INTRODUCCIÓN AL PROCELOSO MUNDO DE LAS PARTÍCULAS Y OTRAS COSAS QUE IRÁN SALIENDO

El sentido común es la acumulación de prejuicios adquiridos hasta la edad de dieciocho años. (A. Einstein)

En lo que a física cuántica se refiere, la realidad debe entenderse como un prejuicio. (S. Martínez) 

Como dice Brian Greene, sin duda recogiendo el sentir de los grandes maestros: puedo afirmar sin riesgo a equivocarme que nadie comprende la mecánica cuántica. Esto es, la teoría vigente de las partículas, su movimiento, las energías y los campos asociados; y la explicación última de la materia y la energía. En efecto, en ese mundo endiablado y enloquecido, nada parece tener orden y todo escapa de la sujeción a leyes “normales” y a la lógica. Pero no tiremos la toalla tan pronto. Hay una buena cantidad de leyes cuánticas que han sido suficientemente probadas y que parecen ser leyes de la naturaleza. Y no olvidemos, por lo demás, que gracias a la física cuántica podemos disfrutar hoy de diversos adelantos tecnológicos: ordenador, móviles, energía nuclear, rayos láser,… Y como dice Feynman (uno de los grandes de este campo del conocimiento): La mecánica cuántica describe la naturaleza como algo absurdo desde el punto de vista del sentido común. Pero concuerda plenamente con las pruebas experimentales. Y en otro lugar nos advierte: A pesar de su gran éxito práctico e intelectual, no podemos estar seguros de qué significa la teoría cuántica. Pues vamos bien, si esta es la bienvenida al espectáculo, qué no nos deparará más adelante…

Estamos adentrándonos en un universo ultra microscópico (antepongo la palabra “ultra”, pues a veces el término microscópico se relaciona con bacterias y bichos por el estilo, y eso conduce a errores). Un mundo tan pequeño que en una sola bacteria habría billones de quarks, (una cantidad apabullante de esas partículas). Los quarks son, de momento, las partículas más pequeñas de la materia. Un quark mide 10 a la menos 16 centímetros; esto es, un cero coma seguido de quince ceros y un 1 en el puesto dieciseisavo. ¿Cómo es posible entender una longitud así? Un mundo que no se puede detectar con métodos convencionales; que solo deja rastros de su existencia en sofisticados (y costosísimos) aparatos de medición y rastreo. Un mundo sometido a una dinámica frenética, que se agita en un mar de violentas fluctuaciones cuánticas. Un mundo en el que el tiempo que mide esos fenómenos es casi, casi cero. Los fenómenos experimentales pueden ocurrir en un lapso de tiempo que ni siquiera podemos llegar a imaginar. Un suceso o la existencia de una partícula puede durar un femto segundo, es decir, 10 exponencial menos15 segundos; un cero coma seguido de catorce ceros y un 1 en el decimoquinto lugar. ¿Alguien puede siquiera imaginar tan magnitud temporal? Un mundo, en fin, que escapa a la lógica más abierta.

Continuemos con el principio. También Greene da una definición de mecánica cuántica a partir de la cual se puede redondear una primera visión de conjunto: Marco de leyes que gobiernan el universo y cuyos sorprendentes fenómenos, tales como la incertidumbre, las fluctuaciones cuánticas, y la dualidad ondapartícula se hacen más evidentes con las escalas microscópicas de los átomos y las partículas subnucleares. Primera discrepancia. De momento, la mecánica cuántica solo impera en el universo ultra microscópico y, tal vez, en los primeros momentos del Big Bang (por momentos entiéndase una fracción temporal equivalente a millonésimas de segundo (y cada día aparecen cortes temporales más pequeños…). Utilizando una frase ampliamente difundida, podemos decir que la teoría cuántica impera en el mundo ultra microscópico; la visión newtoniana lo hace en la dimensión de la realidad “normal”, la que percibimos nosotros como comprensible; mientras que en el vasto universo rige la relatividad de Einstein. Una dispersión de reglas y leyes que la llamada Teoría de Todo pretende superar; es decir, una teoría mecánico cuántica que englobaría (y explicaría) a toda la materia y las fuerzas que la gobiernan. El Santo Grial de la física, vamos.

