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1 de Agosto de 2017
SERIE: LA INTERPRETACIÓN DE LA MECÁNICA CUÁNTICA (PARTE 2)

El problema de la mecánica cuántica

El debate sobre su interpretación sigue ocupando a los físicos. ¿Es necesario modificar la teoría?

ILUSTRACIÓN DE ZACH WEINERSMITH

En síntesis

La mecánica cuántica predice la probabilidad de encontrar un resultado u otro en un experimento. Sin embargo, la evolución de la función de onda queda gobernada por una ecuación determinista. ¿De dónde surgen entonces las probabilidades?

La postura instrumentalista, heredera de la interpretación de Copenhague, postula que la función de onda no es más que una mera herramienta para calcular probabilidades. Ello impide una formulación de las leyes físicas ajena al observador.

La postura realista interpreta la función de onda como una descripción fidedigna de la realidad. Sin embargo, eso parece implicar la existencia de muchos universos, así como la de algunos aspectos no locales de la realidad.

Tales problemas podrían estar indicando la necesidad de modificar las ecuaciones de la mecánica cuántica. Las leyes más generales para describir la evolución relativista de las probabilidades permiten, en principio, dichas modificaciones.

[Este artículo forma parte de la serie «La interpretación de la mecánica cuántica». Fue publicado originalmente en The New York Review of Books bajo el título «The trouble with quantum mechanics».]

El desarrollo de la mecánica cuántica, en las primeras décadas del siglo XX, supuso una conmoción para muchos físicos. Hoy, a pesar de sus numerosos éxitos, continúa el debate sobre su significado y sobre su futuro.

La primera sorpresa llegó en forma de desafío para las nítidas categorías a las que se habían acostumbrado los físicos hacia el año 1900. Había partículas (átomos, electrones y núcleos) y campos (condiciones del espacio que impregnaban aquellas zonas en las que se ejercían fuerzas eléctricas, magnéticas o gravitatorias). Las ondas de luz se interpretaban con claridad como oscilaciones autosostenidas de campos eléctricos y magnéticos. Sin embargo, para entender ciertas propiedades de la luz emitida por los cuerpos calientes, Albert Einstein encontró en 1905 que las ondas de luz debían describirse como una corriente de partículas sin masa, más tarde llamadas fotones.

En los años veinte, según las teorías desarrolladas por Louis de Broglie y Erwin Schrödinger, parecía que los electrones, a los que siempre se había considerado partículas, se comportaban en ocasiones como ondas. Para poder explicar las energías de los estados estables de los átomos, los físicos tuvieron que abandonar la idea de que los electrones actuaban como pequeños planetas newtonianos en órbita alrededor del núcleo. Un electrón en un átomo quedaba mucho mejor descrito en términos de ondas, las cuales se acomodaban en torno al núcleo de modo análogo a como las ondas sonoras se adecúan a la longitud del tubo de un órgano (un fenómeno que solo permite que aparezcan ciertas notas o, en el caso del átomo, limita las energías posibles de los estados). Las distintas categorías del mundo habían quedado mezcladas de manera irremediable.

Peor aún: las ondas de los electrones no eran ondas de materia electrónica, al modo en que las olas del océano son ondas de agua. Antes bien, como advirtiera Max Born, la onda del electrón es una onda de probabilidad. Cuando un electrón choca contra un átomo, resulta imposible predecir en qué dirección rebotará. Tras el encuentro, la onda correspondiente se dispersa en todas direcciones, al igual que ocurre con una ola en un arrecife. Pero, como comprendió Born, eso no quiere decir que el electrón en sí se esparza. Tomará una dirección bien definida, pero no una que podamos predecir. Resulta más probable que rebote en una dirección en la que la onda es más intensa, pero cualquier dirección es posible.

La probabilidad no era algo ajeno a los físicos de los años veinte. No obstante, se pensaba que esta simplemente reflejaba un conocimiento incompleto del sistema bajo estudio, no un indeterminismo intrínseco a las leyes de la física. Las teorías de Newton sobre el movimiento y la gravitación habían establecido el estándar de las leyes deterministas: si conocemos razonablemente bien la posición y la velocidad de cada uno de los cuerpos del sistema solar en un momento dado, las leyes de Newton nos permitirán determinar con buena precisión dónde se encontrarán todos ellos mucho tiempo después. En la física newtoniana, la probabilidad solo aparece cuando nuestro conocimiento es imperfecto; como, por ejemplo, cuando ignoramos los detalles del lanzamiento de un dado. Sin embargo, en la nueva mecánica cuántica, el determinismo parecía haber desaparecido de las leyes mismas de la física.

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