Dos interpretaciones para una sola realidad

La filosofía de la Mecánica Cuántica /5

Cuando los físicos se dieron cuenta de que el comportamiento de los fotones podía ser descrito como el de una onda o como el de una partícula, es decir lo que se conoce como doble naturaleza o dualidad onda-partícula, se formularon dos teorías capaces de explicar lo que ya se llamaban fenómenos cuánticos: la teoría de matrices de Heisenberg (corpuscular) y la mecánica ondulatoria de Schrödinger.

Erwin Schrödinger

La teoría de Heisenberg renunciaba “a una descripción clásica en el espacio y en el tiempo… y desafiaba cualquier interpretación visualizable… enfantizando el elemento discontinuidad”. Por el contrario, la teoría ondulatoria de Schrödinger parecía más fácilmente visualizable a la manera tradicional y ponía su acento en la continuidad [1]

Los autores de cada una de las dos teorías cuánticas miraban con recelo a su rival. Así, Heisenberg decía: “Cuanto más sopeso la parte física de la teoría de Schrödinger, tanto más horrorosa me resulta[2]”.

Por su parte, Schrödinger respondía:

“Me desalentó, por no decir que fui repelido, por lo que me pareció un método más bien difícil de álgebra trascendental, que desafiaba cualquier visualización”[3].

Werner Heisenberg y Niels Bohr

El problema es que las dos teorías eran formalmente correctas, y sin embargo parecían incompatibles. Para intentar solucionar el problema, Schrödinger fue invitado por Bohr con objeto de comparar sus distintos puntos de vista. Sorprendentemente, se llegó a la conclusión de que, a fin de cuentas, ambas teorías eran equivalentes. Con ello se asentó la naturaleza dual onda-partícula de los fenómenos cuánticos. Otra consecuencia de gran importancia, fue “la derrota y claudicación sin condiciones de Schrödinger en los aspectos interpretativos”.

Continuará…


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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura. Ver también la categoría Física: ondas y partículas, para anexos acerca del experimento de la doble rendija]

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CUADERNO DE BIOLOGÍA

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BREVÍSIMA INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA MOSCA Y CAJA

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SOBRE “LA ESTRUCTURA DE LA EVOLUCIÓN”, DE STEPHEN JAY GOULD
(Artículos acerca de la evolución)

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  1. [1] Cita de Max Jammer en Silvio Bergia: “Desarrollo conceptual de la teoría cuántica” (en El siglo de la Física. Barcelona 1992)
  2. [2]Silvio Bergia: “Desarrollo conceptual de la teoría cuántica” (en El siglo de la Física. Barcelona 1992)
  3. [3]Silvio Bergia: “Desarrollo conceptual de la teoría cuántica” (en El siglo de la Física. Barcelona 1992)

La cuántica y la economía

|| La filosofía de la Mecánica Cuántica /16

Un punto de vista un poco diferente acerca de las consecuencias de la cuántica a los que hemos visto hasta ahora ( Cuántica y poltersgeist, La cuántica y la esencia del universo) es el de Jacques Rueff, uno de los más importantes economistas de Francia. Seguidor de la escuela austriaca y opuesto al keynesianismo, fue autor de importantes reformas durante el mandato de De Gaulle. Algunos lo consideran hoy en día el mayor economista del siglo XX.

Rueff, en su libro Visión quántica del universo, establece un paralelismo entre la concepción cuántica y la organización social, política o el comportamiento humano. Su intención es salvar el vacío que Eric Kraemer denunció, que separa a la ciencia y a las disciplinas humanistas:

“Hoy, entre la teoría de los quanta, que sostiene el edificio de la era atómica, y el pensamiento de los economistas y filósofos, marxistas o tecnócratas, parece que haya una distancia de siglos. Ya no hablan la misma lengua. Ya no tienen una idea común”.

Rueff quiere “empezar a llenar el abismo que separa estos dos terrenos del espíritu: el de las ciencias dedicadas a la rigurosa interpretación de las apariencias sensibles, y el de las disciplinas que no han sabido o querido someterse a la enseñanza de los hechos”.

Así, establece comparaciones entre los fenómenos subatómicos y los económicos añadiendo sus opiniones entre paréntesis a una cita de De Broglie:

“Cabe considerar el corpúsculo como, en cierto sentido, libre de manifestarse aquí o allí, con tal valor de su energía o tal otro [¿No evocan estas palabras la libertad de las elecciones económicas, generadora de ofertas y de demandas imprevisibles?]; pero teniendo en cuenta los datos iniciales, cabe calcular de manera rigurosa la probabilidad de que haga una elección en lugar de otra” [lo cual recuerda la determinación estadística de los fenómenos económicos].

Una de las conclusiones fundamentales de Rueff es que “al igual que la moderna física se funda en la noción de individuo, así ha de hacerlo el pensamiento filosófico y político.”

