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Pensamiento Científico

La búsqueda del Conocimiento ha sido y es uno de los deseos más profundos de toda la Humanidad a lo largo de su evolución. Este pensamiento científico, no ha sido el mismo siempre. Se destacan periodos históricos relacionados con cambios de paradigma en el pensamiento científico, a su vez, implica una transformación en la forma en que observamos y comprendemos nuestro Mundo.

 
 

Edad Antigua
Las raíces de la física y de la ciencia occidental, se hallan en el primer período de la filosofía griega, en el siglo VI antes de Cristo, en una cultura en la que no existía separación alguna entre ciencia, filosofía y religión.

ESCUELA DE MILETO
  • No separación: ciencia, filosofía y religión.
  • Finalidad: descubrir la naturaleza esencial de las cosas.
  • No diferencian: espíritu y materia / animado y animado.
 
  • Tales de Mileto (Padre de la Ciencia). Primero en buscar explicaciones a los fenómenos naturales sin recurrir a poderes sobrenaturales.
  • Anaximandro. Vio el universo como una especie de organismo sostenido por el "neuma" o aliento cósmico, del mismo modo que el cuerpo humano está sustentado por el aire.
  • Heráclito de Efeso Creía en un mundo en perpetuo cambio, en un eterno "devenir".  Todos los cambios que se producen ocurren por la interacción dinámica y cíclica de los opuestos. Todo par de opuestos forma una unidad. A esa unidad, que contiene y trasciende a todas las fuerzas opuestas, la llamó el Logos.
 
ESCUELA DE PARMÉNIDES DE ELEA
  • Rompe con la idea de unidad al asumir la existencia de un principio divino que prevalece a todo, un dios inteligente y personal que gobierna y dirige el mundo.
  • Separación entre espíritu y materia. Aparece el dualismo y el concepto de sustancia indestructible característico del pensamiento occidental.
  • Ser inmutable.
 
FILOSOFIA DE LEUCIPO Y DEMÓCRITO
  • Introducen el concepto del átomo, la unidad más pequeña de materia indivisible.
  • Trazan la división entre espíritu y materia.

 
Edad Media
El conocimiento científico de la antigüedad fue sistematizado y organizado por Aristóteles, quien creó el esquema que serviría de base durante dos mil años a la concepción occidental del universo. Todo y eso, durante esta época, la gran mayoría de los avances del pensamiento científico se dieron en los imperios musulmanes, siendo el árabe la lengua franca de transmisión del conocimiento.

Aristóteles. Mayor relevancia de las cuestiones relativas a la perfección del alma humana y a la contemplación de Dios, en contraste al olvido del mundo material. La razón por la que el modelo aristotélico del universo permaneció incontestado durante tanto tiempo fue precisamente esa falta de interés en el mundo material, y también la gran influencia de la Iglesia Cristiana que apoyó las doctrinas de Aristóteles durante toda la Edad Media.

 
Edad Moderna
La edad Moderna comienza con el Renacimiento, el redescubrimiento de América y la caída de Constantinopla. Los centros de generación del conocimiento pasaron de los imperios árabes a los imperios europeos. Los eventos de esta época motivaron un
cambio en la visión del mundo en Europa.

Renacimiento (finales del s. XV). La ciencia occidental no alcanzó mayor desarrollo hasta la llegada del Renacimiento. Hay una liberación de la influencia aristotélica y de la Iglesia, mostrando un nuevo interés en la naturaleza.
  • Galileo (finales del s. XV). Considerado el padre de la ciencia moderna, al ser el primero en combinar el conocimiento experimental con las matemáticas. Condujo a la formulación de teorías científicas basadas en la experimentación y expresadas en lenguaje matemático.

