo. El campo producido por una partícula cargada puede representarse haciendo uso de las llamadas líneas de campo. En el caso de una carga aislada positiva, ellas surgen radialmente de la partícula y cuanto más intenso es el campo más próximas son las líneas. Los materiales magnéticos como un imán también dejan sentir sus efectos en todo el espacio y éstos pueden representarse por un campo que depende del punto de interés. Una partícula cargada que se mueve en presencia de un campo magnético sufre una fuerza que tiende a desviarla de su trayectoria. Fue Faraday quien primero notó que los campos debían ser considerados tan reales como las partículas. En efecto, Faraday observó que las partículas cargadas no parecían actuar instantáneamente a distancia, sino a través de modificaciones del campo que producen, las cuales se propagan a la velocidad de la luz.
James Clerk Maxwell fue el primero en establecer que los fenómenos luminosos no son más que ondas electromagnéticas. Dichas ondas son originadas por cargas en movimiento. Si se tiene una carga inicialmente en reposo, y se la comienza a mover, el campo lejos de la carga demora en alterarse por el movimiento de la carga y sigue apuntando radialmente hacia fuera de la dirección original en que se encontraba la carga. A medida que nos acercamos a la carga en movimiento el campo va cambiando su dirección, surgiendo de puntos que fueron ocupados por la carga durante su movimiento, hasta que muy cerca de la carga el campo proviene directamente de ella como si la propagación fuera instantánea. Las ondas de radio son producidas de esta manera, por cargas en movimiento en la antena emisora y detectadas por cargas que en presencia del campo electromagnético se ponen en movimiento en la antena receptora. Aún cuando el movimiento de las cargas en la antena emisora cese y no exista ningún agente externo, la onda se sigue propagando. Lleva energía, esa energía que nosotros detectamos con la antena de una radio.
Entonces hay un fenómeno ondulatorio asociado al campo, similar al que se produce cuando lanzamos una piedra en un lago, Aunque la piedra llegue al fondo y quede en reposo las ondas seguirán propagándose. Por eso, se pensó durante décadas que la propagación de las ondas electromagnéticas era debida a las vibraciones de algún fluido. Es decir se creía que existía algún soporte mecánico, un fluido cuyas oscilaciones mecánicas producían el comportamiento ondulatorio. El propio Maxwell hizo intentos enormemente imaginativos para encontrar una explicación mecánica, sin éxito. El soporte mecánico, que se llamó éter debía tener propiedades totalmente absurdas e incompatibles, y poco a poco se fue abandonando la idea de que tal fluido existiera. El golpe final a la hipótesis del éter lo dio Einstein con su Teoría de la Relatividad.
Al respecto dice Von Laue en 1908 [9]: “...una comprensión totalmente renovada de la propagación de los efectos electromagnéticos en el espacio vacío... (surge de las nuevas teorías del campo); ...ellos no son soportados por medio alguno ni tienen lugar por una inmediata acción a distancia. Sino que el campo electromagnético en el espacio vacío es una cosa que posee existencia propia y una realidad independiente de toda sustancia. En efecto, uno debe acostumbrarse a esta idea, pero quizás este acostumbramiento pueda simplificarse si se recuerda que las propiedades físicas de este campo, que están dadas en la forma más adecuada por las ecuaciones de Maxwell, son más perfectamente y exactamente conocidas que las propiedades de cualquier sustancia.” Por consiguiente, von Laue observa que además de las partículas hay otro tipo de entidad con existencia propia: los campos que son independientes y no son un subproducto del movimiento de las partículas. Así que pasamos de un Universo en donde tenemos un tipo de materia, a un Universo donde en principio aparecen dos tipos diferentes de materia.
El espacio-tiempo como otra forma de materia.
Para formular su teoría especial de la relatividad Einstein partió de tres observaciones. La primera ya mencionada: Los campos representan sistemas tan fundamentales como las partículas. Por consiguiente tanto las leyes de la mecánica que describen el movimiento de las partículas, los sólidos y fluidos como las del electromagnetismo que describen a los campos, las ondas electromagnéticas y la luz deben tener un status similar. Segunda observación: el principio de relatividad debe valer para todas las leyes fundamentales y no sólo las de la mecánica. Entonces, el principio de relatividad de Einstein establece que: Las leyes de la física son las mismas para observadores que se mueven uno respecto del otro con velocidad constante y no existe forma alguna de distinguir, a partir del estudio de las leyes que rigen el movimiento, si un sistema esta en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. Tercera observación: Dado que el principio de relatividad que acabamos de enunciar debe valer también para las leyes de Maxwell que describen los fenómenos electromagnéticos, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas y de la luz debe ser misma para todos los sistemas de coordenadas con movimientos relativos con velocidad constante, ya que dicha velocidad se puede calcular directamente partiendo de las leyes de Maxwell. Esta observación es confirmada por la experiencia: la velocidad de la luz en el espacio vacío es siempre la misma, independientemente de la velocidad de la fuente o del receptor de la luz.
De estas observaciones resulta inmediatamente una primera conclusión: dos sistemas de coordenadas que se mueven con velocidad constante uno respecto al otro no pueden estar relacionados por transformaciones de Galileo. En efecto, ellas conducirían inmediatamente a una contradicción con la tercera observación. Si en un sistema la velocidad de la luz es c y valen las transformaciones de Galileo, en otro que se mueve respecto al primero con velocidad v, la velocidad de la luz seria c-v y no c. Si se adoptan entonces como axiomas fundamentales de la teoría de la relatividad especial las observaciones anteriores, se debe abandonar las transformaciones de Galileo y las hipótesis sobre el espacio y el tiempo que conducen a ellas. En su lugar deben adoptarse nuevas leyes de transformación para relacionar los eventos vistos por dos observadores en movimiento relativo. Ellas son las llamadas transformaciones de Lorentz.