En los últimos capítulos, hemos conocido algunas de las especulaciones, más o menos imaginativas, realizadas por autores que no pertenecen al ámbito de la física cuántica, pero en el próximo empezaremos a conocer algunas de las críticas a las interpretaciones ortodoxas del fenómeno cuántico, procedentes de científicos tan importantes como Albert Einstein.

Continuará


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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio significativo, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura, pero a veces he añadido textos explicativos en 2017 o 2018, en otro color]


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  CUADERNO DE CIENCIA

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Dios y la doble rendija

En Dios y la ciencia, los hermanos Igor y Grichka Bogdanov conversan con Jean Guitton, un pensador cristiano que siempre me ha interesado mucho, quizá desde que mi padre me regaló su libro El trabajo intelectual, que él conoció gracias a un profesor al que admiraba, si lo recuerdo bien. Guitton siempre estuvo muy interesado por la ciencia, que admiraba y que consideraba compatible con sus creencias cristianas. En esta larga conversación entre los hermanos Bogdavov y Guiitton, ellos intentan buscar argumentos para detectar la presencia de Dios o del espíritu en la materia o en los hallazgos científicos.

Cuando leí el libro, antes sin duda de 1993, tomé algunas notas, que ahora resultan casi ininteligibles. Por eso, he buscado el libro y los argumentos de los Bogdanov y de Guitton a los que aludo en las notas y sin los cuales es imposible entender mis opiniones. He escrito en otro color todo lo que he añadido ahora, en abril de 2017.

Los hermanos Bogdanov y Guitton comentan varios resultados e interpretaciones de la mecánica cuántica para apoyar su idea de que existe un espíritu en la materia.

En primer lugar, se refieren al experimento de la doble rendija.

Los hermanos Bogdanov se refieren al “famoso experimento que el físico
inglés Thomas Young realizó por primera vez en 1801″:

I.B: “Imaginemos de nuevo el dispositivo: una superficie plana, horadada por dos rendijas; una fuente luminosa, situada delante; y una pantalla, colocada detrás. A partir de aquí, ¿qué sucede cuando los «granos de luz» que son los fotones atraviesan las dos rendijas y encuentran la pantalla que hay detrás? Desde 1801, la respuesta es clásica:se observa en la pantalla una serie de rayas verticales, alternativamente oscuras y claras, cuyo trazado general evoca inmediatamente el fenómeno de las interferencias”.

Entonces es Jean Guiton quien responde y dice que para Einstein la luz está compuesta de pequeños granos, los fotones, y se pregunta:

“¿Cómo pueden miriadas de granos turbulentos, separados unos de otros, configurar las coherentes y precisas formas de las bandas alternativamente claras y oscuras?”

Se trata, claro, del fenómeno de la dualidad  onda-partícula. Es decir el hecho observado de que los fotones se comportan como ondas y como partículas. Apunté al margen:

No parece tan difícil explicar las rayas coherentes y precisas, que pueden producirse, creo yo, también con proyectiles macroscópicos.

Después muestran la célebre paradoja del experimento de la doble rendija:

“Supongamos, en primer lugar, que cierro una de las dos rendijas, la izquierda, por ejemplo. Ahora, los fotones deberán pasar por la única rendija existente, la derecha. Reduzcamos la intensidad de la fuente luminosa hasta que emita los fotones de uno en uno. «Disparemos» ahora un fotón. Un instante más tarde, el fotón pasa por la única rendija abierta y alcanza la pantalla. Como conocemos su origen, su velocidad y su dirección, podríamos, con ayuda de
las leyes de Newton, predecir exactamente el punto de impacto de nuestro fotón en la pantalla. Introduzcamos ahora en el experimento un elemento nuevo: vamos a abrir la rendija de la izquierda. Seguimos después la trayectoria de un nuevo fotón en dirección a la misma rendija, la de la derecha. Recordemos que nuestro segundo fotón parte del mismo lugar que el primero, se desplaza a la misma velocidad y en la misma dirección.
J. G.—Si he comprendido bien, la única diferencia en este segundo «disparo de fotón» es que, al contrario que en el primer caso, la rendija de la izquierda ahora permanece abierta…

 

G. B.—Exactamente. En buena lógica, el fotón número dos debería golpear la pantalla exactamente en el mismo sitio que el fotón número uno. Pues bien, no sucede nada de eso. El fotón número dos golpea, efectivamente, la pantalla en un sitio muy diferente, completamente distinto del punto de impacto del primero. Es decir, todo sucede como si el comportamiento del fotón número dos hubiera sido modificado por la apertura de la rendija de la izquierda. El misterio es éste: ¿cómo ha «descubierto» el fotón que la rendija izquierda estaba abierta? Antes de intentar responder, vayamos más lejos. Continuemos despachando fotones de uno en uno en dirección a la placa, sin apuntar a ninguna rendija. ¿Qué constatamos al cabo de cierto tiempo? Que, en contra de lo esperado, la acumulación de impactos de los fotones en la pantalla forma progresivamente la trama de interferencia producida instantáneamente en el curso del experimento inicial”.

