Nunha sociedade do espectáculo e do beneficio inmediato, en moitos casos priman as ocorrencias e o sensacionalismo. A divulgación científica non é allea a esa tendencia; un exemplo é o claro abuso do termo ‘cuántico’ como adxectivo (ioga cuántico, terapias cuánticas,…) ou a filtración en debates filosóficos como determinismo, libre albedrío, conciencia, etc.
Levamos algo máis dun século desde os primeiros pasos da Teoría Xeral da Relatividade (TXR) e dos principios básicos da mecánica cuántica e aínda nos poden sorprender tanto as súas derivas conceptuais como a extraordinaria precisión dos experimentos que os confirman.
Antes de continuar lembremos que o termo ‘teoría’ en ciencia ten unha connotación diferente da habitual noutros contextos: non se trata dun modo de especulación, máis ben da elaboración dunha explicación que ampare todos os feitos relacionados e experimentalmente confirmados, feitos que, normalmente, se recollen en principios ou leis científicas. Propiamente, non existe unha teoría con maiúsculas (comparábel á TXR) que asente, de forma xeral, os principios que conforman a cuántica: dos inicios temos as ideas de M. Planck e de Einstein sobre como a enerxía, nos sistemas cuánticos, aparece sempre en valores discretos, está cuantizada, e isto significa que ‘contamos’ en lugar de ‘medir’ (cos límites dunha metáfora, é como o viño embotellado fronte ao servido a granel). Nesa liña do cuántico, temos a ordenación dos electróns nun átomo (que xa avanzou N. Bohr) ou a natureza dual de todas as ‘entidades cuánticas’ (electróns, fotóns da luz…, vémolos, ás veces, como partícula e outras como onda), ideas que avanzaron L. De Broglie e o propio Einstein; temos, tamén, o ‘principio de incerteza’ que atopou W. Heisenberg, etc.
Foi no 1925 cando Heisenberg presentou unha formulación matemática na que substituía variábeis clásicas (posición ou ‘velocidade’ dunha partícula, etc.) por ‘observábeis’, definidos por matrices (un tipo de operador matemático). Ao ano seguinte, E. Schrödinger deunos unha formulación alternativa empregando ‘funcións de onda’ (na idea da dualidade ‘onda-partícula’) para describir a evolución dun sistema cuántico (unha evolución, por certo, ben ‘determinada’ e continua); ‘case por instinto’ foron dándose significados a esas funcións ata que M. Born as relacionou coa probabilidade de obter un resultado u outro cando tomamos medidas. O curioso é que para certas solucións desas funcións, sen presupor nada, xorden números enteiros, unha cuantización matemática. O propio Schrödinger demostrou que os dous formalismos eran equivalentes en canto a resultados.
Entre eses ‘ocos e flecos’ está o ‘problema da medida’: medir propiedades dun sistema cuántico implica, inevitabelmente, alteralo.
Non debemos confundir as posteriormente elaboradas Teorías Cuánticas de Campo (electrodinámica cuántica para o electromagnetismo, etc.), moi eficaces na súa función concreta (aínda que falta a gravidade), con esa inexistente ‘Teoría xeral cuántica’. Velaí a insatisfacción de moitos dos protagonistas iniciais (Einstein, Schrödinger De Broglie, Pauli,…) e as súas obxeccións; e velaí, tamén, a razón de que na filosofía da ciencia haxa varias ‘interpretacións’ que intentan suplantar tal ausencia teórica á hora de explicar certos ‘ocos ou flecos’. Aínda parece maioritaria a chamada ‘interpretación de Copenhague’ que liderou Bohr, pero existen outras interesantes como as propostas de Bohm (quen, na liña de Einstein ou De Broglie, imaxinou ‘variábeis ocultas’ que determinarían o comportamento dun sistema), a dos ‘mundos paralelos’ de Everett, etc.
Entre eses ‘ocos e flecos’ está o ‘problema da medida’: medir propiedades dun sistema cuántico implica, inevitabelmente, alteralo. Coa interpretación de Copenhague imaxinamos que a función de onda que describe o sistema (un electrón en certas condicións, etc.) colapsa xusto cando medimos algún aspecto concreto. Schrödinger, a quen non lle convencía esa explicación, presentou un ‘experimento mental’ que se faría famoso: o do gato metido na caixa xunto a un dispositivo mortal que se activaría ao desintegrarse un átomo radioactivo alí presente. Mentres non se abra a caixa, cabería imaxinar a superposición de estados, combinados nunha única función de onda, o típico da cuántica: átomo desintegrado ou non (e, polo tanto, ‘gato morto’ e ‘gato vivo’). De aí xurdiu o absurdo mito, divulgado, de que a mirada do observador (aínda peor, a súa conciencia) é o que fai colapsar a función ata ficar nun único estado observábel. Hai que preguntarse que pinta aquí a conciencia ou por que non ía ser determinante a mirada do propio gato, etc.; e agora sabemos que a función de onda do sistema cuántico ‘entrelázase’, enmarañaríase con todo o que ten arredor (gato, veleno, aire,…) xa antes de abrir a caixa. O resultado desas interaccións é o que coñecemos como decoherencia: é a perda de cohesión do sistema cuántico! Sabemos que un sistema, canto máis grande é, máis rápido sofre esa decoherencia e, de feito, un dos grandes problemas actuais na construción de ordenadores cuánticos é conservar a función de onda, co solapamento dos seus ‘qubits’ (bits cuánticos), sen caer nela.