La relatividad de Galileo esta basada en principios, aparentemente indiscutibles para el sentido común, acerca de la medida de distancias y tiempos. Einstein, como Galileo lo había hecho en su momento, arremete contra el sentido común Adopta una solución aparentemente inaceptable que revoluciona completamente nuestras nociones sobre el espacio y el tiempo. Nuevamente la gran física va unida a un trabajo de interpretación cuyo objetivo es mostrar que los nuevos axiomas son consistentes y dan cuenta de los hechos conocidos. En este caso la consistencia surge de modificar las nociones de tiempo y simultaneidad de la física clásica.
En efecto, Einstein había jugado con estas hipótesis por años. De pronto en 1905 observa que ellas sólo son compatibles si se revisa la noción de tiempo. Los relojes funcionan distinto cuando el cuerpo está en movimiento y cuando el cuerpo está en reposo. Para que se comprenda esto, consideremos el siguiente reloj formado por dos espejos paralelos A y B separados por una distancia d.
Figura 2
El reloj cuenta los viajes de ida y vuelta entre espejos de un rayo luminoso representado por líneas punteadas en la figura. En la Fig. 2 se muestra el reloj en reposo, el haz de luz parte de un punto de A se refleja en B y vuelve a ese punto, y registra un “clic” cada vez que el rayo golpea el espejo inferior A. Un observador en reposo cuenta un “clic” cada vez que la luz recorre una distancia 2d. Es decir que registra un clic cada T=2d/c segundos. Si ahora el observador se mueve hacia la izquierda con velocidad v, ve avanzar el reloj como se indica en la Fig. 3. La luz parte de A y cuando llega a B el espejo superior se desplazó una cierta distancia como se indica en la figura. La luz debe por consiguiente recorrer una distancia mayor para completar el recorrido ABA’ indicado por la línea punteada. Cómo de acuerdo al postulado de Einstein la luz tiene la misma velocidad para todos los observadores y tiene que recorrer una distancia mayor el intervalo T’ entre dos “clics” visto por el observador en movimiento es mayor que T. El número de “clics” contados por el observador en movimiento será por consiguiente menor que el contado por el observador en reposo. Es decir, el observador en reposo ve que el tiempo pasa más rápidamente para él que para la persona que se encuentra en movimiento. Este hecho es una consecuencia inmediata de que la velocidad de la luz es la misma en todos los sistemas de referencia.
Se pierde, por consiguiente la noción newtoniana de que los intervalos de tiempo son iguales. Su afirmación: “El tiempo absoluto, matemático y verdadero fluye por si mismo y por su propia naturaleza igualmente sin relación alguna con nada externo.” resulta ser simplemente incorrecta. También se pierde la noción de que los intervalos de espacio (las medidas de longitudes) son iguales, en dos sistemas que se mueven uno con relación a otro. Tampoco se sostiene la idea de simultaneidad absoluta que permite saber qué está pasando en este instante en cualquier punto del Universo. No tiene sentido preguntarse qué está ocurriendo en este momento en cierto planeta de una estrella de la Nebulosa de Andrómeda. Por lo menos tiene un sentido muy relativo. Como la Tierra rota, nuestro movimiento difiere del de aquellos que se encuentran en las antípodas en unos 3.000 km/h. La noción de simultaneidad depende de la distancia entre los objetos y de la velocidad, por consiguiente, un suceso simultáneo con nosotros en la nebulosa de Andrómeda puede ser algo que ocurrió hace 10.000 años para los que viven en las antípodas. No hay un Universo instantáneo del que se pueda decir que es todo lo que existe ahora. Existe una estructura que es la del espacio-tiempo. Sus puntos están asociados a todos los sucesos del Universo, no importa donde o cuando ocurran. Los sucesos que coexisten con uno dado son los que no pueden ser afectados directamente por él debido a que nada puede viajar más rápido que la luz.
Si bien ni los intervalos de tiempo ni las distancias son invariantes y dependen del observador, existe una noción invariante, independiente del observador, que se llama el intervalo relativista entre dos sucesos. Dicho intervalo al cuadrado es igual a la diferencia de los intervalos de tiempo al cuadrado menos las distancias al cuadrado. No importa que observador mida esta cantidad obtiene el mismo valor. El intervalo relativista dota al espacio-tiempo de una noción de distancia y de una geometría métrica. Con la relatividad especial se descubre que el espacio y el tiempo están ligados en una sola estructura geométrica, el espacio-tiempo cuadridimensional.
¿Qué agrega la relatividad general a esta noción de espacio-tiempo que ya surge con la relatividad especial? Con la relatividad general el espacio-tiempo se transforma en una entidad dinámica, el espacio-tiempo ya no es algo geométrico dado de una vez para siempre, sino que es algo físico, alterado por los objetos y que afecta a los objetos. Eso se traduce, por ejemplo, en la ecuación de Einstein que establece que la curvatura del espacio es proporcional a la energía del resto de la materia. En otras palabras, donde hay más energía el espacio se curva más. Las grandes concentraciones de masa y energía, por ejemplo las estrellas, producen mayores curvaturas. Cuanto más densa y masiva es la estrella, mayor la curvatura. Entonces partículas y campos son capaces de interactuar con el espacio y alteran mutuamente sus comportamientos dinámicos intercambiando energía.