Aquí apunté:

En cuanto a lo de cerrar y abrir una rendija, puede ser interpretado de diversas maneras.

Lo mismo se puede decir de que el fotón no impacte en el mismo lugar. A lo mejor hay que saber mucha física, pero en lenguaje corriente no es tan convincente.

Me refería a las diversas interpretaciones que se han hecho de estos resultados, como la de los mundos múltiples de Everett o la probabilística. Pero, sin tener en cuenta esas interpretaciones y simplemente desde el punto de vista de un lector profano que no sabe nada de física cuántica, la explicación de los Bogdanov y Guitton es imprecisa. Antes de llegar a conclusiones tan aventuradas, habría que explicar: ¿cómo sabemos que el impacto de cada lanzamiento es exactamente el mismo y que cada fotón golpeado es exactamente idéntico? Si tenemos un rifle y disparamos a una distancia equivalente a la del fotón y la pared tras las rendijas, lo que probablemente equivalga a muchísimos metros, quizá kilómetros (pues estamos hablando de la partícula más pequeña de luz, el fotón), no estoy seguro de que el mejor cazador o un rifle puramente mecánico pudiera impactar exactamente en el mismo punto. Así que los disparos no impactan en el mismo punto tanto si se abre una rendija como si se abren las dos, como prueba el hecho de que cuando continúa el experimento los impactos van formando un patrón de interferencia, a pesar de que se supone que en muchos disparos nos encontraremos con la misma situación de las rendijas (abiertas o cerradas, una o las dos) y con el mismo disparo en teoría. Parece, por lo tanto, que a falta de más precisiones, el hecho de abrir la otra rendija no es lo que hace que el segundo impacto no sea en el mismo lugar. Por otra parte, un fotón es algo ínfimo en comparación con el universo circundante, lleno de átomos y donde operan todo tipo de fuerzas: nucleares fuerte y débil, gravedad, electromagnética. ¿Cómo podemos saber que esa partícula ínfima no es afectada por esas fuerzas u otras del mismo modo que una mota de polvo es afectada y se desvía al caer en el aire y chocar con otras partículas y motas de polvo? Incluso en una condición ideal de aislamiento absoluto… ¿realmente podemos asegurar ese aislamiento para un fotón teniendo en cuenta que, por ejemplo, los neutrinos que tienen una masa dos millones de veces inferior a la de un electrón?

Estoy hablando, por supuesto, desde mi profunda ignorancia, como ya aclaré en una nota que se puede leer más abajo escrita en 1994, pero aunque mi objeción no tenga sentido, la explicación de los Bogdanov y Guitton debería aclarar esa imprecisión en su explicación. Sé que esta objeción mía no tiene mucho sentido, o al menos creo recordar que así lo entendí en algún momento, pero ahora me cuesta recordarlo con precisión. Tal vez se explique en mi Filosofía de la física cuántica. En cualquier caso, aunque mis objeciones no tengan validez, como sospecho, no hay ninguna razón para postular a un Dios o a una conciencia cósmica para explicar el resultado del experimento de la doble rendija.

Después anoté:

Lo del gato de Schrodinger resulta igualmente discutible.

Aquí me refería al célebre experimento del gato propuesto por Erwin Schrödinger para mostrar el absurdo del principio de Heisenberg, pero que acabó sirviendo precisamente para sustentar la interpretación de Copenhague.

Los hermanos Bogdanov también se refieren al experimento del péndulo de Foucault y con sus resultados intentan probar una especie de conciencia cósmica:

“La conclusión que se extrae del experimento de Foucault es pasmosa: indiferente a las masas —considerables, sin embargo— de los soles y galaxias próximas, el plano de oscilación del péndulo se alinea con objetos celestes que se encuentran en el horizonte del universo, a vertiginosas distancias de la Tierra.

En la medida en que la totalidad de la masa visible del universo se encuentra en los miles de millones de galaxias lejanas, esto significa que el comportamiento del péndulo está determinado por el universo en conjunto y no solamente por los objetos celestes que están próximos a la
Tierra.’

En otras palabras, si levanto este simple vaso de la mesa, pongo en juego fuerzas que implican al universo entero: todo lo que sucede en nuestro minúsculo planeta está en relación con la inmensidad cósmica, como si cada parre llevase dentro la totalidad del universo. Con el péndulo de Foucault estamos, pues, forzados a reconocer que existe una misteriosa interacción entre todos los átomos del universo, interacción en la que no interviene ningún intercambio de energía ni fuerza alguna pero que, sin embargo, conecta el
universo en una única totalidad.
J. G.—Parece que todo sucede como si una especie de «conciencia» estableciese una conexión entre todos los átomos del universo. Como escribió Teilhard de Chardin: «En cada partícula, en cada átomo, en cada molécula, en cada célula de materia viven escondidas y trabajan a espaldas de todos la omnisciencia de lo eterno y la omnipotencia de lo infinito.»

