La mecánica cuántica puso patas arriba la física a principios del siglo XX. El mundo microscópico no seguía las reglas lógicas que los científicos esperaban, sino que revelaba una realidad que parecía imposible. Albert Einstein entró en escena. La mecánica cuántica surgió en parte gracias a sus aportaciones. Sin embargo, pasó décadas argumentando en contra de la interpretación de otros físicos.
Los famosos debates de Einstein con Niels Bohr no versaban sobre matemáticas o experimentos. Trataban de algo más profundo: qué es realmente la realidad y si la ciencia debe describir un mundo objetivo o simplemente predecir lo que veremos cuando lo midamos. Siga leyendo para averiguar por qué uno de los físicos más grandes de la historia rechazó la revolucionaria teoría que él mismo ayudó a crear.
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Albert Einstein y la mecánica cuántica
Como se describe en el libro ¿Qué es lo real? de Adam Becker, la historia de la mecánica cuántica es uno de los cambios intelectuales más profundos de la ciencia, una revolución que obligó a los físicos a abandonar siglos de conocimientos intuitivos sobre el funcionamiento de la realidad. A principios del siglo XX, el mundo microscópico se reveló mucho más extraño de lo que nadie imaginaba, funcionando según reglas que desafían el sentido común y cuestionan nuestros supuestos más básicos sobre la naturaleza de la existencia. Esta transformación no sólo requirió nuevas técnicas experimentales o herramientas matemáticas, sino que desencadenó una crisis filosófica que dividió a la comunidad científica en bandos opuestos.
En el centro de esta división se encontraba Albert Einstein. La mecánica cuántica, a pesar de las contribuciones del propio Einstein a su desarrollo, le preocupaba profundamente, no por sus predicciones matemáticas, sino por lo que la aceptación de esas predicciones podría significar para la propia naturaleza de la realidad. Sus objeciones darían forma a décadas de debate sobre lo que la física debería describir: ¿Es la realidad objetiva del mundo tal como existe independientemente de nosotros, o simplemente una poderosa herramienta para predecir lo que observaremos cuando miremos?
Los antecedentes de la revolución cuántica
En los albores del siglo XX, los físicos creían comprender la estructura básica de la realidad. Pero los experimentos atómicos echaron por tierra sus suposiciones fundamentales y les obligaron a desarrollar la mecánica cuántica, una nueva rama de la física con nuevas matemáticas. Esto reveló que los componentes básicos de la naturaleza funcionan según reglas tan extrañas que parecen ilógicas.
Antes de esta revolución, la física clásica se basaba en suposiciones intuitivas que explicaban el mundo observable. Los físicos veían los átomos como pequeñas esferas que se combinaban para formar compuestos, con posiciones, velocidades y energías específicas regidas por las leyes de Newton. Descubrimientos posteriores demostraron que los átomos estaban formados principalmente por espacio vacío, con electrones orbitando alrededor de un núcleo, un "modelo planetario" que sugería que los átomos obedecían las mismas leyes que los cuerpos celestes.
Sin embargo, los experimentos con átomos y luz revelaron un mundo microscópico radicalmente distinto en el que la energía viene en trozos discretos, la materia y la luz se comportan como ondas y partículas, y los electrones sólo ocupan niveles de energía específicos. Las matemáticas desarrolladas para explicar estas observaciones demostraron que las partículas pueden existir en múltiples estados simultáneamente e influirse mutuamente a través de grandes distancias, lo que contradice la experiencia cotidiana.
En su libro, Adam Becker explica que la mecánica cuántica aplica leyes físicas distintas a partículas idénticas dependiendo de si son observadas: el "problema de la medición". Los físicos desarrollaron tres respuestas:
- Albert Einstein y los realistas sostenían que la mecánica cuántica es incompleta y que las partículas tienen propiedades que la teoría pasa por alto.
- Niels Bohr y los antirrealistas afirmaban que las partículas carecen de propiedades hasta que se miden, por lo que las preguntas sobre la realidad no medida carecen de sentido.
- Werner Heisenberg sostenía que las partículas existen como "potencialidades" hasta su medición.
En 1927 surgieron dos visiones enfrentadas: los realistas insistían en que la física debía describir la realidad objetiva independientemente de la observación, mientras que los antirrealistas consideraban la mecánica cuántica una herramienta para organizar los resultados experimentales en lugar de describir la realidad.
La posición realista de Einstein: La mecánica cuántica debe ser incompleta
Einstein había contribuido a la teoría cuántica. En 1905, demostró que la propia luz viaja en paquetes discretos y cuantizados llamados "fotones". Pero las interpretaciones matemáticas de otros físicos le parecieron insatisfactorias. Becker explica que Einstein se oponía a abandonar una realidad que existe independientemente de la observación. Creía que la ciencia debía describir el mundo tal y como es y argumentaba que, si la mecánica cuántica describía situaciones como la del gato de Schrödinger, la teoría debía ser incompleta.