El nacimiento de la ciencia moderna fue precedido y acompañado por una evolución del pensamiento filosófico
que llevó a una formulación extrema del dualismo espíritu-materia. Esta formulación apareció en el siglo XVII en la filosofía de René Descartes
  • René Descartes. Basa la visión de la naturaleza en una división de dos reinos separados e independientes: cuerpo y materia. La materia es considera como algo muerto totalmente separado. La famosa frase de Descartes "Cogito ergo sum" -pienso, luego existo, llevó al hombre occidental a considerarse identificado con su mente, en lugar de hacerlo con todo su organismo. La mayoría de los individuos son conscientes de sí mismos como egos aislados, que existen "dentro" de sus cuerpos. La mente es separada del cuerpo, y se cree que esta tiene la tarea de controlar al cuerpo, causando un conflicto entre la voluntad consciente y los instintos involuntarios.

Fragmentación Interna. Separación del individuo en gran número de compartimentos separados (actividades, talentos, sentimientos, creencias…) Esto genera gran confusión metafísica y continua frustración y conflictos.
Visión Fragmentada. La fragmentación interna es un reflejo del “mundo exterior”. Este es percibido como una multitud de objetos y acontecimientos separados. Esta visión es más acentuada por la sociedad (dividida en naciones, razas y grupos religiosos y políticos).
 
La creencia de que todos esos fragmentos -en nosotros mismos, en nuestro entorno y en nuestra sociedad- están realmente separados, puede considerarse como la razón esencial de la presente serie de crisis sociales, ecológicas y culturales. Nos ha separado de la naturaleza y de nuestros congéneres humanos. Ha generado una distribución enormemente injusta de los recursos naturales creando el desorden político y económico, una creciente ola de violencia, tanto espontánea como institucionalizada y un feo y contaminado medio ambiente, en el que la vida se ha hecho a veces malsana, tanto física como mentalmente (Copra, 1975: 8).
 
 
Einstein y la Física Clasica

Determinismo y Mecanicismo
Desde la segunda mitad del siglo XVII hasta finales del siglo XIX, el modelo mecanicista y determinista de Newton, el Paradigma Newtoniano del universo, dominó todo el pensamiento científico y social. Este modelo constituyo las bases de la física clásica, ha sido la estructura de la ciencia y proporcionó una base sólida a la filosofía natural durante casi tres siglos. El universo era considerado como totalmente causal y determinado. Todo lo que sucedía tenía una causa definida y originaba a su vez unos efectos definidos. El futuro de cualquier parte del sistema podía -en principio- ser predicho con absoluta certeza, siempre que su situación en un momento dado se conociera con todo detalle.
 
Leyes Naturales - Leyes de Dios
Las leyes de la naturaleza fueron consideradas como leyes fijas, que gobiernan el movimiento de los cuerpos materiales.  Se creía que la naturaleza tiene sus propias leyes y de ninguna manera se podía influir en ellas. Las leyes de la naturaleza 
investigadas por los científicos fueron consideradas como las leyes de Diosinvariables y eternas, a las que el inundo se hallaba sometido. De forma paralela, se fomentó la imagen de un dios monárquico, que gobernaba el mundo desde arriba, imponiendo en él su divina ley. Según el concepto de Newton, Dios creó, al principio, las partículas materiales, las fuerzas existentes  entre ellas y las leyes fundamentales del movimiento. De este modo, todo el universo fue puesto en movimiento y así ha continuado desde entonces, gobernado por leyes inmutables, como una máquina.
 
Newton imaginaba que Dios había creado el Mundo Material de esta forma:
 
 Me parece probable que Dios, en un principio formase la materia en partículas sólidas, duras, impenetrables, móviles, con ciertos tamaños y formas y con otras propiedades -como su proporción en el espacio- tendentes en su mayoría a cumplir la finalidad para la cual fueron formadas. Siendo estas partículas sólidas, son incomparablemente más duras que cualquiera de los cuerpos porosos compuestos de ellas, de una dureza tal que incluso nunca se consumen ni se rompen en pedazos, no existiendo ningún poder que sea capaz de dividir lo que Dios, en su primera creación hizo uno.
M. P. Crosland, The Science of Matter (La Ciencia de la Materia) (History of Science Readings, Penguin Books, Harmond-swonh 1971 ), pág. 76
 
La base filosófica de este riguroso determinismo era la separación existente entre el "yo" y el mundo, introducida por Descartes. Como consecuencia de esta separación, se creía que el mundo podía ser descrito objetivamente, es decir, sin mencionar jamás al observador humano, y tal descripción objetiva de la naturaleza se convirtió en el ideal de toda la ciencia.
 