Mi comentario en este caso fue:

Y también hay manera de explicar lo del péndulo (por ejemplo, una mota de polvo en un disco que gira).

Con esto me refería a que no hace falta recurrir a una conciencia cósmica para explicar la interrelación entre todos los elementos del universo: lo extraño sería que no sucediera así. ¿Podemos imaginar fragmentos del universos desgajados, como islas perdidas sin relación con todo lo que las rodea? Parece difícil y absurdo. A no ser que hablemos de multiuniversos realmente separados.

Con lo de la mota de polvo en un disco, supongo que me refería a que si en un disco de vinilo que gira en el plato de un tocadiscos hay una mota de polvo, esa mota de polvo girará con el disco, no porque se mueva por sí mismo la zona exacta en la que está, sino porque esta zona está en un surco, que está en un sector del disco, que está en el disco, es decir, en el universo. Todo el universo de vinilo gira y con él todas las motas de polvo.

 

En 1994 añadí un comentario:

NOTA 1994: Tengo que admitir que algunas de mis ideas son muy arriesgadas y posiblemente nacen de mi ignorancia. Soy consciente de ello y no pretendo ocultarlo. Cuando equiparo los resultados de los experimentos microscópicos (o cuánticos) con los macroscópicos no digo que sean iguales para nuestra observación, como parece deducirse del texto. En realidad parto de un curioso supuesto: ¿Supongamos unos seres que se hallasen en la misma relación respecto a nuestros fenómenos macroscópicos como nosotros nos hallamos respecto a nuestros fenómenos microscópicos, ¿qué observarí­an y cómo interpretarí­an estos seres experimentos que tuvieran como objeto fenómenos macroscópicos? (Insisto, macroscópicos según nuestra escala, para ellos serían fenómenos microscópicos.

A la luz de este supuesto mío, que posiblemente es una soberana tonterí­a, hay que interpretar mis afirmaciones en este pasaje y en otros semejantes. Pero tengo la esperanza de que este experimento imaginario se pueda hacer mediante una simulación de ordenador, tal vez no recurriendo a seres colosales, sino, por el contrario, suponiendo fenómenos subcuánticos que obedeciesen a leyes del mundo macroscópico, fijando nuestro lí­mite de observación, y viendo si es posible observar, partiendo de esos supuestos, algo semejante a lo que se obtiene en las experiencias cuánticas.

Pondré un ejemplo paralelo:

Si grabamos unas imágenes y las emitimos a super-velocidad, solo veremos manchas borrosas difíciles de interpretar. Si no sabemos que se trata de imágenes a super-velocidad, podemos pensar que efectivamente se trata de manchas ininterpretables o que no se ajustan a nuestros esquemas perceptuales o conceptuales.

 

Epílogo extravagante en 2017

Al buscar fotografías de los hermanos Bogdanov para ilustrar este artículo, me he encontrado con dos sorpresas. La primera es que los hermanos Bogdanov se vieron implicados en un escándalo científico monumental, que revisaré en su momento: ver Bogdanov affair.

La segunda tiene que ver con el quizá más espectacular cambio de imagen de los hermanos Bogdanov.

 

 

Ver también Guitton y la física cuántica


[Las notas originales escritas antes de 1993, publicadas el 21 de abril de 1993]

 Ensayos de teología

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ONDAS Y PARTÍCULAS: Ondas

El experimento de la doble rendija /1

youngMINOSSpecialROW1108YoungYa he descrito en otra ocasión el célebre experimento de la doble rendija de Thomas Young (El experimento de interferencia de Thomas Young). El lector puede consultar esa entrada y complementarla con lo que cuento aquí, que es el Anexo que incluí en mi trabajo de 1989 acerca de la filosofía de la física cuántica. Entonces me basé sobre todo en la explicación de Feynman y en otros libros, que menciono en la Bibliografía. Ahora he modificado el texto, para intentar que cualquier persona no familiarizada con la física lo pueda entender hasta su último detalle. He intentado situarme en mi perplejidad inicial cuando empecé a interesarme por estos temas y explicar hasta el más mínimo detalle cosas que pueden parecer evidentes, pero que entonces a mí me confundieron.


Voy a intentar reconstruir el experimento de Young como propone Richard Feynman en “Probabilidad e incertidumbre”, adaptándolo a la problemática cuántica.

En primer lugar, vamos a pensar en ondas de agua.

 

Estas ondas las provocamos nosotros hundiendo y sacando nuestro dedo del agua, lo que da lugar a ondas parecidas a las que se forman cuando una piedra cae en el agua.

A veces es difícil imaginar cómo son estos círculos concéntricos que tienen el centro en nuestro dedo, es decir en el origen de la perturbación. En esta mágnífica ilustración de CubaEduca se puede apreciar muy bien. Imaginemos que hemos dejaddo unos corchos en el agua a ciertas distancias. Ahora sumergimos el dedo (en una zona que estaría a la derecha de la ilustración). A partir de nuestro dedo se forman ondas, que tiene crestas y valles, esas ondas y valles hacen que el corcho oscile, que se eleve y descienda, como se ve en la perspectiva de la parte inferior de la imagen, que indica ese movimiento del corcho subiendo y bajando a medida que va llegando a él uan cresta o un valle de agua.