Einstein planteó esta objeción en un experimento mental sobre dos partículas que rebotan entre sí. Si se mide la posición y el momento de una partícula después de la colisión, eso determina instantáneamente las propiedades de la otra, independientemente de la distancia entre ellas. Sin embargo, según la mecánica cuántica, la otra partícula sólo puede existir como onda de probabilidad hasta que se observa directamente. Por tanto, o bien esa partícula tiene propiedades (momento y posición) que la mecánica cuántica no describe, o bien la naturaleza viola el principio de localidad, es decir,la idea de que los objetos sólo pueden verse influidos por su entorno inmediato. Por todo ello, Einstein llegó a la conclusión de que la mecánica cuántica no podía representar la verdad final sobre la realidad.
(Nota breve: el principio de localidad de Einstein dice que las influencias entre objetos distantes deben viajar a través del espacio entre esos objetos y tardar un tiempo en hacerlo, como el retardo entre accionar un interruptor de la luz y que la señal eléctrica llegue a una lámpara. Pero la mecánica cuántica predice que la medición de una partícula puede afectar instantáneamente a su compañera distante, como si al accionar un interruptor en Nueva York pudiera encenderse al instante una luz en Tokio, sin que exista ninguna conexión física entre ellas. Además del problema que describe Becker, esto también preocupaba a Einstein porque entraba en conflicto con su teoría de la relatividad, según la cual nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz).
Einstein creía que los avances futuros revelarían que la mecánica cuántica era una aproximación estadística de una teoría más profunda y completa. Becker explica que, en la mente de Einstein, esta teoría más profunda podría restaurar tanto la localidad como la realidad objetiva, preservando al mismo tiempo los éxitos prácticos de la mecánica cuántica.
| ¿Es posible encontrar una Teoría del Todo? Como explica Becker, Einstein imaginó una teoría unificada que resolviera los conflictos entre la relatividad y la mecánica cuántica. La búsqueda de una "Teoría del Todo" ha cautivado a los físicos durante casi un siglo, pero algunos científicos se preguntan si es un objetivo realista. Esta teoría unificaría las cuatro fuerzas que rigen todo en el universo: el electromagnetismo (que mantiene unidos los átomos), la fuerza nuclear fuerte (que une las partículas en los núcleos atómicos), la fuerza nuclear débil (que provoca la desintegración radiactiva) y la gravedad. Actualmente, la mecánica cuántica explica las tres primeras fuerzas, pero no la gravedad, que describe la relatividad general de Einstein. Einstein pasó 30 años persiguiendo este objetivo. Pero, en Perdido en las matemáticasla física Sabine Hossenfelder argumenta que la búsqueda se basa en una premisa acientífica: la suposición de que las leyes de la naturaleza deben ser elegantes y unificadas sólo porque los físicos encuentran esas teorías matemáticamente agradables. El problema no es que carezcamos de la sofisticación matemática necesaria para explicar la complejidad del universo, sino que tal vez persigamos una visión idealizada de ese universo que no es más que una ilusión. |
Los experimentos de John Bell validaron y cuestionaron las creencias de Einstein
En 1964, John Bell cuestionó la "prueba de imposibilidad" de John von Neumann de 1932, que parecía descartar cualquier interpretación de la mecánica cuántica en la que las partículas tuvieran propiedades definidas antes de la medición (teorías de variables ocultas). Becker explica que Bell descubrió que la prueba era errónea y desarrolló una prueba matemática -las desigualdades de Bell- para determinar experimentalmente si las partículas tienen propiedades predeterminadas.
Los experimentos de 1972 y 1982 demostraron que las partículas entrelazadas violaban las desigualdades de Bell, lo que demostraba que la mecánica cuántica presentaba una "espeluznante acción a distancia" (no localidad), tal y como temía Einstein. Sin embargo, esto también demostró que Einstein se equivocaba al afirmar que la mecánica cuántica era incompleta; a la teoría no le faltaba información, sino que la propia realidad es fundamentalmente no local.
| Por qué Bell pensaba que las preocupaciones de Einstein eran válidas Durante años, los físicos rechazaron las dudas de Einstein sobre la mecánica cuántica basándose en la prueba de von Neumann de que las variables ocultas eran imposibles. Sin embargo, esta prueba era defectuosa, ya que imponía un requisito poco realista de que las combinaciones de propiedades cuánticas que no pueden medirse juntas debían poder medirse igualmente, lo cual carece de sentido desde el punto de vista físico. Experimentos posteriores que pusieron a prueba las desigualdades de Bell revelaron que las partículas poseen una realidad objetiva (lo que apoya el realismo), pero también confirmaron que la "espeluznante acción a distancia" es real. Esto confirmó las preocupaciones de Einstein: el abandono de la localidad -elprincipio de que los lugares distantes son independientes- amenazanuestra comprensión fundamental de la causa y el efecto. En última instancia, el teorema de Bell demostró que la realidad cuántica es tan extraña e inquietante como sospechaba Einstein, demostrando que sus preocupaciones estaban justificadas y no eran demasiado cautelosas. |
Más información La opinión de Einstein sobre la mecánica cuántica
Para comprender la opinión de Albert Einstein sobre la mecánica cuántica en el contexto más amplio del debate, consulte la guía de Shortform sobre ¿Qué es real? de Adam Becker.