El choque con la física newtoniana no puede ser mayor: Con la relatividad general se pasa del “espacio absoluto, que por su propia naturaleza, permanece sin relación con nada externo siempre igual e inmóvil” a un espacio que es afectado por el resto de la materia cambiando su geometría según donde se encuentre. Al espacio inmóvil que Newton postula y respecto al cual aceleran los cuerpos, Einstein opone su relatividad general, donde el concepto de aceleración es tan relativo como el de velocidad.
La imagen mecanicista del Universo resultante de los trabajos de Galileo, Newton y Descartes puede describirse utilizando el siguiente símil: las partículas materiales se mueven en el espacio como los actores de un teatro se mueven en un escenario fijo. Todo lo existente resulta de diversas distribuciones de partículas y diversos movimientos. Los trabajos de Faraday, Maxwell y Einstein permitieron reconocer que un nuevo actor, el campo electromagnético, había irrumpido en el escenario. Un actor cuyo papel en la vida moderna a través de la radio la televisión los celulares y las computadores se ha hecho cada vez más protagónico. Los cambios en las nociones de espacio y tiempo y la introducción del concepto de espacio-tiempo por la teoría de la relatividad especial pueden interpretarse como los cambios de escenario necesarios para albergar a ese nuevo actor. Cuando en noviembre de1915 Einstein propuso la relatividad general en una serie de conferencias ante la Academia de Ciencias de Prusia, el espacio-tiempo geométrico se transformó en físico, siendo capaz de actuar sobre partículas y campos y ser modificado por ellos. El espacio-tiempo se hace de esta manera tan material como las partículas o los campos, posee una dinámica propia, lleva energía, el espacio se curva en presencia de otras formas de materia y, a su vez, su curvatura altera los movimientos de partículas y la luz. Se puede decir que a partir de 1916 el espacio-tiempo que formaba el escenario donde se desplazaba la materia deja de ser inerte y se transforma en un actor más. El teatro del Universo esta construido por diferentes intérpretes que danzan e interactúan entre si, sin nada externo que permanezca como escenario. Es una red de interacciones mutuas.
Con Einstein y la relatividad general la física clásica llega a su punto culminante. Más alla de las transformaciones sufridas por la física desde Galileo y Newton hasta Einstein el mundo clásico (por oposición al cuántico) se rige por leyes deterministas. Lo que ocurre en este momento determina completamente lo que ocurrirá en el futuro. Por otra parte, se da por descontado que existe un mundo objetivo, “ahí afuera” que no depende para nada de nosotros mismos o de nuestra forma de observarlo. De hecho, este punto de vista estaba tan arraigado en la visión clásica, que ni siquiera era mencionado antes de la aparición de la cuántica como parte de los supuestos de la física. El mundo clásico estaba compuesto por partículas y campos interactuando entre si y alterando y siendo afectados por el espacio-tiempo en el cual evolucionaban. Si la visión del mundo resultante de la física clásica plantea dificultades de carácter filosófico, estas no están relacionadas con su interpretación, sino con el problema de compatibilizar sus implicaciones con nuestras experiencias cotidianas y renovar los conceptos de materia, espacio y tiempo.
. La mencionada multiplicación de las formas de materia ha sido seguida posteriormente por un proceso de unificación de los objetos fundamentales. La teoría cuántica de campos, unifica la idea de partícula y la idea de campo y muestra que ambos formas de materia pueden interpretarse como manifestaciones de una misma entidad. Se cree, por último que la gravedad cuántica unificará a todas las formas de materia, O sea, que al final de un proceso dialéctico sorprendente, lo que uno terminará teniendo es una única entidad con distintas presentaciones, distintos aspectos, distintos comportamientos. Un sistema cuyo nombre no es definitivo, algunos físicos piensan que el sistema fundamental es el de las supercuerdas otros creen que es sistema de lazos, pero aún carecemos de certidumbre acerca de ello porque no disponemos de una teoría final que complete la unificación y sólo tenemos formalismos parciales. Un sistema que, a veces se comporta como partícula, a veces como campo, y simultáneamente da lugar a la estructura del espacio y del tiempo.
La mecánica cuántica y la nueva ontología resultante de la física.
Con el advenimiento de la mecánica cuántica se plantea la necesidad de una revisión mucho más drástica de los conceptos filosóficos fundamentales con los que se construye nuestra visión del mundo. Pero antes de profundizar en esas consecuencias es necesario familiarizar al lector con la mecánica cuántica. Ella describe sistemas microscópicos tales como partículas, átomos y moléculas en campos gravitacionales débiles. Ha permitido establecer los fundamentos físicos de la química, conduciendo a la comprensión de la estructura atómica, la formación de moléculas y las reacciones químicas. Indirectamente, permite comprender las propiedades microscópicas de materiales tales como metales o semiconductores, y de las macromoléculas biológicas. Buena parte de las aplicaciones tecnológicas de la física de los últimos cincuenta años están relacionadas con fenómenos cuánticos. Para mencionar sólo una, la revolución electrónica iniciada en los cincuenta y que aun hoy continúa y se extiende a la informática y la robótica, fue posible gracias a la capacidad de fabricar micro componentes electrónicas basadas en la física cuántica de los sólidos.
Tiene dos propiedades fundamentales: es probabilista y es cuántica. Por cuántica se entiende que las propiedades de los objetos microscópicos no toman valores continuos. Si mido la energía de un objeto microscópico, ésta no toma cualquier valor, sólo toma uno de un conjunto discreto de valores posibles. Por ejemplo, en el caso del átomo de hidrógeno toma los valores 1, o 4, o 9, o 16, o 25; sólo los cuadrados de números naturales multiplicado por una constante, que es la constante de Bohr. En el medio no hay nada, la energía no puede tomar valores intermedios.
