El Principio de incertidumbre y su influencia en la vida cotidiana

En el año 1905 fue cuando Albert Einstein, de 26 años de edad, sorprendía al mundo de las ciencias, con sus cuatro aportes a la física de lo más pequeño a lo más grande; Werner Heisenberg, era un infante de apenas 4 años. Más tarde, en 1927 con entonces, también, 26 años de edad, presenta éste, a su vez, el Principio de Incertidumbre. Un original aporte a la Física el cual lo inmortalizó, pues es una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1932. El principio de incertidumbre ejerció una profunda influencia en la física y en la filosofía del siglo XX, y lo seguirá ejerciendo todavía, pues es considerado el pivote fundamental de la mecánica cuántica, sobre el cual cabalgan todas las leyes de la naturaleza. Falta mucho camino por recorrer: tenemos la Química cuántica, con aplicaciones en la farmacología y la bioquímica; la Informática cuántica, donde se esperan futuros ordenadores, con una capacidad de almacenamiento y rapidez, casi infinitas. En la comunicación instantánea de las bandadas de las aves, y en el cardumen de los peces para orientarse, evadir escollos y peligros, se podría estudiar esto mejor, con la Biología cuántica; pues podría parecer que en estos fenómenos de movilidad masiva y armónica, se presenta un entrelazamiento cuántico. Por otra parte, en las relaciones sociales con los fenómenos de masa crítica en la transmisión del conocimiento de las especies, y en los encuentros casuales entre las personas, podría aplicarse la Sicología cuántica. Poco, a poco, la Ciencia ira descubriendo y aplicando, en el diario vivir, la Incertidumbre Cuántica. Este Principio, es el resultado típico, de un Gedankenexperiment, o experimento mental, pues es la proyección de la mente de un físico, armada con principios matemáticos matriciales aplicados al naciente universo cuántico. Allí, las leyes de la física clásica no operan, por lo que mente de estos genios entran en shock, y plantean soluciones no convencionales, sin embargo, lógica y matemáticamente correctas. Para eso veamos el universo donde operan estas leyes naturales.

El átomo

El átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que tiene existencia propia y mantiene inalterable sus propiedades, el cual no es posible dividirlo mediante procesos químicos. Esta expresión la acuñaron Demócrito y Leucipo filósofos naturalistas de la antigua Grecia. Etimológicamente, átomo significa unidad indivisible; la intuición de estos sabios proponían que la base más elemental de la materia, era indivisible, e inalterable. Pues eran los ladrillos fundamentales conque la naturaleza construía todas las formas del mundo físico. Por consiguiente, geométricamente, no deberían tener extensión, ni forma. Transcurrieron casi XXV siglos en la historia de las ciencias; así, a comienzos del siglo anterior, los físicos comprobaron que esta unidad no era tan básica y simple, como la entendían los griegos, pues contenía componentes subatómicos que los denominaron electrones, neutrones y protones, y a su vez, los protones otros más pequeños, como los quarks. También, algunos años después, lograron penetrar el núcleo atómico y dividirlo, liberando con ello, grandes cantidades de energía que contenía en su interior y algunos gobiernos, le dieron aplicación militar e industrial. En estas condiciones, ya, ésta entidad básica de la naturaleza no le queda bien el nombre que sustenta, el de átomo, porque su nombre es inapropiado y adolece de anacronismo. Sin embargo, los físicos y químicos conservan este nombre en sus prácticas y experimentos.

Dado este breve historial del átomo, podríamos dar una definición de esta entidad que se encuentra comprometida con todos los fenómenos materiales del universo. Se cree, todavía, que la masa y la energía, como una expresión física de millones de átomos, son los constituyentes básicos de la naturaleza. Sin embargo, en los últimos años, el papel de la "información" como constituyente básico de la realidad material ha ido cobrando un interés cada vez mayor para la física. Vlatko Vedral, físico teórico de la Universidad de Oxford Inglaterra, afirma: el constituyente básico de la realidad material, no es la masa, ni la energía, sino la información. En tal sentido, diríamos que el átomo, es un paquete primordial de energía e información de la naturaleza que interviene en todos los procesos fenoménicos de la materia. Este paquete primordial es una entidad absolutamente dinámica, cuyas partes internas son interdependientes y complementarias; son sus componentes y sus relaciones al interior que le dan vigencia a su existencia, pues un electrón, o cualquier componente subatómico no pueden existir, aisladamente, fuera de su contexto natural, por más de una millonésimas de segundo. Es importante destacar que las leyes que se cumplen al interior de este paquete de energía e información, son muy diferentes y, por demás, extrañas al sentido común de las que se conocen en el universo macro de la materia, y magistralmente enseñadas por Newton.