En el primer gráfico todavía no ha llegado la onda. En el segundo, una primera onda en forma de cresta alcanza el primer corcho y lo eleva. En el tercer gráfico la onda inicial ya ha llegado a los tres corchos y ya una segunda onda ha alcanzado el segundo corcho y una tercera está elevando el primero. Entre onda y onda (entre cresta y cresta), los corchos se elevan y desciende, como muestra el guarto gráfico.

Ahora supongamos que hemos situado un poco más allá de donde metemos el dedo una barrera de madera con un agujero a través del que pasan ondas, que en este caso son de agua. Las ondas que hemos provocado con el dedo llegan a la barrera y atraviesan el agujero en forma de nuevas ondas, en las que el punto de origen es el propio agujero [el punto (a) en la ilustración inferior].

Tras la primera barrera de madera con un agujero, se encuentra otra barrera que tiene dos agujeros. Las ondas que han entrado por el agujero anterior ahora se encuentran con la siguiente barrera y solo pueden seguir adelante a través de los dos agujeros [señalados como (b) y (c) en al ilustración].

En definitiva, las ondas provocadas por nosotros llegan al primer agujero, que, al ser muy pequeño, actúa como una nueva fuente de ondas, como si se estuvieran arrojando piedras al agua en ese mismo punto. Estas nuevas ondas circulares (o semicirculares), se propagan por el otro lado de la barrera, donde no dejan ninguna zona sin perturbar. A continuación, las ondas alcanzan la segunda barrera de dos agujeros. De nuevo, cada agujero actúa como una nueva fuente de ondas semicirculares.

El experimento de interferencia. Podemos suponer que aquí estamos viendo ondas de agua. S1 es la primera barrera a través de la que se genera una primera onda muy amplia. S2 es la segunda barrera, que hace que esa onda se divida en dos ondas, al penetrar por cada uno de los agujeros.

Más allá, nos encontramos una tercera barrera (F), aunque en realidad es un detector que mide si el agua se mueve mucho o poco, por ejemplo, pedazos de corcho sobre el agua como esos que hemos visto antes.

Ahora bien, como los dos conjuntos de ondas que atraviesan la segunda barrera S2 han sido producidos por las mismas ondas que proceden de S1 cuando atravesaron el agujero (a), eso significa que se mueven al paso (o en fase) o desfasadas.

 

¿Qué significa que las ondas se muevan en fase o fuera de fase?

Significa que cuando las ondas procedentes de cada agujero se encuentran o interfieren, pueden pasar dos cosas: que coincidan sus crestas (y consecuentemente sus valles) o que coincida una cresta con un valle.

Si coinciden dos crestas, si están en fase, se produce una cresta más pronunciada y el valle (que también coincidirá, claro) se hace más profundo. Si coinciden una cresta y un valle, es decir, si las ondas están desfasadas, ambas influencias se compensan y el agua se queda como estaba.

interferencia

Procedencia de la imagen: como señala el autor de la página, se trata de una idealización, en el mundo real siempre habrá pequeñas oscilaciones y no uan coincidencia exacta absoluta entre ondas y valles, al menos con ondas producidas por el agua. Pero para entender las leyes físicas a menudo tenemos que recurrir a idealizaciones, que corrigen las pequeñas divergencias.

Estos efectos reciben el nombre de interferencia constructiva (si coinciden las dos crestas y los dos valles) o destructiva (si coinciden cresta y valle).

En la ilustración de la izquierda podemos ver en la parte superior dos ondas cuyas crestas y valles coinciden, lo que hará que las crestas se refuercen y los valles se hagan más profundos. La amplitud de la onda es mayor que la amplitud de las ondas originales.

En la parte inferior, sin embargo, como los valles coinciden con crestas, unos y otros se cancelan. Puedes imaginarlo si piensas en una cresta que, al coincidir con un valle, no tiene otro remedio que hundirse, en vez de aumentar. El resultado es una onda resultante de amplitud igual a cero.

En esta estupenda ilustración se puede apreciar la coincidencia o no de crestas y valles en el mundo real.

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Como se ve, si coinciden dos crestas (los círculos blancos), es decir, dos elevaciones del agua, entonces se produce una doble cresta y se eleva más el agua o la onda (las pequeñas montañitas blancas). Pero si coinciden crestas con valles, entonces el agua se queda como estaba, como si no hubiera pasado nada.

 

El patrón de interferencia

Ahora voy a intentar explicar los extraños dibujitos realizados a partir del detector de esas ondas, que tan difíciles de entender nos resultan a los legos en física cuando los vemos por primera vez.

interferencia-patrónA la izquierda de este texto se puede ver el patrón de interferencia, que he recortado de la imagen superior. Aunque la imagen ilustra el experimento de Young y es, por tanto, con ondas de luz  y de agua, nos sirve para explicar con sencillez ese curioso patrón. ¿De dónde sale este dibujo?