Este es un hecho de suma importancia. En definitiva, las sustancias, los átomos y las moléculas, los ladrillos que componen a todos los objetos físicos, son tales que solamente pueden tener ciertos comportamientos posibles, y no presentan comportamientos intermedios. Si hubiese un continuo, entonces por ejemplo tener un código genético sería algo muy complicado. El código genético en un sistema discreto que utiliza unas pocas letras. Si tuviésemos sistemas cuyas propiedades pueden variar de manera continua, no habría dos letras iguales y el proceso de reconocimiento del código se haría sumamente complejo. Gracias a la mecánica cuántica, un átomo de hidrógeno, helio o cualquier elemento, en el estado fundamental es absolutamente idéntico a otro átomo de hidrógeno en el estado fundamental. Todo lo que se puede decir acerca de uno de esos átomos se podría decir de otro, no importa cuál se elija, la materia esta compuesta por bloques idénticos.
La teoría cuántica también es probabilista, y este hecho tiene consecuencias aún más profundas. No podemos hacer predicciones sobre el comportamiento de los objetos microscópicos, que sean deterministas. No podemos saber qué va a hacer un átomo determinado en un instante determinado. Por ejemplo, si uno tiene átomos radiactivos, los átomos emiten radiación alfa o cualquier otro tipo de radiación. Sólo es posible hacer predicciones estadísticas, por ejemplo se puede determinar cuál es la probabilidad de que la mitad de los átomos de cierto elemento haya emitido radiación alfa al cabo de cierto tiempo. Pero no es posible: saber con certeza si un átomo determinado emitirá un rayo alfa en los próximos dos minutos.
La naturaleza estadística de los fenómenos cuánticos es esencial. No existe una estructura subyacente desconocida por nosotros. No hacemos predicciones probabilísticas simplemente porque ignoramos lo que está pasando a nivel más fundamental Se trata de una ignorancia que tiene un carácter intrínseco: los comportamientos posibles de los objetos cuánticos están limitados por las leyes f’isicas, pero no determinados unívocamente.
Cuando lanzamos un dado, este obedece las leyes deterministas de la física clásica. El dado tiene una probabilidad muy parecida de dar cualquier resultado. Ignoramos el resultado porque desconocemos las condiciones iniciales con las cuales estamos lanzando el dado y el movimiento del dado es muy sensible a esas condiciones. Si tuviéramos información completa sobre el sistema podríamos ajustar cada vez más la precisión de nuestra predicción y obtener el resultado deseado con más y más certeza. En el caso de la Mecánica Cuántica eso no es así. Aun cuando uno tenga información completa sobre el sistema no existe ninguna posibilidad de hacer predicciones con certeza, predicciones con probabilidad uno.
Entonces la Mecánica Cuántica no se refiere al mundo que observamos sino a un mundo de potencialidades, habla de lo que puede ocurrir, siempre en términos de probabilidades. Y no nos dice cómo pasan los sistemas físicos de las probabilidades a los hechos observados. Cómo y por qué en ciertas situaciones, por ejemplo cuando medimos un sistema cuántico, éste elige uno de los posibles resultados y se pasa de un mundo de potencialidades a uno donde sólo una de las posibles opciones es observada.
El cambio en la descripción de la naturaleza física que impone la Mecánica Cuántica es tan profundo que aún no hemos terminado de asimilar sus implicaciones. Pone en cuestión la naturaleza misma de lo que es un hecho físico. Se debe por ejemplo abandonar la noción de que una partícula estará en cierta posición aun cuando no sea observada. Mas aún, es en general inconsistente suponer que cualquier magnitud física toma valores definidos en un sistema físico antes de realizar una medida. Para familiarizarse con los fenómenos cuánticos es conveniente considerar el siguiente ejemplo.
Figura 3
Se considera una fuente, que emite ciertas partículas cuánticas, electrones por ejemplo, con muy baja intensidad. Los electrones pasan por un diafragma con dos rendijas como se indica en la figura y finalmente son detectados mediante una placa fotográfica colocada en P. Cada vez que un electrón llega a la placa aparece una pequeña manchita en la misma. Luego de un tiempo suficientemente grande como para que un número apreciable de electrones se depositen, la placa tendrá un oscurecimiento proporcional a la densidad de electrones depositados en cada región. Las curvas C e I son curvas de obscurecimiento. Si el electrón se comportase como una partícula clásica cuando se propaga desde la fuente hasta la pantalla, entonces cada partícula individual pasaría por una de las rendijas del diafragma y la distribución final de intensidades en la pantalla seria simplemente la indicada en C: es decir aparecería una mancha frente a cada rendija. Sin embargo se observa que sobre la placa aparece un típico patrón de interferencia I con franjas alternadas oscuras y brillantes. La experiencia muestra que el electrón tiene dos comportamientos aparentemente contradictorios. Si bien cada electrón incidente en la placa deja una manchita bien localizada como si fuera una partícula puntual la que ha chocado, la distribución de tales manchas reproduce un patrón de interferencia típico de las ondas.
