35. ¿EL INDETERMINISMO CUÁNTICO ES REAL O SÓLO APARENTE? ¿IMPLICA LA FÍSICA CUÁNTICA QUE NO SE PUEDE HABLAR DE REALIDAD, SINO DE CÓMO SE NOS APARECE LA REALIDAD? Claudia E. Vanney
La física cuántica estudia los fenómenos físicos a escala microscópica. Estos fenómenos están muy lejos del alcance de nuestra observación. Además, la conexión entre el formalismo matemático de la física cuántica y los resultados experimentales es también muy indirecta. Como si esto fuera poco, diversos experimentos que manifiestan el indeterminismo cuántico desafían el sentido común. Por ejemplo, los electrones se comportan unas veces como ondas y otras como partículas. A diferencia de lo que sucede con la física de Newton, las propiedades de los sistemas cuánticos (posición, velocidad, energía, tiempo, etc.) no están, todas a la vez, bien definidas. Es más, los sistemas cuánticos no son caracterizados por sus propiedades, sino por una función de onda. ¿Pero qué es la función de onda? Se trata de un objeto matemático que contiene información sobre los estados posibles del sistema físico y sus respectivas probabilidades. Si bien las aplicaciones tecnológicas de la física cuántica son muy numerosas (el desarrollo de la electrónica, por ejemplo, se debe a ella), continúa presentando grandes desafíos a la hora de su interpretación. En los párrafos siguientes mencionaré brevemente algunas de las in252
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terpretaciones. Una de las dificultades iniciales que encontró la mecánica cuántica consistió en explicar qué sucede durante un proceso de medición. La primera explicación de la medición cuántica fue la hipótesis del colapso: durante el proceso de medición, la función de onda «colapsa» en un único resultado. La interpretación ortodoxa o interpretación de Copenhague propuso que, si bien todo sistema cuántico se encuentra en una superposición de sus estados posibles, cuando se realiza una medición éstos se reducen sólo al estado medido. Es decir, durante el proceso de medición el sistema escoge al azar uno de los posibles estados del sistema, en una evolución indeterminista. Según esta interpretación, la interacción del sistema con un observador (o aparato de medición) externo al sistema es preponderante para el colapso de la función de onda. La hipótesis del colapso condujo más tarde a algunas interpretaciones idealistas. Eugene Wigner o John Wheeler, por ejemplo, atribuyeron el colapso de la función de onda a la conciencia del observador. Sin necesidad de llegar tan lejos, el problema de la medición cuántica está señalando un hecho importante: durante el proceso de medición hay una interacción entre el sistema medido y el aparato de medición. Es decir, no se debe considerar que el sistema está aislado cuando se está midiendo. Pero admitir que los fenómenos físicos se encuentran mutuamente interconectados no significa que estos dependan intrínsecamente de la mente o conciencia del observador, como pretenden las interpretaciones idealistas. Algunos físicos, como Albert Einstein, se opusieron al indeterminismo de la física cuántica y sostuvieron que éste no es una característica de la naturaleza, sino una consecuencia de nuestra ignorancia. Según ellos, la mecánica cuántica es indeterminista porque no es aún una teoría completa. La aspiración de estos autores es encontrar una nueva teoría que vuelva a conectar los objetos microscópicos con leyes deterministas y no por medio de probabilidades. En esta línea se enmarca la interpretación de Bohm, quien desarrolló un nuevo formalismo para la física cuántica. El formalismo de Bohm postula la existencia de ciertas variables ocultas a un nivel inferior, que permitiría recuperar el determinismo en el nivel microfísico. Las interpretaciones anteriormente mencionadas consideran que la función de onda describe todas las posibilidades de un sistema indivi253
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dual del modo más completo. Las interpretaciones estadísticas de la física cuántica, en cambio, suponen que la función de onda no se refiere a un sistema individual, sino a un conjunto de sistemas. Las interpretaciones estadísticas asumen una visión instrumentalista de las teorías científicas que sólo busca relacionar el formalismo matemático con la práctica experimental y la predicción, sin aspirar a explicar o describir el mundo natural. Las interpretaciones estadísticas consideran que la función de onda es una función estadística abstracta, sólo aplicable a procedimientos similares que se repiten. Es decir, la función de onda no se refiere a un experimento individual, sino que es el resultado estadístico de muchos de ellos. Las interpretaciones modales constituyen otra familia de interpretaciones de la física cuántica. Estas interpretaciones focalizan su atención en las propiedades abiertas de los sistemas físicos, sin atribuir una especial significación al proceso de medición. Según las interpretaciones modales, el formalismo matemático de la mecánica cuántica especifica las magnitudes de los sistemas físicos, que tienen valores definidos. Las probabilidades, por su parte, dan cuenta de los posibles valores que pueden adoptar las magnitudes físicas. Para las interpretaciones modales, observar consiste en extraer una de las muchas posibilidades existentes. Pero el observador no perturba el sistema observado, sino que actualiza uno de sus estados potenciales. Es decir, según estas interpretaciones la indeterminación es una característica de nuestro mundo, pues el futuro no es simplemente desconocido, sino que aún no está decidido. Como existen varias alternativas abiertas, hay también oportunidades para la aparición de novedades. Pero entonces, ¿el indeterminismo cuántico es real o sólo aparente? Como hemos visto, para algunas interpretaciones de la física cuántica el indeterminismo cuántico es una propiedad intrínseca del mundo natural (interpretación de Copenhague o interpretaciones modales). Otras interpretaciones, en cambio, consideran que el indeterminismo es sólo aparente, una mera manifestación de nuestra ignorancia o de las limitaciones de las teorías actualmente vigentes (interpretación de Bohm). Un tercer grupo sostiene que las teorías científicas —incluida la física cuántica— no pueden afirmar ni el determinismo ni el indeterminismo del mundo natural (interpretaciones estadísticas). 254