Doy paso al maestro Gerard 't Hooft, que se explica mucho mejor que yo (y con mayor fundamento): Mi impresión es que esta teoría unificadora, una teoría del todo, aún requerirá el trabajo de muchas nuevas generaciones de investigadores jóvenes y listos. Aún no se ha conseguido siquiera elaborar una teoría convincente de la gravedad cuántica, que permitiría extender el dominio de las leyes cuánticas al mundo macro. La física actual trata de encontrar una teoría que unifique las cuatro fuerzas fundamentales (gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil). Esa búsqueda de la simplicidad unitaria, que se supone que subyace en la misma naturaleza de la materia y las fuerzas, es una obsesión para muchos físicos. Pero de momento la cosa va para largo, pues la gravitatoria tiene una expresión infinitesimal en el mundo ultra microscópico;  una presencia testimonial.

Ah, que no se me pase por alto. Hablo de física de partículas y también en el mismo contexto de mecánica cuántica. Esa mezcolanza requiere una explicación. La física de partículas es la parte de la física que estudia la materia y su funcionamiento en el ámbito  ultra microscópico. Y la mecánica cuántica es la teoría que explica y ordena la materia y su funcionamiento a ese nivel. Es decir, que solo las leyes establecidas por la mecánica cuántica (y sus métodos experimentales) permiten acercarse a la realidad (uf, qué incierto es emplear ese término en eso ámbitos) de las partículas subatómicas.

El comportamiento de los electrones en el átomo, establecido por Niels Bohr, condujo, entre otras cosas, a abordar la naturaleza básica de la física cuántica: qué es lo que estudia, describe y ordena esa parcela de la ciencia. Gary Zukav apunta otra aproximación a la respuesta. De acuerdo con ella, la física cuántica nos describe la esencia de la materia y el comportamiento colectivo de sus partículas elementales, y las probabilidades de comportamiento individual de las mismas.  Pero ese comportamiento está fuera de nuestras estructuras de conocimiento. Es un mundo ilógico, caótico, surrealista. Increíble, esa es la palabra, increíble. Pero funciona, vaya si funciona!

Y es que la cuántica es una teoría no exenta de paradojas, ni de sorpresas. Para la persona curiosa que se acerque a ella con ánimo de tener un conocimiento somero pero fidedigno, la encontrará relativamente fácil de entender. Pero para los físicos que bailan con ella, es extremadamente difícil. Y de eso puedo dar fe, pues cuando he dejado el nivel divulgativo y de “magia Borrás” y he intentado ahondar en las explicaciones y en el cálculo, me he encontrado con un follón de no te menees. Híper complicado. Pero los físicos no lo tienen mucho mejor que yo (¡Ah, cuánto se añora la elegante seguridad y elegancia newtoniana!). C. Bruce recoge una vieja broma que viene ni que pintada a lo que vengo diciendo: Si se reúnes a cuatro físicos para que discutan sobre la naturaleza de la realidad cuántica, es probable que surjan al menos cinco puntos de vista contradictorios entre sí. Anda que no tiene tela la cosa.

No olvidemos, en fin, otro de los escollos centrales que debemos abordar en la física cuántica. Penrose lo explica con toda claridad: Uno de los problemas más profundos se refiere al modo en que relacionamos los sucesos que se manifiestan en el mundo cuántico y los que se verifican en el nivel (macro) en el que efectuamos los análisis de dichos sistemas cuánticos.  Un aspecto a tener en cuenta, pues estará presente en muchos lugares del world tour que inicio por este mundo raro como ninguno.

Dejemos que sea L. Lederman el que haga balance de esta introducción: Se puede decir que la mecánica cuántica tiene tres cualidades destacables: 1) va contra la intuición; 2) funciona; 3) tiene aspectos que la hicieron inaceptable a los afines a Einstein.

Y si, a pesar de todo, lo que analizamos, conjeturamos, formulamos, investigamos, dudados, probamos, erramos y descubrimos continúa desconcertándonos y nos produce incomodidad intelectual, siempre nos quedará seguir el consejo del añorado Richard Feynman: Si no te gusta este universo, vete a otro.  

Bon appétit!

Y para los lectores que han tenido el humor de llegar hasta aquí,  les dejo una pequeña joya musical:

http://www.youtube.com/watch?v=oV_yoR-5-rE