La distribución real de intensidades I correspondiente a la figura de interferencia es distinta a la suma de las intensidades resultantes de pasar por cada rendija, mostrando que el electrón no tiene un comportamiento clásico. Este fenómeno es independiente de la intensidad del haz de electrones. Aun cuando la intensidad es tan baja que los electrones pasan uno a uno por el diafragma, se observa la formación del patrón de interferencia al cabo de un tiempo suficientemente largo. Tal comportamiento sólo puede entenderse pensando que cada electrón interfiere consigo mismo y pasa simultáneamente por ambas rendijas. De alguna manera el electrón presenta un comportamiento ondulatorio durante su propagación y sólo se comporta como una partícula cuando se intenta realizar una medida de su posición en la placa fotográfica. Los eventos o sucesos físicos, tales como la aparición de una mancha en una pantalla fotográfica sólo ocurren en el proceso de medida. Esta interpretación es confirmada por la siguiente observación. Si se intenta medir por cuál rendija pasa el electrón al atravesar el diafragma, por ejemplo iluminando una de las rendijas de modo de detectar los electrones que pasan por ella, el patrón de interferencia correspondiente al comportamiento ondulatorio desaparece y en la placa aparece una distribución de manchas como la indicada en C. Vemos pues que en los procesos de medida de la posición se destruye el comportamiento ondulatorio y aparecen corpúsculos. Es importante señalar que lo que llamamos proceso de medida no involucra necesariamente la participación de un experimentador humano, sólo requiere que el sistema microscópico (el electrón, en el ejemplo) interactúe con otro sistema cuyo comportamiento sea aproximadamente clásico (la placa fotográfica).
Se puede pensar este proceso en otros términos, mientras no se obliga al electrón a responder la pregunta acerca de cuál es su posición, el electrón no opta por ninguna respuesta. De hecho en el ejemplo se comporta como si pasara simultáneamente por ambos orificios. Cuando intentamos determinar por cuál orificio pasa el electrón sometiéndolo a una observación directa alteramos radicalmente su comportamiento. Ahora sabemos con certeza que ubicación tendrá al atravesar la pantalla, pero, lo que hemos ganado en precisión en el conocimiento de su posición lo perdemos en la determinación de su velocidad. Dicha modificación en la velocidad, altera la distribución de partículas en la placa que pasa de I a C. El sistema mantiene siempre un cierto grado de libertad irreducible en su comportamiento. Esa libertad se manifiesta en el famoso principio de incertidumbre que limita nuestra posibilidad de determinar precisamente y al mismo tiempo la posición y velocidad de un objeto microscópico.
Sólo podemos saber con certeza que un sistema cuántico sometido a cierta medición nos dará una respuesta elegida entre un conjunto posible, y calcular la probabilidad de cada respuesta. Hay que pensar en los sistemas cuánticos como sistemas capaces de tener ciertos comportamientos, que se manifiestan en el proceso de medida. Ante una pregunta, que se realiza mediante una medición, dan una respuesta que es el resultado de la medición.
¿Por qué no tenemos una interpretación completamente satisfactoria de la Cuántica? Porque no tenemos una Cosmología Cuántica, es decir, no tenemos una descripción de la realidad totalmente en términos cuánticos. Sabemos que la realidad obedece a las leyes cuánticas que son las leyes fundamentales. Los objetos macroscópicos están hechos de objetos microscópicos, y por consiguiente, las leyes de la cuántica deberían ser universales. Sin embargo, el comportamiento de los objetos macroscópicos que nosotros observamos no es, por lo general, probabilista, El comportamiento cuántico nos resulta paradójico justamente porque no se ajusta a las observaciones de nuestra vida cotidiana, donde los objetos presentan propiedades bien definidas.
El problema de la interpretación de la Mecánica cuántica reside precisamente en entender cómo se produce este paso del mundo de potencialidades al mundo actual que se presenta ante nosotros Existen diferentes respuestas a esta pregunta y se puede pensar que según cuál sea la respuesta adoptada se defiende una u otra interpretación El problema tiene 75 años, se han hecho esfuerzos denodados, mucha gente ha pensado que es un problema puramente filosófico, otros han pensado que es un problema físico, aunque los que piensan que es un problema puramente filosófico cada vez son menos. Se trata de un problema físico, no entendemos cómo se produce este pasaje del mundo de las posibilidades a una realidad concreta.
Un evento es justamente uno de estos pasajes. En el ejemplo de las dos rendijas, un evento es la aparición de una manchita en la placa fotográfica, cada vez que aparece una manchita se produce un evento. Todo lo que nos rodea puede considerarse como compuesto por eventos elementales, como el que se da cuando el electrón deja una pequeña mancha en la placa. De acuerdo con la mecánica cuántica, los fenómenos macroscópicos que observamos son constelaciones de eventos. Fuera de los eventos no hay nada definido y concreto, sólo hay un mundo de potencialidades no realizadas en eventos.
Siendo el mundo cuántico y relativista, sólo una ontología basada en ambas teorías puede dar una visión completa y coherente del mismo. Ambas comparten el uso de ciertos conceptos fundamentales: describen sistemas físicos que se encuentran en ciertos estados en los que se desea medir un conjunto de magnitudes que expresan cuantitativamente la ocurrencia de eventos.
La noción de sistema físico se origina en la idea de objeto: Un sistema presenta con regularidad ciertas propiedades, tamaño, color, energía. La idea de sistema se va generalizando a medida que se consideran teorías más totalizadoras, pero en todos los casos mantiene su propiedad esencial de presentar un conjunto de comportamientos típicos. Ejemplos de sistemas son las masas puntuales, los campos, el electrón, las moléculas o el espacio-tiempo, pero también un trozo de metal, un fluido o una célula.