Eso es lo que nos preguntamos muchos la primera vez que nos enfrentamos al experimento de la doble rendija. Primero nos hablan de ondas que atraviesan agujeros y que chocan unas con otras. alcanzamos entonces a entender que si crestas y valles coinciden la amplitud de la onda disminuye, pero que si coinciden dos crestas la onda se eleva, pero no entendemos qué relación tiene todo eso con ese dibujo tan extraño, con ese patrón de manchas grises, negras y blancas.

La explicación es la siguiente. Las zonas blancas o más brillantes son el lugar en el que golpea la cresta de una onda o donde coinciden dos crestas; las grises representan el impacto más suave de las ondas que impulsan esa cresta; finalmente, las zonas negras son los lugares en los que no ha habido impacto (porque se han cancelado o neutralizado ondas y valles).

interferencia

interferencia2En estas ilustraciones se puede apreciar cómo las crestas o confluencias de cresta con cresta (señaladas por líneas amarillas) impactan en el detector (líneas blancas en al tira inferior). Las partes azules más oscuras representan la confluencia de crestas y valles y las azules más claras las zonas bajas de las ondas a medida que descienden a esos valles.

Como se ha dicho antes, la confluencia de crestas se llama interferencia constructiva (se construye una cresta mayor) y la de crestas con valles destructiva (el agua se calma).

Tras esta minuciosa explicación, enseguida intentaré explicar otro gráfico que suele acompañar a estos experimentos y que al final nos permitirán entender el experimento de la doble rendija y su importancia en el mundo cuántico. Pero antes tenemos que ver cuál es la diferencia entre dos entidades fundamentales del universo: las ondas, que ya conocemos, y… las partículas.

Mientras tanto, es muy útil observar muy atentamente durante horas las ondas en el agua, como en la canción de François Hardy (y no caer presa de la melancolía, claro).

Continuará…

*************

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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura. Ver también la categoría Física: ondas y partículas, para anexos acerca del experimento de la doble rendija]

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|| La filosofía de la Mecánica Cuántica /19

James O’Brien (Quanta Magazine)

Aunque Einstein no estaba de acuerdo con la interpretación ortodoxa de Copenhague,  pn principio aceptaba los resultados de la mecánica cuántica. Pero, para Einstein, la mecánica cuántica era correcta de la misma manera que lo es la física clásica si nos mantenemos dentro de unos límites determinados: bajas velocidades y objetos macroscópicos. Ahora bien, si nos salimos de esos límites, entonces la física newtoniana ya no es válida y debe dejar lugar a la relativista.

La ambición de Einstein era reemplazar la mecánica cuántica por un marco teórico diferente:

“En comentarios hechos aquí y allá manifestó su creencia de que el éxito de la mecánica cuántica tenía sus raíces en resultados teóricos que sólo aproximadamente eran correctos, y que representaban una especie de promedio estadístico sobre las predicciones de otra clase de teoría [1]

Las objeciones de Einstein a la mecánica cuántica se basaban en varios aspectos, pero el más importante de todos era su opinión de que los fenómenos cuánticos podían explicarse si se recurría a un nivel explicativo más bajo, o quizá a uno semejante pero no observable (o aún no observado). ESta idea lo llevó a la propuesta de la sustitución de la mecánica cuántica “por una teoría clásica y determinista, pero en la que hay presente un gran número de ‘variables ocultas’ [2].

Continuará


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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio significativo, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura, pero a veces he añadido textos explicativos en 2017 o 2018, en otro color]


 FILOSOFÍA DE LA FÍSICA CUÁNTICA

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EL EXPERIMENTO DE LA DOBLE RENDIJA
[Anexo a Filosofía de la Física cuántica]

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ARTÍCULOS RELACIONADOS Y TEXTOS DE APOYO

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Aquí puedes ver casi todas las entradas relacionadas con la ciencia. Otras referencias científicas pueden estar en páginas dedicadas a la filosofía, el cine o cualquier otra cosa imaginable, por lo que, en tal caso, lo mejor es que uses el buscador lateral, con palabras relacionadas con el tema que te interese.

  CUADERNO DE CIENCIA

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  1. [1]Murray Gell-Mann, El quark y el jaguar. Aventuras en lo simple y lo complejo. Barcelona, 1995.1ª edición: 1994
  2. [2]Murray Gell-Mann, El quark y el jaguar. Aventuras en lo simple y lo complejo. Barcelona, 1995.1ª edición: 1994

Por qué no creo en la interpretación de los mundos paralelos

¿Por qué no creo en la interpretación de los mundos paralelos? Por varias razones.

Porque comparto lo que dice Lucrecio en su Sobre la naturaleza: si en las mismas circunstancias suceden dos cosas diferentes, entonces de una semilla de trigo podría nacer una ballena. Sí por el hecho de que hagamos una observación nace un nuevo universo paralelo, eso implica que todo un universo nace literalmente de la nada. Si no realizamos la observación, ese universo no existiría. Sí la realizamos, inmediatamente existe.

