Para encontrar los rastros de la metafísica, la ontología y la verdad oculta en la física cuántica debemos analizar tanto las bases como las propiedades de ésta. El primer principio del que la cuántica parte es, precisamente el de la cuantización efectuada por Plank para explicar la catástrofe ultravioleta en la radiación del cuerpo negro. Me explico. La teoría y la experimentación diferían en gran manera en lo que a la radiación de los cuerpos calientes se refiere. La teoría esperaba un comportamiento de campana asimétrica y sin embargo en el límite ultravioleta del espectro (la descomposición en clases de longitud de onda de la luz por el calor) se producía una explosión de valores disparados al infinito. Para explicarlo Plank, supuso que la energía no era continua sino que se emitía en paquetes (cantidades discretas). Esta hipótesis no se correspondía en absoluto con la física clásica que trataba todas las cantidades como continuas. Fue entendido como el primer aviso de que la cuántica era diferente.

Sin embargo no era una diferencia sustancial, no era una nueva física, sino que se debía simplemente a un factor de escala. El propio Plank determinó que la relación entre la energía (E) emitida y la frecuencia (f) son inversamente proporcionales a la constante de Plank (h) cuyo valor es 6,6 X 10E-34 Joules por segundo. La constante (que se quedaría para participar en todo lo cuántico) es tan extremadamente pequeña (33 ceros después de la coma decimal) que a nivel humano sería absolutamente imposible distinguirla de una cantidad continua. Es (Miret Artes, 2015, 51), como distinguir en una catarata las gotas que la forman. La catarata “parece” continua. Esta constante será la responsable de que múltiples relaciones de proporcionalidad entre variables cuánticas y clásicas  sean tan disparatadamente desiguales como para que “parezcan” pertenecer a dos mundos diferentes. Pero es una simple cuestión de escala. Lo que “parece” continuo para la ciencia clásica (llamo ciencia clásica a la física de las partículas, las trayectorias, las posiciones y los momentos (m.v) que estableció Newton y a la que se tildó de causal y determinista), “parece” discreto para la ciencia cuántica. Cuestión de apariencias.

Es cierto que existían “nubes” (Kelvin) que empañaban el panorama clásico: 1) la discrepancia entre la teoría y el experimento en la catástrofe ultravioleta, 2) la discrepancia entre la teoría newtoniana del espacio y tiempo absoluto y las acciones a distancia frente a la teoría de los campos electromagnéticos de Maxwell (la física de los corpúsculos y las trayectorias frente a la física de las ondas y los campos), 3) la naturaleza del átomo: la transmutación (radioactividad), la imposibilidad de mantener los electrones en órbita, el factor de escala entre el núcleo (10E-13 cm) y el átomo (10E-8 cm) de 10E5 cm que lo presenta básicamente vacío, la tabla de clasificación de los elementos  de Mendeleyev, la espectroscopía (descomposición de la luz en distintas frecuencias), etc. 4) la necesaria armonización de todo esto con la relatividad. Hacía falta una nueva teoría. Bohr supuso  que la luz que emitían los átomos también estaba cuantizada. Los átomos existían en ciertos estados de energía discretos. No solo hacía falta una nueva teoría sino que era imprescindible establecer una correspondencia entre la clásica y la cuántica. Todo es cuántico pero debido al factor de escala se manifiesta como clásico perdiendo muchas de sus propiedades que “aparecen” clásicas.

Fue De Broglie quien estableció la dualidad onda partícula al relacionar las ondas (la longitud de onda) y las partículas (el momento, ímpetu o producto de la masa por la velocidad) con la constante de Plank. De nuevo el factor de escala hacía tan incomparables ambas manifestaciones de la naturaleza que es imposible que “aparezcan” juntas y distinguibles (aunque están y son diferentes). Toda onda esconde una partícula y viceversa. Hablamos de ondas electromagnéticas. Las ondas que se producen en un estanque o las sonoras son compatibles, en escala, con las partículas. La escala de las longitudes de onda es parecida a la de las partículas que abarcan desde los fotones a las estrellas masivas. De Broglie calculó que las únicas órbitas posibles para los electrones en el átomo están cuantizadas. Las órbitas también son discretas (y por eso no colapsan los átomos).