El Universo. Espacio y Tiempo
El escenario del universo newtoniano, donde ocurrían todos los fenómenos físicos era el espacio tridimensional de la geometría clásica euclidianaEra un espacio absoluto, siempre en reposo e inmutable. Todos los cambios que tienen lugar en el mundo físico fueron descritos en función de una dimensión aparte, llamada tiempo, que a su vez era absoluta, sin conexión con el mundo material  y que fluía suavemente desde el pasado, pasando por el presente, hacia el futuro. 

Los elementos del mundo newtoniano que se movían en estos espacios y tiempos absolutos eran partículas materiales. En las ecuaciones matemáticas se los trataba como puntos de masa, y Newton los consideraba como objetos pequeños, sólidos e indestructibles, de los cuales estaba compuesta la materia. Era un modelo bastante similar al de los atomistas griegos. Ambos se basaban en la distinción entre lo lleno y lo vacío, entre materia y espacio y en ambos modelos las partículas permanecían siempre idénticas a sí mismas en cuanto a su masa y su forma.
 
Por ello la materia siempre se conservaba y tenía un carácter esencialmente pasivo. La principal diferencia entre los sistemas atomistas de Demócrito y de Newton es que éste último incluye una precisa descripción de la fuerza que actúa entre las partículas materiales. Esta fuerza es muy simple y depende sólo de las masas y de las distancias mutuas entre las partículas. Se trata de la fuerza de la gravedad y Newton la consideró rígidamente relacionada con los cuerpos sobre los que actuaba a través de la distancia (Copra, 1975: 22).
 
Principio de Gravitación Universal 
En la mecánica newtoniana todos los fenómenos físicos se reducen al movimiento de cuerpos materiales en el espacio, movimiento originado por sumutua atracción, esto es, por la fuerza de gravedad.El propio Newton aplicó su teoría al movimiento de los planetas y pudo explicar los rasgos básicos del sistema solar. Su modelo planetario era muy simplificado, no tenía en cuenta por ejemplo, la influencia gravitacional de los planetas entre sí, pese a ello descubrió que había ciertas irregularidades que no podía explicar. Resolvió este problema asumiendo que Dios estaba siempre presente en el Universo para corregir tales irregularidades.
 
Laplace. Mecanique Céleste
El matemático Laplace, perfeccionó los cálculos de Newton ofreciendo la solución al problema mecánico presentado por el sistema solar. Logró explicar los movimientos de los planetas, lunas y cometas hasta sus más pequeños detalles, así como también el flujo de las mareas y otros fenómenos relacionados con la gravedad. Demostró que las leyes newtonianas relativas al movimiento aseguraban la estabilidad del sistema solar, tratando al universo como una máquina perfectamente autorregulada (Capra, 1975: 23).

Hizo creer a los físicos de principios del siglo XIX que el universo era un gigantesco sistema mecánico que funcionaba según las leyes newtonianas del movimiento. Estas leyes fueron consideradas como las leyes básicas de la naturaleza, y la mecánica de Newton se convirtió en la teoría definitiva, que explicaba todos los fenómenos naturales. Y sin embargo, apenas cien años más tarde era descubierta tina nueva realidad física que pondría de manifiesto las limitaciones del modelo newtoniano, demostrando que ninguna de sus características tenía validez absoluta (Capra, 1975: 24).

