Edad Contemporánea – La Mecánica Cuántica (siglo 20)

El estudio de cómo conocemos la realidad, la epistemología, ha sido un hilo conductor fundamental en la historia de la filosofía. El siglo XX introdujo una revolución en la visión de las teorías de la filosofía natural sobre la realidad: la mecánica cuántica.

En 1900, Max Planck, un físico alemán, que trabajaba con las nuevas bombillas de luz inventadas por Edison, notó que el color de la luz cambiaba a medida que el filamento de la bombilla se calentaba, pero solo hasta cierto punto. Se volvía blanca pero no continuaba hasta azul o ultravioleta. No podía explicar la relación entre la temperatura de los filamentos y el color de la luz que producía y lo llamó la "catástrofe ultravioleta".

En 1905, Albert Einstein propuso una teoría para explicar el dilema de Planck y al mismo tiempo otra conexión inexplicable entre luces y electricidad: el "efecto fotoeléctrico".

Einstein argumentó que teníamos que olvidar la idea de que la luz es una onda y pensar en ella como una corriente de pequeñas partículas en forma de bala. El término que usó para describir una partícula de luz era cuanto. Para Einstein se trataba de un pequeño punto de energía y la luz estaba compuesta por pequeñas partículas o cuantos. La opinión física prevalente en ese momento era que la luz era una onda, más precisamente una oscilación del campo electromagnético. Esta naturaleza dual de luz, corpuscular y ondulante, no se parecía a nada que se hubiera visto antes.

La física depende de la experimentación para su avance y la confirmación del doble estado de los electrones llegó a mediados de los años 20 cuando se realizó un experimento en los Laboratorios Bell en Nueva Jersey, EE. UU. Dispararon un haz de electrones desde un cañón de electrones a una pantalla con dos ranuras para que los electrones pasasen a través de las ranuras y golpeen otra pantalla en la parte trasera. Los científicos descubrieron  que, a escala micro, los objetos físicos tienen una naturaleza dual: según las circunstancias, pueden comportarse como un conjunto de partículas o como una onda. La interpretación estándar nos dice que el electrón se lanza y se recoge como una partícula, pero se propaga como una onda.  Sin embargo la explicación teórica no desentrañaba los mecanismos de este fenómeno.

En 1927, Heisenberg y Bohr presentaron la llamada interpretación de Copenhague de este problema proponiendo que las ecuaciones de onda describían dónde podrían estar entidades como los electrones, pero que las entidades en realidad no existían como partículas hasta que alguien las buscara. El acto de observación causaba su existencia. En las propias palabras de Bohr, las entidades en cuestión no tenían "realidad independiente en el sentido físico ordinario". Este estado de existencia, en todos los estados posibles a la vez, se denominaba superposición coherente: el total de todos los estados posibles en que un objeto pueda existir. Cuando observamos un objeto, la superposición se derrumba y el objeto es forzado a uno de los estados de su función de onda. La interpretación de Copenhague fue probada teóricamente en un famoso experimento de pensamiento (una reflexión de filosofía natural) sobre un gato en una caja: el gato de Schrödinger (1935).

La nueva mecánica cuántica impuso dos restricciones filosóficas fundamentales sobre la teoría del conocimiento: 1. solo podemos saber la probabilidad de encontrar una partícula en un lugar dado; 2. el observador interactúa con lo que se está observando. Como consecuencia, el determinismo de la física clásica se considera una aproximación a una realidad donde la noción de conocimiento total parece imposible. Desde entonces el objetivo de cualquier interpretación metafísica de la mecánica cuántica es dar cuenta de estas violaciones epistemológicas.

Einstein se declaró muy escéptico de la nueva explicación. Él creía que, aunque se hubiese logrado mucho, los mecanismos de la teoría aún necesitaban ser entendidas. Descartó la idea de que la naturaleza se regía por el azar en su nivel más fundamental declarando:

"Dios no juega a los dados con el universo". Einstein

Para él la descripción probabilística del mundo natural no podría ser la última palabra. Tenía que haber una realidad objetiva, independiente del observador. La mecánica cuántica, por útil que fuera, tenía que ser una teoría incompleta. Creía en un nivel más profundo de la realidad física donde la normalidad de la física clásica existía: el determinismo y la separación del observador y lo observado.

Niels Bohr, por otro lado, vio la mecánica cuántica como una expresión del mundo de lo muy pequeño. Para él, no había razón por la cual las reglas de la física clásica también debieran aplicarse en un ámbito probabilístico y microscópico tan diferente.

En 1949, Bohr publicó Discussions with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics. Aquí encontramos el desarrollo tradicional de la discusión filosófica: tesis contra antítesis. La visión de Bohr era aleatoriedad y microscópica; la de Einstein fue determinista y macroscópico. Discutieron sobre sus respectivas tesis durante años.

Detrás del debate de Einstein-Bohr hay creencias opuestas sobre la física y, más que eso, sobre la naturaleza de la realidad última. La suya fue una "guerra religiosa", alimentada por dos formas muy diferentes de pensar sobre la Naturaleza y nuestra relación con ella.

Después de la segunda guerra se tomó la decisión pragmática de aplicar las ideas de la teoría cuántica y dejar de preocuparse por el lado filosófico. Esto llevó a una comprensión profunda de los semiconductores, lo que ayudó a crear la era electrónica moderna que produjo láseres, revolucionando las comunicaciones, nuevos avances médicos y avances en la energía nuclear. El debate metafísico sobre la realidad del mundo cuántico fue simplemente escondido bajo la alfombra.

A principios de los años 60, John Bell diseñó un experimento para descartar la teoría de Einstein y otros que la física quántica sea incompleta como explicación. Probó experimentalmente que la única forma en que las variables ocultas podrían explicar las predicciones de la física cuántica es si son "no locales", asociadas de alguna manera y capaces de transportar influencias instantáneamente entre ellas, sin importar lo separadas que estén.  Bell redujo esta idea a una sola ecuación matemática, publicada en 1964.

Sin embargo, todavía no hay una explicación teórica completa de los extraños resultados de la mecánica cuántica.

Más información
Max Planck (1858 - 1947)
Albert Einstein (1879 - 1955)
Niels Bohr (1885 - 1962)
Werner Heisenberg (1901 -1976)
Erwin Schrödinger (1887 - 1961)
John Bell (1928 -1990)


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