A comienzos del siglo anterior surgieron los promotores de esta nueva teoría científica, tales como Planck, Bohr, Einstein, Luis de Broglie, Heisenberg, Schrödinger que lideraron la construcción teórica de la Mecánica Cuántica. Muchos desvelos y debates acalorados se dieron para implantar una nueva percepción del universo cuántico, tan diferente del mundo clásico. Fue a tal punto el grado de fricciones entre ellos, que Albert Einstein, siempre mostró un permanente desacuerdo con sus colegas, a pesar de que su genial mente había hecho grandes aportes a las ciencias, pues en 1905, ese mismo año, escribió cuatro artículos fundamentales sobre la física de pequeña y gran escala. En ellos explicaba el Movimiento Browniano, el Efecto Fotoeléctrico, también, desarrollaba la Relatividad Especial y la Equivalencia entre masa y energía, aportando la mundial y famosa relación de equivalencia entre masa-energía, por la cual se le conoce: E=mc2, y que posteriormente fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1921 por el Efecto Fotoeléctrico. Mató el tigre se asustó con el cuero, pues era una verdadera caja de Pandora las nuevas propiedades descubiertas de la materia al interior de átomo. El Principio de Incertidumbre y, sobre todo, el Entrelazamiento Cuántico, por su mente cartesiana, no lo podían admitir. Pues no era nada fácil diferenciar las leyes naturales de la física clásica, (donde opera el paradigma cartesiano, el de yo y el mundo objetivo allá afuera), del de las nuevas leyes descubiertas al interior del átomo, donde la presencia del observador es determinante para ver el fenómeno cuántico, sobre todo en el misterioso tema cuando se trata de la naturaleza dual de la materia: onda-partícula en el experimento de la doble ranura. Ya que las primeras no eran aplicables y conciliables con las segundas. Perplejos se encontraban estos científicos, como Alicia en el País de la Maravillas, cuando se metió en la madriguera y descubrió un fantástico e irracional universo regido por sus propias leyes, que nada tenían que ver con su mundo real. Y que a pesar de ello funcionaba. La relación causa-efecto que se evidencia en la física newtoniana, es muy difícil de ver, por no decir imposible, objetivamente en la mecánica cuántica. En el primer caso las leyes son predecibles y cuantificables con exactitud, en el segundo, son inciertas y probabilísticas. El Principio de Incertidumbre de Heisenberg, es el pivote de las leyes de la mecánica cuántica y sobre el cual cabalgan todas las leyes de la naturaleza. Este Principio es crucial y determinante en el universo cuántico. El átomo, o el paquete de energía e información, como lo llamamos aquí, es una proyección de la mente del observador, es el reflejo de la teoría científica soportada rigurosamente por las matemáticas. Es una verdadera simetría matemática en el sentido Platónico. Este filósofo griego afirma, en el Timeo, que el mundo que vemos es la copia fiel de nuestras ideas. El átomo, como cualquier representación del mundo es, primero, una idea. Es un modelo mental de esa unidad básica de la naturaleza que hemos definido como un paquete primordial de energía e información. Como ese modelo es dinámico y sus componentes internos rotan a velocidades muy cercanas a las de la luz, y además, tienen ubicaciones probabilísticas inciertas para el sentido común.

Las leyes al interior del átomo

En la vida diaria vemos las cosas porque reflejan la luz. Las partículas de luz, llamadas fotones, (nombre propuesto por Albert Einstein en su ensayo el Efecto fotoeléctrico), llevan a nuestros ojos y después a la mente, la información acerca de la posición de los objetos. Para ver –y sobre todo ubicar— partículas cuánticas sería preciso que reflejaran por lo menos una partícula de luz. Una pelota, por ejemplo, no se desvía al intercambiar impulso con una ráfaga de fotones, por intensa que ésta sea; pero cuando un fotón rebota contra un electrón en movimiento, el impulso que el fotón le transfiere al electrón es suficientemente grande para desviarlo. Afirman los físicos de la mecánica cuántica, que un solo fotón basta para alterar notablemente la posición y la velocidad –y por lo tanto la trayectoria– del electrón. Cuanta más pequeña es la longitud de onda de la luz con que se ilumina al electrón, mayor es la exactitud con la que podemos determinar su posición, pero también es mayor el impulso que intercambia el fotón con el electrón, por lo que se pierde precisión en la medida de la velocidad. Este razonamiento llevó a Werner Heisenberg a concluir que "cuanto más exacta es la medida de la posición, menos lo es la de la velocidad, y viceversa".