  • Objetivismo. Existe un mundo ahí fuera independiente de mí que puedo observar y estudiar sin afectarlo.
  • Realidad Fragmentada y separada. El observador y lo observado son entidades independientes aisladas unas de las otras.
  • Positivismo. El mundo real es el mundo que puedo medir con instrumentos. Todo lo que no se puede medir no existe.
  • Reduccionismo. La manera de comprender los fenómenos y el mundo de ahí fuera es reduciéndolo a sus partes más pequeñas.
  • Realidad únicamente material. Toda la vida se reduce a la materia organizada de forma simple o compleja, pero al fin y al cabo materia sólida, a los átomos y moléculas. La realidad es sólida. 
 
Michael Faraday y Maxwell
El paso más importante, lo dieron Michael Faraday, uno de los más grandes experimentadores en la historia de la ciencia. Y Clerk Maxwell, un brillante teórico.
  • Michael Faraday. Su experimento fundamental dio origen a toda la tecnología de la ingeniería eléctrica, la cual constituyó la base de sus especulaciones teóricas y de las de Maxwell.
  • Clerk Maxwell. Descubre las leyes del electromagnetismo y elabora una teoría completa.

Faraday y Maxwell no sólo estudiaron los efectos de las fuerzas eléctricas y magnéticas, sino que hicieron de las mismas el principal objeto de su investigación. Reemplazaron el concepto de fuerza por el de campo de fuerza, y con ello, fueron los primeros en ir más allá de la física newtoniana. Desde la perspectiva newtoniana, las fuerzas estaban rígidamente relacionadas con los cuerpos sobre los que actuaban. Ahora el concepto de fuerza tuvo que ser sustituido por el mucho más sutil concepto de campo, que tenía su propia realidad y que podía ser estudiado sin ninguna referencia a los cuerpos materiales. La culminación de esta teoría, llamada electrodinámica, fue el descubrimiento de que la luz es un campo magnético  que alterna muy rápidamente y que viaja a través del espacio en forma de ondas (Capra, 1975:24).
 
Así, a comienzos del siglo XX, los físicos tenían a su disposición dos exitosas teorías que aplicaron a diferentes fenómenos: la mecánica de Newton y la electrodinámica de Maxwell. Todo podía ser predecible y todo estaba sujeto a unas leyes estables. La física parecía haber explicado ya todos los fenómenos: todo lo que se transmite lo hace en forma de ondas, como las ondas electromagnéticas.

 
 
De la Física Clásica a la Realidad Cuántica
 
principios del s. XX, la física se creía terminada. Muchos físicos, como Plank, Einstein y Bohn, mostraron que las leyes de Newton
que se consideran válidas para todo el universo, no pueden ser aplicadas a escala muy pequeña o muy grande. Es en este momento cuando se exponen por separado dos investigación, la Teoría de la Relatividad y la Física Atómicaalteran los conceptos principales de la concepción newtoniana del mundo.
 
Los descubrimientos de la física moderna y los descubrimientos en los mundos atómicos y subatómicos  exigían profundos cambios en muchos de los conceptos fundamentales  que estructuraban nuestra forma de entender el mundo. Conceptos tales como; espacio, tiempo, materia, objeto, causa y efecto, las partículas sólidas elementales, la naturaleza estrictamente causal de los fenómenos físicos, y el ideal de una descripción objetiva de la naturalezaNinguno de estos conceptos podía explicar la nueva realidad.
 
Los físicos que se han dedicado a cambiarlos, han experimentado algo parecido a una conmoción al ver que los fundamentos de
 su visión del mundo se tambaleaban ante la nueva experiencia de la realidad atómica. Puesto que de estos cambios ha surgido una visión del mundo radicalmente distinta, y que todavía, a través de la actual investigación científica, está en proceso de formación (Capra, 1975: 21).

