Introducción


Una teoría física no es un mero formalismo. Todo formalismo
conlleva una interpretación que lo hace comprensible. En este
sentido, la teoría cuántica es quizá la teoría física válida que más
interpretaciones ha generado. Veamos: 1) la de Copenhague de Bohr y
Heisenberg; 2) la ortodoxa de von Neumann, London-Bauer y, después,
Wigner y Wheeler; 3) la estadística de Einstein; 4) la de la doble
solución de de Broglie; 5) la causal de Bohm; 6) la de muchos mundos
de Everett, de Witt y Graham; 7) la modal de van Fraasen; 8) la del
testigo (witnessing) de Kochen; 9) la llamada "mínima" por
Mittelstaedt, Buch y Lahti; 10) la "moderna" de Griffiths, Omnès,
Gell-Mann, Hartle, etc. Lo más sorprendente es que varias de estas
interpretaciones coexisten todavía
en la actualidad, aunque otras han sido claramente superadas.


La que aquí nos ocupa, la de Copenhague o
Copenhague-Gotinga, que es como debería llamarse, es la
interpretación que surgió en los albores de esta rama de la física y
en los años 30 fue completada por la llamada ortodoxa que ha
sobrevivido prácticamente hasta finales del siglo XX, siendo de
nuevo completada aunque nunca refutada con éxito ni
experimentalmente ni en su esencia filosófica. Los principales promotores de
estas ideas fueron Bohr y su discípulo Heisenberg. En 1949, Albert
Einstein recordaba sobre la época de la creación de la mecánica
cuántica: "Todos mis intentos de adaptar las bases teóricas de la
física a los nuevos resultados sufrieron un rotundo fracaso. Tenía
la sensación como si perdiera pie y por ninguna parte se veía
terreno firme donde se pudiera edificar. Siempre me pareció un
milagro que esta base oscilante y llena de contradicciones resultara
suficiente para permitir a Bohr, hombre de genial intuición y fino
instinto, hallar las leyes más importantes de las lineas espectrales
y de las envolturas electrónicas de los átomos, incluyendo su valor
para la química. También ahora esto me parece un milagro. Es la
suprema musicalidad en la esfera del
pensamiento".



Principio de complementariedad


En el discurso de aceptación de su premio Nobel en 1954, Max
Born recordó lo profundamente divididos que estaban los famosos
teóricos cuánticos en dos campos: "... cuando digo que los
físicos aceptaban el modo de pensar que en aquella época habíamos
desarrollado no estoy siendo del todo correcto. Entre los
investigadores que contribuyeron de manera destacada a la
construcción de la mecánica cuántica hubo algunas excepciones
notabilísimas. El mismo Planck estuvo entre los escépticos hasta su
muerte y Einstein, de Broglie y Schrodinger no dejaron nunca de
subrayar los aspectos insatisfactorios de la teoría...".

Este dramático desacuerdo giraba en torno a algunas de las
cuestiones más fundamentales de toda ciencia: ¿existen los objetos
atómicos con independencia de las observaciones humanas?; y si es
así, ¿es posible que el hombre comprenda de forma correcta su
comportamiento?

Puede decirse que, en general, las escuelas de Copenhague y
Gotinga (Bohr, Heisenberg, Born...) respondieron de manera más o
menos pesimista a esas cuestiones. Y en contra de esta idea estaban
Einstein, Planck, Schrodinger, Ehrenfest y de Broglie. Con relación
a esto Heisenberg escribió:"... todos los que se oponen a la
interpretación de Copenhague están de acuerdo en un punto. En su
opinión sería deseable volver al concepto de realidad de la física
clásica o, para utilizar un término más filosófico, a la ontología
del materialismo. Preferirían retornar a la idea de un mundo real
objetivo, cuyas partes más pequeñas existen objetivamente del mismo
modo que existen los árboles y las piedras, con independencia de si
son observadas o no".

Dos fueron los desencadenantes físicos del desarrollo de la
interpretación de Copenhague-Gotinga: la dualidad
onda-corpúsculo y el principio de incertidumbre. El año
más importante de culminación de esta interpretación fue 1927.




A partir de 1911, el industrial químico belga Solvay
patrocina conferencias internacionales de física a las que se invita
a la élite científica. Estos encuentros son ocasión de que
especialmente Bohr y Einstein debatan las dificultades conceptuales
de la nueva teoría y discutan sobre los denominados
experimentos mentales. Uno y otro presentan su experimento
conceptual para refutar la teoría del otro. En la Conferencia Solvay
de 1927 el experimento a debatir toma como base el realizado por
Thomas Young en 1801, el famoso experimento de la doble
rendija en donde, a partir de unas franjas de interferencia, se
ponía en evidencia la naturaleza ondulatoria de la luz. Este hecho
no concordaba con la misma hipótesis cuántica que sobre la luz había
hecho Einstein, según la cual ésta se comportaba de forma
corpuscular en minúsculos paquetes denominados fotones.