Un sistema puede presentar como hemos observado diferentes comportamientos que se manifiestan en diferentes valores de magnitudes físicas. Por ejemplo, una partícula puede tener distintas posiciones y velocidades, o un átomo puede emitir luz de diferentes colores. El conjunto de propiedades del sistema necesarias para definir su comportamiento con la mayor precisión posible caracteriza lo que llamamos el estado del sistema. Conocido el estado de un sistema clásico, se puede predecir su comportamiento unívocamente. Así, por ejemplo, conocida la posición y velocidad de una partícula masiva en un instante dado, las leyes de Newton permiten conocer el valor que tomarán esa u otras magnitudes, como la energía, en el futuro. En la física clásica: mecánica de Newton, electromagnetismo o relatividad, conocer el estado equivale a conocer el comportamiento que tendrá el sistema. En mecánica cuántica, por ser una teoría probabilista, conocer el estado* sólo permite conocer la disposición que tendrá el sistema a presentar determinado comportamiento con determinada probabilidad. Para que se comprenda mejor esta última afirmación pensemos en la experiencia de las dos rendijas: todos los electrones que salen de la fuente tienen estados muy similares caracterizados por el tamaño del orificio de salida y la velocidad de los electrones emitidos. El estado determina las probabilidades de un conjunto de comportamientos posibles: en este caso, diferentes comportamientos corresponden a la aparición de una manchita en lugares diferentes de la placa fotográfica. El lugar específico en que aparecerá un electrón no se puede predecir, sólo podemos conocer la probabilidad de que aparezca en una zona determinada. La curva de probabilidades esta dada por la figura de interferencia I.
Las magnitudes físicas están asociadas a las propiedades que se ponen de manifiesto en determinado proceso de medida, en el ejemplo de las dos rendijas la magnitud observada sería la posición en que aparece el electrón en la placa fotográfica. Conviene pensar a las magnitudes observables no como propiedades del sistema sino como respuestas del sistema a un proceso de medida, esta distinción es particularmente relevante en mecánica cuántica porque en ese caso sólo se producen eventos y se manifiestan las propiedades de un sistema durante el proceso de interacción del sistema cuántico, el electrón por ejemplo, con otro sistema que presenta un comportamiento clásico y que en muchas ocasiones es llamado aparato de medida.
Buena parte de los conceptos filosóficos que deseamos analizar están asociados con la idea de sustancia que la ontología de la física basada en los conceptos de evento, estado* y sistema nos obliga a revisar. Etimológicamente se entiende por sustancia aquello que esta debajo de las apariencias. Se parte por lo tanto de una primera clasificación dicotómica entre las apariencias o los fenómenos, y la sustancia. Se afirma la existencia de esta última y se considera a los fenómenos como propiedades o atributos de las sustancias.
Lejos de descartar a los fenómenos o apariencias como ficticios, la física moderna, en particular la mecánica cuántica, los afirma como el centro y punto de partida de su estudio. Los eventos que acompañan y constituyen los fenómenos son lo más concreto. Aquello cuya existencia nos alcanza directamente y que no podemos eludir. Son aquello de lo que esta hecho el mundo y de lo que debe dar cuenta la física. Es natural que la física, como ciencia empírica que es, parta de los eventos que son los datos de nuestra experiencia. Recordemos que fenómeno proviene del griego phenomenon y significa algo suficientemente aparente como para ser
accesible a la percepción. Los eventos son simplemente fenómenos elementales a
los que por lo general en física les asignamos valores numéricos.
Sin embargo,
la importancia filosófica de la idea de evento, no ha sido siempre reconocida
por los propios físicos. Ello se debe a mi entender a dos razones: la primera es
bastante obvia: en general los físicos no nos solemos preguntar por las
consecuencias filosóficas de nuestro trabajo y la segunda __________________________________________________________________ * El status de los estados en mecánica cuántica es un punto controversial. Algunos físicos han argumentado por ejemplo que los estados sólo representan la información que poseemos sobre el sistema y no es posible considerarlos como reales ya que diferentes observadores podrían asignar distintos estados al sistema. Recientemente [9] se ha mostrado que es posible asignar unívocamente un estado al sistema, por lo que pueden ser considerados como elementos objetivos de la realidad.
Entre esas suposiciones la mencionada falacia ocupa un lugar central. Descartes incurre en ella cuando considera que la extensión es el principal atributo de la “sustancia corpórea”. Se incurre en el mismo error cuando se piensa a los sistemas fundamentales, por ejemplo a las supercuerdas, contra todo lo que enseña la propia física, en términos puramente mecanicistas de meros desplazamientos de materia. Para que se entienda este error cabalmente basta recordar que el Axioma I de la mecánica cuántica identifica a los estados con vectores y al sistema como el espacio vectorial. La noción de sistema no es otra por consiguiente que el conjunto de las posibles disposiciones a presentar comportamientos. Los sistemas son el conjunto de los estados posibles y lo que se da en cada caso, son estados, es decir, disposiciones a producir determinados eventos. Pensar a los sistemas fundamentales en términos de desplazamientos de materia es basarse en un resabio de la mecánica clásica para describir objetos eminentemente cuánticos.
La idea de sustancia predominante desde Descartes y cuyos orígenes se remontan a Demócrito involucra dos errores: 1) el ya visto, consistente en identificar como sustancia el producto de una abstracción destinada a establecer leyes dinámicas válidas universalmente, caracterizando el conjunto de los comportamientos posibles en términos de meros desplazamientos; y 2) pensar que la sustancia tiene propiedades o atributos. Veremos que lo que usualmente identificamos como atributos, y que en física asociamos con los eventos, no son propios de ninguna sustancia, surgen de la relación entre sistemas.