La escala microscópica en la que se nota este fenómeno está dada por lo que los físicos llaman la constante de Planck, h. Es una constante de la naturaleza donde impera el reino de lo infinitamente pequeño. Es una relación matemática descubierta por Max Planck en 1899. Cuando la precisión con que se requiere medir la posición y la velocidad se aproxima a la escala de h empieza a notarse esta imposibilidad de medir ambas variables con toda precisión. En la vida diaria y macroscópica las imprecisiones en las medidas de posición y velocidad son siempre gigantescas comparadas con h. Aquí, en el mundo macro de la vida diaria, se puede medir la velocidad y la trayectoria de un móvil, por ejemplo, el impacto de un proyectil a un objetivo previo, ignorando estas imprecisiones.

Es en la escala de las partículas subatómicas donde el principio de Incertidumbre hace de las suyas. Heisenberg interpretó este resultado así: puesto que la mecánica cuántica no permite que se midan con toda precisión la posición y la velocidad a un tiempo, y puesto que, en su opinión, lo que no se puede medir no existe, las partículas subatómicas, no tienen posición ni velocidad determinados; por lo tanto, no tienen trayectoria. Cuanto más precisa es la medición de su posición, menos precisa es la posibilidad de medir su velocidad, (o momentum) y viceversa. Este principio tiene unas profundas implicaciones, tanto para el concepto Causa-Efecto clásico, cómo para la determinación de eventos en el pasado y en el futuro.

Toca terrenos no solamente de las leyes de la física, sino también, con principios filosóficos tales como el determinismo versus el indeterminismo. Según el filósofo español, Ferrater Mora, el determinismo, implícito en la física clásica, afirma: Que todo lo que ha habido, hay y habrá, y todo lo que ha sucedido, sucede y sucederá, esta de antemano fijado, condicionado y establecido, no pudiendo haber ni suceder más de lo que está de antemano fijado, condicionado y establecido. Para un físico de la escuela de Newton, hay determinismo, pues teniendo conocimiento de un cierto número de hechos observados en el instante presente o pasado, y conociendo a su vez ciertas leyes de la naturaleza, le es permitido inferir que un fenómeno X, observable tendrá lugar en época posterior. Pierre Simón Laplace, el científico francés determinista por antonomasia, postula la siguiente: «Debemos contemplar el estado actual del universo como efecto de su estado anterior, y como causa del siguiente. Una inteligencia que en un instante dado conociera todas las fuerzas que animan la naturaleza y la situación respectiva delos seres que la componen, si fuera además suficientemente vasta como para someter a análisis sus datos, acogería en la misma fórmula el movimiento de los mayores cuerpos del universo y los del átomo más ligero: nada sería incierto para ella y tanto el porvenir como el pasado estarían presentes ante sus ojos».

Y no era para menos, porque con ésta mecánica newtoniana, se pueden calcular el movimiento de las órbitas de los planetas, los cometas, inclusive calcular anticipadamente, la trayectoria de meteoritos que puedan impactar a la tierra. Esto, nos permite corroborar que las leyes de la física clásica tienen una absoluta vigencia en la vida cotidiana, pues estas se aplican, también, muy exitosamente en toda la tecnología electromecánica. Son dos universos muy diferentes, el de la vida cotidiana con su tecnología previsible y aplicable, y el de la mecánica cuántica, donde reina la indeterminación. Los físicos descubrieron que, aunque en nuestra vida cotidiana las cosas parecen existir sin que pongamos nada de nuestra parte, es decir, independientemente del observador, o al menos eso parece hasta ahora; en el nivel cuántico de la materia no ocurre lo mismo, ya que las observaciones científicas condicionan lo que se está observando.