Porque todo esto nos obliga a suponer que nuestro universo es el producto de observaciones hechas en otro universo. Puesto que nuestro universo existe, pero cada observación crea otro y otro y otro y otro universo millones y millones de universos con trillones y trillones de toneladas de materia creadas a cada instante.

Y el universo que los contiene a todos, colapsará alguna vez bajo el peso de esa materia inmensa.

Parece que no… porque están incomunicados. ¿Y por qué está incomunicados? No lo estaban en el instante de la observación. Parece que hubo un instante en el que un fotón decidió: “Yo me voy al universo U1 y tú te vas el universo U2”. Pueden tomar una ruta diferente cada uno, nos dicen, no hay contacto, ni huella ni rastro.

Estas explicaciones me recuerdan a la polémica antigua entre la hipótesis heliocéntrica y la geocéntrica. Las dos podían explicar el cosmos observable a través de los telescopios, pero una de ellas tenía que ser falsa. Con el tiempo sabemos que ambas lo son, pues ni la tierra es el centro del universo ni lo es el Sol, pero que es más correcto el heliocentrismo si nos limitamos a intentar explicar los movimientos en el Sistema Solar. Ahora bien no sería difícil para los partidarios del geocentrismo hoy en día seguir dando razón del sistema solar y todos sus movimientos si pudieran disponer de un potente programa de ordenador que creara círculos para cada planeta y para cada satélite, y círculos dentro de círculos, y círculos dentro de los círculos dentro de los círculos… Algo parecido sucede con algunas explicaciones cuánticas, que son capaces de explicarlo todo siempre y cuando se limitene a hacer encajar los datos ya conocidos.


[Septiembre-octubre de 2017, Escuela de Cine de San Antonio de los Baños, Cuba]

CIENCIA

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Describir no es explicar

|| La filosofía de la Mecánica Cuántica /20

La hipótesis de Einstein de las variables ocultas, es decir el aventurar que podían existir variables ocultas, aspectos no conocidos que resolvieran ls incertidumbres cuánticas y permitiesen elaborar una teoría más completa y menos indeterminista, fue criticada por la ortodoxia cuántica, que negó que tales variables pudiesen existir. Los cuánticos ortodoxos afirmaron que los límites y problemas que plantea la mecánica cuántica no proceden de nuestra ignorancia, sino de la realidad misma (sea esto lo que sea para quienes suelen decir que “la realidad no existe sin el observador”).

En consecuencia, para los físicos cuánticos ortodoxos, ni siquiera podría concebirse una teoría de variables ocultas que fuese una alternativa real a la mecánica cuántica, es decir que fuese capaz de dar cuenta de todo aquello de lo que sí da cuenta la mecánica cuántica.

Para intentar mostrar lo que implica esta respuesta por parte de la ortodoxia puede recordarse el célebre prólogo al De Revolutionibus de Copérnico (prólogo que se cree escribió un tal Ossiander), en el que se dice que su hipótesis, es decir la afirmación de que la Tierra es la que gira alrededor del Sol y no al contrario, sólo pretende “salvar los fenómenos”, pero que no pretende afirmar que así funcionen en realidad los planetas.

Lo que la estratagema de Ossiander o Copérnico pretendía era escapar a las críticas de la iglesia y los aristotélico-pstolemaicos y afirmar que se puede elaborar una teoría que explique todos los hechos observables pero que no por ello sea verdadera. Actualmente, por ejemplo, podríamos construir un modelo complejísimo del sistema solar basado en la concepción tolemaica, con la Tierra en el centro, añadiendo tantos epiciclos y ecuantes como fueran necesarios para dar cuenta incluso de la más pequeña irregularidad observada, pero no por ello se conmoverían nuestras ideas acerca del papel secundario que juega la Tierra en el Sistema Solar.

 

2018: Los epiciclos y ecuantes eran artificios que intentaban mantener el movimiento circular en un cosmos en el que los planetas y el sol giraban en torno a la Tierra. Puesto que las observaciones no coincidían con la suposición de que los planetas se movían en círculos perfectos alrededor de nuestro planeta, el centro del giro se desplazaba a lo largo de un ecuante (una línea que atravesaba el centro de la Tierra) y el planeta giraba alrededor del deferente o círculo trazado alrededor de ese nuevo centro. Es decir, que la Tierra ya no ocupaba realmente el centro. Esta inconsistencia ya la señalo Alhacén (Ibn al-Haytham) en sus Dudas sobre Tolomeo, al criticar que se propusiera un movimiento circular que solo lo era sobre el papel, pero que no tenía lugar en la realidad. Es posible que Alhacén, al que quizá se puede considerar el primer científico, intuyera ya entonces las elipses de Kepler muchos siglos antes, pues vivió entre el 965 y el 1040.