Analicemos este segundo error cuyos orígenes son aún más antiguos que los del primero y se remontan a Aristóteles. La forma más simple de proposición es la que enlaza un sujeto con un atributo. Fue así que Leibnitz fundamentó su noción de sustancia al afirmar que todo predicado es inherente a un sujeto y que a ese sujeto debe asociarse una sustancia. Pero físicamente no tiene sentido pensar, dada nustra actual comprensión del Universo, que el objeto va acompañado de ciertas propiedades independientemente del sistema con el cual interactúe o de quién lo observe. Todo fenómeno físico es el resultado de una interacción.
Hacíamos referencia a este hecho en el experimento de las dos rendijas, el electrón no da lugar a ningún evento, hasta que uno coloca la placa fotográfica y lo obliga a elegir en que punto impactar. Se puede decir que ante la pregunta ¿dónde estás? realizada al colocar la placa el electrón responde ubicándose en un punto de la misma. Si se realiza otra pregunta, si se lo hace interactuar con otro objeto, entonces hará una elección entre diferentes opciones y dará lugar a un evento completamente distinto. Ni siquiera es lícito pensar que el electrón lleva un conjunto de respuestas preparadas para todas las preguntas, y usa la adecuada para la pregunta que se le hace en cada ocasión. La llamada desigualdad de Bell permite probar que es imposible que el electrón lleve respuestas para todas las posibles preguntas. Las respuestas se producen en el momento en que el objeto es medido, en el ejemplo, cuando alcanza la placa fotográfica.
Hace mucho tiempo que los físicos notaron la naturaleza relacional del mundo. Helmholtz, [11] en 1896, decía: “Con respecto a las propiedades de los objetos del mundo exterior, es fácil ver que todas las propiedades que les podemos asignar significan sólo los efectos que ellos producen sobre nuestros sentidos o sobre otros objetos naturales... En todas partes nos ocupamos de las relaciones mutuas de los cuerpos entre sí... De esto se deduce que de hecho, las propiedades de los objetos de la Naturaleza no son, a pesar de su nombre, nada propio de esos objetos, en y para ellos, sino que siempre son una relación con un segundo objeto (incluidos nuestros órganos de los sentidos).”
La propia existencia de un objeto, de una partícula surge en relación con un segundo objeto. Esta es posiblemente la demostración más clara de que siempre un objeto se manifiesta en interacción con otros, de que no hay nada que pueda decirse que sea propio del objeto. Existe una experiencia muy sencilla que resulta de una predicción de la teoría cuántica de campos: supongamos que uno tiene un detector de partículas, una caja con un pequeño orificio, tal que cada vez que entra una partícula el detector registra un “clic”. Supongamos que coloco este detector en el vacío con movimiento uniforme, y compruebo que no marca nada: entonces concluiría que no hay partículas. Ahora pongamos un segundo detector al lado del primero, también en el vacío, pero que está acelerando respecto al primero. La Teoría Cuántica de Campos establece que esa caja ve un mar de partículas que se le acercan. Una caja detecta partículas, mientras que la otra no registra absolutamente nada. El evento “partícula sí – partícula no” es un efecto relativo, depende del estado de aceleración de un cuerpo. Entonces, ¿qué se debe pensar? ¿Qué hay una partícula, o que no hay una partícula? La forma física de pensar el fenómeno es que existe un sistema extendido a todo el espacio que se representa como un campo cuántico que responde a otro sistema que es el detector. La respuesta que da el mismo sistema a dos detectores diferentes es diferente. En la medida en que algunos de los detectores dan respuestas positivas, podemos pensar que hay partículas, pero el resultado claramente depende de la interacción.
Muchas veces se piensa que sólo los fenómenos cuánticos se dan en un proceso de interacción entre sistemas, pero cómo hemos señalado todos los fenómenos son básicamente cuánticos, los objetos macroscópicos que tradicionalmente describimos mediante la física clásica, como la computadora en que escribo estas notas o la mesa en que se apoya, son simplemente sistemas que por su tamaño están en permanente interacción con el medio ambiente que los rodea y por consiguiente están siendo sometidos a un continuo proceso de medida por ese ambiente que destruye las ambigüedades probabilísticas de la cuántica.
Como todos los eventos, ya ocurran en una placa fotográfica o en un cerebro deben ser físicos, es posible que la ontología que resulta de la física actual permita colmar el abismo abierto por el mecanicismo cartesiano al cual le resulta imposible establecer una relación causal un cerebro donde todo se reduciría a meros desplazamientos de partículas materiales y los fenómenos mentales. De alguna forma, los eventos psicológicos también forman parte del mundo de los eventos. Los eventos sensibles serían simplemente los eventos que ocurren en el cerebro que se distinguen de los otros sólo porque son los únicos que nos resultan directamente accesibles y no indirectamente a través de una cadena causal que empieza en el objeto externo y pasando por nuestros órganos de los sentidos termina en nuestra mente.
Las dificultades suscitadas por el dualismo cartesiano se han prolongado hasta nuestros días, hoy forman parte del llamado debate mente cuerpo. Esencialmente el debate gira en torno a la posibilidad de reducción de los procesos mentales a procesos físicos. Hay sobre el tema posiciones absolutamente divergentes, en primer lugar acerca de lo que entendemos por reducir una ciencia a otra. Incluso entre los que sostienen que todo proceso psíquico debe tener una contraparte física hay visiones distintas del problema, algunos como Daniel Dennet [12] consideran que el problema reside en la reducción de lo psíquico a lo físico, otros como Thomas Nagel [13] o David Chalmers [14] consideran que a la necesidad de explicar lo psíquico se suma la necesidad de explicar lo estrictamente fenoménico de los procesos concientes, en particular se deben explicar las sensaciones, el perfume de una flor, los colores de una puesta de sol en términos de procesos físicos en el cerebro.