O solapamento de estados cuánticos e a evidencia de que, da función de onda, ao final só quedan probabilidades, levou á idea da indeterminación cuántica e isto alimentou liñas especulativas, ás veces fóra de contexto, como o fin do determinismo na Física ou o papel da conciencia humana na evolución do Universo,… ata chegar a outras excentricidades ou fraudes (cando menos, semánticos).
Incerteza e indeterminación son dous conceptos relacionados pero ben distinguíbeis.
En anos de docencia atopeime con libros, incluso de texto, onde o ‘principio de incerteza’ de Heisenberg aparecía, erroneamente, como ‘principio de indeterminación’. O principio emparella certas ‘variábeis’ (a posición e o produto da masa e velocidade dunha partícula ou a enerxía e o tempo dun evento,…) que, á hora de obter medidas, se interfiren: mellorar a precisión dunha prexudica a precisión da outra (aumenta o seu límite de incerteza). Ese límite teórico é inevitábel; pódese explicar de varias formas pero xa é, de inicio, unha consecuencia da álxebra matricial empregada por Heisenberg.
Incerteza e indeterminación son dous conceptos relacionados pero ben distinguíbeis. A incerteza é algo consubstancial á calquera medida: medir sempre implica unha incerteza, unha certa imprecisión; se mides unha lonxitude e obtés un valor con dous decimais, podes preguntarte cal sería a terceira cifra decimal e empregar un aparello máis preciso só trasladaría a dúbida aos seguintes decimais. Tamén hai números fixos que usamos cunha incerteza propia, como o famoso e omnipresente número pi, π; diante dos seus díxitos infinitos, só podemos usar aproximacións. As imprecisións transmítense en calquera cálculo con números reais e hai todo un tratamento de datos que permite saber, traballando correctamente, en que límites de precisión nos movemos ao final. Hai outras incertezas que xorden das propias ecuacións pois, na Física, a maioría leva á solucións aproximadas: o estudo de tres simples corpos puntuais, que se moven baixo as súas propias interaccións, só pode ofrecer unha ‘solución exacta’ baixo determinadas condicións (moi particulares e ben escollidas).
A cuántica non está definida expresamente para o mundo do moi pequeno, hai un principio de complementariedade que fai de ponte para incluír a nosa escala e, de feito, hai múltiples aplicacións tecnolóxicas.
Resulta obvio que o determinismo é un elemento esencial no desenvolvemento das ciencias experimentais, pero tamén é certo que superamos as entusiastas ideas de P. Laplace cando, no s. XIX, especulaba coa posibilidade dun ‘intelecto imaxinario’ (o ‘diaño de Laplace’) que, se puidera coñecer a posición de todos os corpos da Natureza e medir cada unha das forzas actuantes entre eles, chegaría a coñecer, perfectamente, o futuro do Universo. As propias incertezas (de medidas e cálculos) xa desmenten esa idea, pero hai algo máis.
A cuántica non está definida expresamente para o mundo do moi pequeno, hai un principio de complementariedade que fai de ponte para incluír a nosa escala e, de feito, hai múltiples aplicacións tecnolóxicas. Pero isto non debe confundirnos, nun estadio non imos detectar a onda asociada a un balón en movemento e os límites do principio de incerteza fican lonxe da nosa habitual ‘incerteza práctica’. A propia indeterminación, de existir nos sistemas cuánticos, non se expresa de forma cotiá: pese á deslocalización cuántica dos seus electróns e nucleóns, os átomos son estábeis e non imos ver que a materia se desfaga sen causa. Hai varias fronteiras entre o ‘cuántico’ e a nosa escala: unha é a lei dos grandes números, algo que, con moitos matices, é comparábel á diferenza entre meteoroloxía e climatoloxía, pero a brecha entre escalas é enormemente máis fonda. E outro límite, decisivo, vén da mencionada ‘decoherencia’.
O debate ‘indeterminismo-determinismo’ ten sentido nos congresos de Física cuántica pero as incertezas que temos nas nosas vidas non proveñen do indeterminismo cuántico, se é que existe; explícanse perfectamente por unha teoría determinista que tomou corpo na década do 1960, cando E. Lorenz, investigando sobre a previsión meteorolóxica, observou que, nas súas simulacións, mínimas variacións nos datos iniciais daban resultados completamente distintos (o citado problema dos tres corpos xa foi un precedente). A ‘Teoría do caos’ é propia de moitos ‘sistemas dinámicos complexos con forte sensibilidade ás condicións iniciais’ e, hoxe, ese caos determinista e omnipresente (en meteoroloxía, ecoloxía, medicina, hidrodinámica, astronomía,…) ten a súa cara máis popular no ‘efecto bolboreta’ (que nos deixou o título dunha conferencia de Lorenz de 1972).
As nosas incertezas meteorolóxicas veñen de aí, pero non lle botemos a culpa da crise climática ás bolboretas.
(Continuará)