Continuará


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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio significativo, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura, pero a veces he añadido textos explicativos en 2017 o 2018, en otro color]


 FILOSOFÍA DE LA FÍSICA CUÁNTICA

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Guitton y la física cuántica

Guiton, en su conversación con los hermanos Bogdanov en el libro Dios y la ciencia: hacia el metarrealismo (1993), adopta siempre una interpretación de los resultados de la mecánica cuántica que es discutible y que no es seguida por todos los físicos, más que nada porque las explicaciones de los fenómenos cuánticos, en el momento actual, entran más en el terreno de la opinión y de la filosofía, que en la de una verdadera opinión científica. Una cosa es la descripción, otra la explicación.


Ver también acerca del libro y de la extravagante historia de los hermanos Bogdanov: Dios y la doble rendija


[Escrito antes de 1993. Publicado en 1993 en Caracteres]

 Ensayos de teología

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Cine y física cuántica

En el cine y en la física atómica los intermedios se saltan.

El electrón no pasa gradualmente de una órbita a otra, sino que salta de una a otra sin transición. Eso es lo que se llama un salto cuántico. En el cine, a pesar de la apariencia de continuidad, se salta de un fotograma a otro y de una serie de fotogramas a la siguiente: tampoco hay continuidad bajo las apariencias. (2007)


2019: La experiencia cinematográfica es una de las mejores metáforas para imaginar como plausible el comportamiento asombroso del mundo atómico, como se ve.

Pero también nos sirve para casi lo contrario cuando se trata de la naturaleza del mundo cuántico. Es decir, cuando no nos referimos al salto cuántico del electrón de una órbita a otra, sino cuando hablamos del salto cuántico aplicado al colapso de la función de onda, es decir, a lo que sucede cuando efectuamos una medida sobre un sistema cuántico.

(Lo que sucede es que el resultado de la medida parece aleatorio y es imprevisible).

SE podría decir que, del mismo modo que bajo la aparente continuidad y fluidez de la experiencia cinematográfica existe discontinuidad (fotogramas separados), bajo el comportamiento imprevisible de las partículas subatómicas podría existir una explicación causal que no podemos ver, como tampoco vemos los fotogramas en la sala de cine. Serían los fotogramas ocultos. No sé si se podría comparar esto con las hipótesis de variables ocultas.

Por otra parte, esta ilusión de continuidad que producen los fotogramas del celuloide y su proyección (con el obturador que se abre y se cierra, etc.) también es una buena metáfora para aceptar como posible que vivamos en un universo parpadeante, que aparece y desaparece a cada instante. La hipótesis del universo parpadeante no es una fantasía o pseudociencia, sino que  ha sido propuesta por algún físico actual.


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Primeros pasos hacia la cuántica

La filosofía de la Mecánica Cuántica /4

El descubrimiento por Rutherford del núcleo atómico en 1911 permitió un mejor conocimiento de la estructura del átomo.  De este modo se pudo analizar la naturaleza ondulatoria de la luz (y de toda radiación electromagnética) en el mundo de las partículas subatómicas, es decir, aquellas partículas que están en el interior del átomo.

Por otra parte, gracias a la teoría de la relatividad, la equivalencia de la materia y la energía ya no permitía considerar ambos conceptos como referidos a fenómenos distintos. Materia y energía eran dos aspectos de una misma cosa, como se sintetiza en la más famosa fórmula de la física:

E = mc2

Donde E es energía, m la masa y c la velocidad de la luz. Esto quiere decir que, al destruir un  gramo de materia podemos producir 25 millones de kilovatios-hora de energía, lo que quedó probado con las primeras bombas atómicas.

Ahora bien, lo que nos interesa aquí es que, cuando los físicos examinaron el comportamiento de una partícula subatómica como el electrón, que en principio debía considerarse una partícula y no una onda, en experimentos como el de la doble rendija, se descubrió que su comportamiento podía ser descrito tanto como ondulatorio como corpuscular.

"La luz es una onda/partícula" (Light is a wave/particle)

“La luz es una onda/partícula” (Light is a wave/particle)

Vale la pena detenerse a examinar el experimento de la doble rendija, pero ahora no en la versión clásica de Young que ya conocemos, sino en relación con la nueva física del siglo XX. El experimento se puede revisar en detalle con este enlace:

EL EXPERIMENTO DE LA DOBLE RENDIJA

 

Continuará…

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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura. Ver también la categoría Física: ondas y partículas, para anexos acerca del experimento de la doble rendija]

 FILOSOFÍA DE LA FÍSICA CUÁNTICA

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EL EXPERIMENTO DE LA DOBLE RENDIJA
[Anexo a Filosofía de la Física cuántica]

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  CUADERNO DE CIENCIA

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CUADERNO DE BIOLOGÍA

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BREVÍSIMA INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA MOSCA Y CAJA

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SOBRE “LA ESTRUCTURA DE LA EVOLUCIÓN”, DE STEPHEN JAY GOULD
(Artículos acerca de la evolución)

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