Se trataba ahora de establecer la ecuación de la onda que correspondía a una partícula o la interacción de varias (el electrón, el fotón…). Esa labor le correspondió a Schrödinger. Aquí la cosa se complicó. La ecuación (la función de onda) debía recoger todo lo que los experimentos habían desvelado. Había dos opciones: o encontrar una imagen o renunciar a ella. La interpretación de Bhor, la ortodoxa, la de Copenhagen, decidió renunciar. “Para Bohr, la función de onda de una partícula no es más que el conjunto de potencialidades (de resultados) de una medida” (Miret Artés, 2015, 64). En una palabra la función de onda decía donde se podía encontrar la partícula pero no donde estaba. Era una ecuación estadística. Para su creador la función de onda era todo lo que se tenía que saber sobre la partícula en cuestión. No hacía falta nada más.

No todos lo comprendieron así. Einstein (junto a De Broglie, Plank y Schrödinger) era partidario de una teoría clásica: objetiva, causal, determinista (no estadística), completa (consistente internamente y respecto a los experimentos). No querían enterrar el concepto de trayectoria (que representaba la evolución temporal del sistema). Aceptaban la posibilidad de variables ocultas como único modo de completar la teoría. Por su parte Bohr, Heisemberg, Pauli y Kramers se conformaban con un formulismo matemático coherente sin imagen objetiva, a-causal, a-determinista. Un conjunto de postulados junto con unas reglas matemáticas. Solo se admitían aquellas variables o magnitudes de la teoría que fueran susceptibles de ser medidas.  Ganaron estos últimos y Einstein se vio abocado a demostrar que dios no juega a los dados. No era una simple discrepancia. Era la guerra y Bohr estaba dispuesto a aceptar una nueva física mientras el equipo de Einstein… no.

Las propiedades que para los de Copenhagen caracterizaban la cuántica eran: 1) La función de onda representa el estado de la partícula (o de las partículas que interaccionan). Es una onda abstracta (pero también podría ser un campo) que nada tiene que ver con las ondas a escala humana. Su número de dimensiones se multiplica a medida que  aumenta el número de partículas. 2) La interpretación de la función es puramente estadística. El estado de la partícula (posición, velocidad, et.) viene dada por una posibilidad y no por una certeza. La función toma valores complejos. 3) La función de onda se puede expresar como superposición lineal de dos o más funciones de onda. La superposición se realiza como suma ponderada de modo que represente todos los estados de las partículas en interacción (átomo, molécula…) de acuerdo al principio de descomposición espectral y contiene toda la información. 4) Cuando la onda se enfrenta a una barrera más alta que ella la probabilidad de encontrar partículas al otro lado es no nula, (la función de onda tiene presencia a ambos lados de la barrera) es decir se produce el efecto túnel.

El modelo estándar (ME) de la física cuántica describe tres familia de cuatro partículas (de masa creciente) capitaneadas por el electrón, el pión y el tauón, y completadas con un neutrino y dos qwarks por familia. Se completa con las cuatro fuerzas de la naturaleza (electromagnetismo, nuclear fuerte, nuclear débil y gravedad) mediadas por las partículas mensajeras: fotón, gluón, Z y W y gravitón (no confirmado). El bosón de Higgs que proporciona masa a las partículas cierra el cuadro. Al añadir la relatividad a este modelo se urdió la teoría cuántica de campos cuyos resultados poco afinados obligaron a destapar la antimateria (cada partícula cargada presenta una antipartícula cargada complementariamente). La relatividad es una teoría clásica (determinista, causal, completa lo que dificulta su armonización con la teoría cuántica de campos que no lo es (estadística, a-causal, no admitiendo sino variables medibles). Se espera la aparición de una teoría superior (gravedad cuántica) para la que la mejor candidata es la teoría de cuerdas, en la actualidad sin ninguna comprobación experimental.

Ya tenemos los pares de oposiciones (metafísicos) cuya interpretación enfrenta a la cuántica y a la clásica: continuo/discontinuo, onda/partícula, espacio/tiempo, determinismo/probabilismo, trayectoria/superposición lineal, reflexión/efecto túnel. En definitiva el problema fundamental es: 1) son dos físicas diferentes o es una cuestión de interpretación. 2) El principio de no contradicción. Parece que es un problema de interpretación por cuanto las escuelas enfrentadas (causal, a-causal y estocástica) coinciden en aceptar el resultado de los experimentos. Deberá ser pues, cuestión de interpretación. Por otra parte el principio de no contradicción es un corolario de los pares de oposiciones irreconciliables que nos propone la metafísica: una cosa no puede ser una y la contraria. Si desaparecieran los pares de oposición desaparecería la contradicción. Antes de enfrentarnos a este problema vamos a hablar de la medida y del principio de incertidumbre.

El desgarrado. Septiembre 2019.