¿Puede la visión cuántica de la materia contribuir a superar el problema de la bifurcación entre cualidades primarias y secundarias que arraigó en el pensamiento hasta nuestra época y dar algún soporte material a la conciencia? El carácter no local, holista, y probabilista de la mecánica cuántica, unido a la natural interpretación de las sensaciones como un caso particular de eventos ha dado a muchos físicos la esperanza de poder entender los fenómenos concientes a partir de la cuántica. En efecto, la conciencia parece involucrar la capacidad de enfocar la atención en medio de un complejo de experiencias, dándole cierta unidad a una actividad cerebral, en principio desordenada y caótica, en que coexisten mensajes provenientes de los distintos órganos de los sentidos.
Algunos físicos y neurofisiólogos piensan que para ello haría falta encontrar en el cerebro la capacidad de sostener estados cuánticos macroscópicos como los encontrados en un superconductor o un superfluido. Pero tal vez eso no sea necesario, De hecho es posible que baste con la constatación de que, en el mundo cuántico en que vivimos, los fenómenos descritos por la física clásica son casos particulares de procesos cuánticos y tienen su mismo carácter ontológico. Los eventos que se dan en una placa fotográfica, una mesa o el cerebro podrían de este modo ser considerados de la misma naturaleza fundamental.
De existir procesos cuánticos en el cerebro, se abriría otra posibilidad. En efecto, cómo observaba Voltaire, en el mundo determinista clásico no parece existir margen alguno para la creación; para cambiar algo de lo que esta predeterminado desde el principio. La visión relativista no hace más que enfatizar este punto de vista, el espacio-tiempo en conjunto con su pasado presente y futuro parece estar dado por las ecuaciones de Einstein.
En el Universo cuántico, existe un determinismo de potencialidades. Lo que efectivamente ocurre no esta únicamente determinado, sin embargo el menú de posibilidades parece estar dado de una vez para siempre. No es claro que un Universo regido por leyes probabilistas de más margen al libre albedrío que un Universo determinista. Es un problema abierto cuya solución puede requerir, además de consideraciones de carácter filosófico, tener una cosmología cuántica consistente, pero la respuesta a este problema dista de ser obvia cómo lo era en el caso clásico.
Puntos de vista similares en cuanto a la naturaleza del mundo físico han sido sostenidos por Russell y Whitehead y las primeras ideas en este sentido fueron esbozadas por Leibnitz con su doctrina de las mónadas. Quisiera concluir con una cita tomada de uno de los últimos trabajos de Bertrand Russell: [15] “se supone que existe una brecha entre mente y materia y un misterio que se considera en algún sentido imprudente tratar de disipar…..Pienso que el misterio se produce por una concepción errónea del mundo físico y por un temor maniqueo a degradar el mundo mental al nivel del mundo supuestamente inferior de la materia.”
Los avances en la tarea de revisión de los conceptos filosóficos tomando en cuenta los progresos científicos de los últimos ciento treinta años han sido lentos. Mi intención fue recordar que el trabajo es posible, que la física nos presta algunas herramientas que deben agregarse a las proporcionadas por las otras ciencias para reconstruir el barco en el que ha navegado el pensamiento durante los últimos siglos y que el resultado lejos de empobrecer nuestra visión del mundo y del hombre, puede permitir que esta alcance nuevas dimensiones.
Agradecimientos. Un recuerdo muy especial para Uruguay Rosanni quién me impulsó a realizar este trabajo y cuyo lamentable fallecimiento nos sorprendió al poco tiempo de entregarle el primer borrador del mismo. Agradezco a Lucia Lewowicz quien realizó una revisión concienzuda del manuscrito y me hizo notar algunas consecuencias filosóficas que me habían pasado desapercibidas.
Referencias.
[1] Zygmunt Bauman. Intimations of Postmodernity. London, New York: Routhledge.(1992) [2] Palabras de Otto Neurath, que alcanzaron celebridad con Quine, in Word and Object y la creación de su verificacionismo holístico. [3] Paul Feyerabend. Against Method: Outline of an Anarchistic Theory of Knowledge (1975), ISBN 0-391-00381-X, [4] Galileo Galilei, Diálogos acerca de dos nuevas ciencias. Editorial Losada (1945) [5] Galileo Galilei Il Saggiatore, 1623 en Le Opere di Galileo Galilei, Edizione Nazionale, ed. Antonio Favaro, Florence, Barbera, 1890-1909; [6] René Descartes. Principia philosophiae1644 [7] Voltaire. Lettres Philosophiques, c. 1778 [8] Isaac Newton. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687) [9] Rodolfo Gambini y Rafael Porto. Relational Reality in Relativistic Quantum Mechanics, Physics Letters A 294, 129 (2002) [arXiv:quant-ph/0105146].
[10] Alfred North Whitehead. Science and the Modern
World. 1997 paperback, Free Press (Simon & Schuster), [12] Daniel Dennett. Consciousness Explained (Back Bay Books 1992) [13] Thomas Nagel, What Is it Like to Be a Bat?, Philosophical Review, pp. 435-50. [14] David Chalmers. The Conscious Mind: In Search of a Fundamental Theory (1996). Oxford University Press. [15] Bertrand Russell My Philosopical Development London: George Allen & Unwin.
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