Hasta aquí todo parece muy fácil, hay un universo cuántico regido por sus propias leyes, y otro macro, el de la mecánica clásica, donde la relación causa-efecto es identificable por nuestra intuición; ¡pero no!, la leyes de la mecánica cuántica se atraviesan, de alguna manera y no reconocida por la Ciencia todavía, en el diario vivir de la naturaleza humana, especialmente la Incertidumbre, el Entrelazamieto Cuántico, y también, la influencia determinante del observador en el experimento de la doble ranura en el colapso de la onda-partícula, y con esto, nos metemos en terrenos filosóficos. Pues, todo el Universo está constituido por partículas elementales cuyo comportamiento puede ser corpuscular u ondulatorio, ambas posibilidades están superpuestas. El proceso de observación de un campo Cuántico hace que este colapse a través del proceso llamado decoherencia Cuántica hacia un estado estable de Física Clásica. Las cosas aparecen estables cuando se las observa, nunca antes. Pero veamos: ¿Qué significa el colapso de una función de onda?

Los físicos de la mecánica Cuántica, afirman que un electrón está descrito por una función de onda. Y continúan diciendo, cuando medimos con algún instrumento, una pantalla o un detector, la posición de un electrón, encontramos a éste en algún punto del espacio. En el momento en el que determinamos la posición del electrón o, lo que es lo mismo, en el momento en que éste se manifiesta como partícula o corpúsculo, la función de onda se anula en todos los puntos del espacio salvo en aquél en donde hemos encontrado al electrón. A esta repentina concentración de la función de onda en un solo punto la llamamos colapso. Es decir un electrón está en todos los sitios de un campo, hasta que se lo observa, y es entonces cuando aparece en un sitio determinado dentro de su campo.

En las leyes naturales y en las civiles, con mayor razón, no existe la certeza absoluta de nada. Nuestras intenciones y nuestra voluntad que apliquemos en lo que emprendamos en la vida, no garantizan que tengamos éxito. Nuestra vida personal está atravesada, y no sabemos en qué medida, por el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, también, como una sombra constante en el trasegar diario nos acompañan las dificultades. No hay vía regia hacia la felicidad y a la plenitud, pues el camino es sinuoso y tachonado de escollos.

En la vida diaria, se le denomina, suerte o casualidad. Se dice, que alguien tiene, una buena, o mala suerte para sus empresas. Como si fuera poco, los accidentes personales son, también, una variable imponderable en nuestra vida. La atención y la intención del observador juegan un papel muy importante en estos procesos, para que la incertidumbre, con mayor probabilidad, esté a nuestro favor.

Esto opera a nivel individual, y también, en el colectivo de los pueblos. Las personas y las naciones más exitosas, son las que tienen muy claros sus sueños y muy focalizados sus propósitos con la atención y la intención. Al fin al cabo nuestros cuerpos físicos son la sumatoria de los componentes subatómicos. Si hacemos una extrapolación de dicha ley natural, tenemos el siguiente ejemplo: si tratamos de llegar al trabajo todos los días a una hora exacta, con una precisión de segundos y milésimas de segundos, es probable que nunca lo logremos, o tal vez lo logremos algunas veces. Pero esta precisión milimétrica no se dará todos los días, porque en el camino hay una serie de variables imponderables que nos desvían del curso. Este principio opera en el corazón de la materia, eso lo sabemos muy bien por la Física Cuántica, a nivel de las partículas elementales, pero se extiende al mundo macro de la materia y hace presencia en nuestros proyectos de vida. Lo único sobre lo cual podemos ejercer control en nuestra vida, cosa nada fácil por lo demás, es sobre nuestros pensamientos y emociones; lo que significa que si nos preparamos muy bien, somos proactivos y muy competitivos, para hacerle frente a un mundo tan competido, tendremos más probabilidad de contar con el éxito personal, mucho más que aquellos que están menos preparados para lograr un mismo objetivo común.

Metafóricamente, nuestra vida personal se parece a un partido de futbol, pues sabemos por experiencia propia, que tiene más probabilidad de remontar el marcador a su favor el equipo que más horas dedique a su entrenamiento y mejores estrategias de juego presente, más no tiene la certeza absoluta de ganarlo. La pelota en la cancha, de alguna manera, podría parecerse a un electrón, ya que es fluctuante y variable en lo referente a su velocidad y su posición. Un espectador (el observador) no podrá, jamás, determinar la trayectoria de la pelota en movimiento después de que un jugador la reciba, ya que éste haría las veces de un fotón y la desviaría a un sector muy probable de la cancha para intentar anotar un gol.

Autor:

Néstor Jaramillo Hernández

Medellín, marzo 15 de 2014