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Las nociones de la física cuántica que desafían el sentido común ponen de manifiesto la necesidad de interpretar las teorías científicas desde perspectivas filosóficas meta-teóricas. Según Aristóteles, la causa material y la causa formal son dos co-principios de la realidad. Es decir, en la realidad natural no hay determinismo, sino un principio de determinación actual (causa formal). Tampoco hay indeterminismo, sino un principio de indeterminación potencial (causa material). Tanto el determinismo newtoniano como el indeterminismo cuántico son propiedades de las teorías físicas, no de la realidad. Si bien la física brinda conocimientos válidos de la realidad, la filosofía de la naturaleza, en su análisis de la causalidad, nos enseña otras cosas a las que la ciencia no tiene acceso. La segunda pregunta nos conduce a ahondar un poco más la relación de las teorías científicas y la realidad: ¿implica la física cuántica que no se puede hablar de realidad, sino de cómo se nos aparece la realidad? En los párrafos siguientes veremos que tampoco hay una respuesta unánime a esta cuestión desde la ciencia. Hasta finales del siglo XIX, las teorías científicas se interpretaron en clave realista. Para el realismo clásico, los modelos conceptuales de la ciencia son réplicas del mundo real. Los modelos científicos ayudan por tanto a comprender la estructura del universo de un modo directo. Pero la física cuántica puso fuertemente a prueba esta convicción. Quienes se aferraron con fuerza al realismo clásico, sostuvieron que la física cuántica no brinda una descripción completa de los sistemas atómicos. Estos autores consideran que la física cuántica es una teoría incompleta y transitoria. Por contrapartida, a comienzos del siglo pasado también empezaron a surgir visiones instrumentalistas de la práctica científica. Para el instrumentalismo, los modelos científicos son ficciones imaginativas que se utilizan en la construcción de las teorías y luego se descartan. Las teorías científicas serían sólo construcciones humanas convenientes, meras herramientas prácticas que permiten alcanzar un control predictivo y técnico de la realidad. Las posturas instrumentalistas no se preguntan por la correspondencia entre las teorías científicas y la realidad. Para ellos, la ciencia no dice nada sobre cómo es el mundo en sí, sino que sólo pretende un dominio tecnológico. 255
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Una posición intermedia entre el realismo clásico y el instrumentalismo se encuentra en el realismo crítico. Para este último, las teorías científicas son representaciones limitadas del mundo según interactúa con nosotros, pues las diversas situaciones experimentales ponen de manifiesto que las teorías científicas se correlacionan con diversos aspectos del mundo real. Según el realismo crítico, las teorías científicas aspiran principalmente a explicar el mundo, no sólo a controlarlo. En resumen, el mundo macroscópico de la física newtoniana es radicalmente diferente del mundo microscópico de la física cuántica: el macroscópico es determinista, pues en la física de Newton las leyes inexorables regulan el movimiento de todo el cosmos, de manera que si se conoce el estado precedente se puede predecir el futuro. En cambio, la física cuántica introdujo la aleatoriedad en la predicción de los eventos que ocurren en los niveles atómico y subatómico. El mundo newtoniano es reduccionista, pues el comportamiento del todo es el resultado del comportamiento de los componentes menores del sistema físico. Para la física cuántica, en cambio, el comportamiento del todo no se reduce al comportamiento de sus partes, pues los microcomponentes se rigen por leyes físicas distintas a las leyes de la física newtoniana. La física macroscópica es realista, pues asume que las teorías científicas describen el mundo tal como es en sí, con independencia del observador. Los sistemas cuánticos, en cambio, sólo definen sus propiedades cuando interaccionan con un observador. La física cuántica supuso una importante ampliación del conocimiento científico, que ofrece nuevas perspectivas a la reflexión filosófica. A diferencia de la física de Newton, la física cuántica sugiere un futuro no cerrado, la existencia de eventos interconectados y limitaciones en el conocimiento humano. Las diversas interpretaciones de la mecánica cuántica han asumido el desafío de indagar en estas cuestiones partiendo de argumentos científicos y filosóficos. Comprender la física cuántica es una cuestión aún abierta y que posee numerosos matices, como para admitir una solución trivial.
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PARA SEGUIR LEYENDO HEISENBERG, W., Física y Filosofía. Ediciones La Isla. Buenos Aires,1959. BOHR, N., Essays 1958-1962 on atomic physics and human knowledge. Bow Press. Woodbridge, 1963.
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