Esta dualidad de la naturaleza, la luz actuando como onda si
atravesaba rendijas o como corpúsculo si incidía sobre una placa
fotográfica no satisfacía a Einstein: parecía perderse la realidad
objetiva. Sin embargo, la escuela de Copenhague-Gotinga lo explicaba
gracias al principio de complementariedad introducido poco
antes, en septiembre de ese mismo año, por el propio Bohr. En
síntesis este principio viene a afirmar que si se quiere aprehender
la naturaleza como un todo, hay que expresarse utilizando modos de
descripción contradictorios. Bohr decía que las teorías ondulatoria
y corpuscular eran ejemplos de modos complementarios de descripción,
válidos cada uno por sí mismos, aunque (en términos de la física de
Newton) incompatibles entre sí. Este principio sería pues una forma
de sortear la dualidad onda-corpúsculo y también, como veremos a
continuación el otro gran aporte que enunció su discípulo ese mismo
año.


Werner Heisenberg propugna un nuevo principio de
comportamiento de la naturaleza en el mundo microfísico, la
interacción observador-observado no contemplada en el paradigma
clásico. Por ejemplo, si queremos observar un electrón, de alguna
manera lo tenemos que iluminar con fotones de luz, y esto lo
perturbará, es decir, ya no estará en el estado que queríamos
observar. Existe un límite fundamental en la precisión con que
podemos determinar simultáneamente ciertos pares de variables. La
naturaleza es así, cuanto más nos acercamos a ella más difuminada se
nos muestra.

Sin embargo, según el principio de complementariedad pueden
aparecer dos modos de descripción de un sistema determinado como
mutuamente exclusivos, aunque ambos sean necesarios para la completa
comprensión del sistema. Así, por una parte, podemos querer destacar
la causalidad teniendo en cuenta que hay una evolución bien
determinada del estado del sistema, definido por su función de onda.
No obstante, esta descripción sólo tiene significado si dejamos de
hacer observaciones de las variables de espacio y tiempo, ya que el
proceso de efectuar estas observaciones perturbaría el estado de un
modo imprevisible y destruiría la causalidad. Por otra parte,
podríamos preferir destacar la descripción espacio-temporal y
sacrificar la causalidad. Bohr sostiene que cada descripción ofrece
una visión parcial de la "verdad" total respecto al sistema tomado
en su conjunto.


Einstein intentó refutar el principio de incertidumbre
mediante esos experimentos mentales en los que él era el mejor
maestro. Tenía el finde probar que la interacción entre el aparato
de medida y el objeto físico, el electrón por caso, no puede ser tan
misteriosa e incognoscible como pretendían Bohr, Born y Heisenberg o
que la discontinuidad no debía jugar un papel tan grande. Uno de
esos experimentos mentales, por ejemplo, consistía en una pared con
un agujero pequeño por el que pasaba un electrón que iba a chocar
con una pantalla semiesférica, produciendo un centelleo en uno de
sus puntos. Einstein argumentaba que inmediatamente antes del
impacto, la función de onda tenía un valor no nulo en toda la
pantalla, que se debería anular instantáneamente en el momento del
impacto (pues el electrón no podía llegar ya a otro punto), lo que
contradecía a la teoría de la relatividad pues habría una acción que
se propagaría más deprisa que la luz. Bohr argumentó el día
siguiente que el principio de incertidumbre obligaba a tener en
cuenta el retroceso de la pared al pasar el electrón lo que obligaba
a admitir una incertidumbre en el momento de paso, haciendo inválido
el argumento de Einstein. Uno a uno Bohr iba refutando los
argumentos de Einstein, al costo de varias noches de poco sueño y
mucho trabajo.



Parece lógico entonces que cuando en 1947 la corona danesa concedió a Bohr el ingreso
como caballero en la aristocrática Orden del Elefante, el escudo elegido (ver figura)
llevaba la siguiente inscripción: contraria sunt complementa.


Positivismo



Hay que recordar que el ambiente filosófico de la época
estaba impregnado por el positivismo lógico generado por
físicos y filósofos agrupados en el denominado Círculo de
Viena (1922). En esta interpretación se adopta el punto de vista
basado en el necesario carácter medible de toda magnitud física.

Más adelante, el mismo Karl Popper, el creador del concepto de falsacionismo en ciencia,
que había sido influido por las bases de ese movimiento en los años 20 (y a veces se le confunde con uno más de ellos),
hacía sus matizaciones hacia esta interpretación: "Tenemos ondas y partículas más
bien que ondas o partículas. No existe la complementariedad bohriana ni tampoco
la indeterminación heisenbergiana - la llamada fórmula de indeterminación debe ser
interpretada como relaciones de dispersión" (1984).

Resumiendo, la interpretación de Copenhague fue una
introducción de la filosofía positivista en la física llevada a sus
últimas consecuencias, y el ingrediente fundamental de la misma fue
el principio de complementariedad de Bohr. En general esta
interpretación supone que el mundo físico posee justamente aquellas
propiedades que se revelan por la experiencia, y que la teoría sólo
puede tratar con los resultados de las observaciones, y no con una
realidad hipotética subyacente que pueda o no yacer bajo las
apariencias. Cualquier intento de ir más lejos para especificar con
mayor precisión los detalles microscópicos de la estructura y
evolución de un sistema atómico, inevitablemente sólo encontrará
aleatoriedad e indeterminación.



Extraído de mi web de Fisica fundamental: http://www.fisicafundamental.net