Así, escribía Heisenberg:
Esta violenta reacción ante la evolución de la física moderna tan sólo se podrá comprender advirtiendo que los fundamentos de la física han comenzado a moverse, y que ese movimiento ha causado la sensación de que la ciencia va a quedar separada de la tierra.
W. Heisenberg, Physics and Philosophy (Allen & Unwin, Londres, 1963), pág. 145

Estamos frente a un cambio de paradigma, un cambio en la manera de ver y entender el mundo que nos rodea. Es un cambio en nuestra forma de pensar, y por lo tanto en la forma de interaccionar con el universo (Corbera, 2015: 27).


  • FÍSICA CLÁSICA. MENTE DUALUna mente que busca afuera, en el exterior, las causas de los efectos que se manifiestan en su vida. Una mente que cree en la mala y en la buena fortuna, que cree en la casualidad, en el azar, una mente determinista, newtoniana, donde el observador no afecta lo observado.
  • FÍSICA CUÁNTICA. MENTE HOLÍSTICADesde una mente que comprende que las causas de los efectos que se manifiestan en la vida externa están en su interior, y que él o ella es responsable de las decisiones que toma y que provocarán esos efectos visibles (Corbera; 2015:7).

Max Planck. Padre de la Mecánica Cuántica
Max Planck, es considerado el padre de la física cuántica, responsable del descubrimiento de la cuantización de la energíaDescubrió la ley de la radiación electromagnética, reconoció una de las constantes más importantes del Universo, identificada en su honor, como Constante de PlanckA su vez, Max Planck, asentó las bases del holismoHay otra verdad que es holística, porque nos enseña que todo está unido por medio de una Matriz que lo sustenta.

DESCUBRIMIENTOS
En 1900 realizando sus estudios sobre la luz, descubrió la ley de la radiación electromagnética, la constante de Planck (se usa para calcular la energía del fotón), ley que se ha convertido en una de las bases de la mecánica cuántica. En sus experimentos, Planck descubrió que la luz no se expande siempre como una onda continua, como se suponía hasta entonces. La luz se comporta como un conjunto de partículas, la energía se radia en unidades pequeñas y separadas que llamamos cuantos. Esta constante implica que la radiación no puede ser emitida ni absorbida de forma continua, sino solo en determinados momentos y en pequeñas cantidades denominadas cuantos o fotonesLos "cuantos" de luz, que dieron su nombre a la teoría cuántica, han sido aceptados desde entonces como auténticas partículas y ahora se les llama fotones

Esta teoría era tan revolucionaria que ni el mismo Plank creía completamente en ella, sospechando que podía ser una trampa matemática sin ninguna relación con algo real. Pero cuando Einstein la aplicó al efecto fotoeléctrico Bohr al modelo atómico con tan excelentes resultados, la teoría cuántica había alcanzado tanta importancia que Plank recibió el Nobel en 1918.

PREMIO NOVEL. ENERGÍA – INFORMACIÓN
Planck ya intuía que, de alguna manera, todo lo que vemos debe estar sustentado por una energía, una información que le da vida a todo. Por eso, cuando le entregaron el Premio Nobel de Física por sus descubrimientos sobre la mecánica cuántica, dijo:
 
 Como hombre que ha dedicado su vida entera a la más clara y superior ciencia, el estudio de la materia, puedo decirles, como resultado de mi investigación acerca del átomo, lo siguiente: «no existe la materia como tal. Toda materia se origina y existe solo por virtud de una fuerza, la cual trae la partícula de un átomo a vibración y mantiene la más corta distancia del sistema solar del átomo junta. Debemos asumir que detrás de esta fuerza existe una mente consciente e inteligente. Esta mente es la matriz de toda materia».
Max Planck, padre de la física cuántica. Discurso de aceptación del Premio Nobel de Física en 1910 (Corbera, 2015: 29)​
 
Sin embargo, se trata de partículas de un tipo especial, sin amasa, que viajan siempre a la velocidad de la luz. La aparente contradicción existente entre los conceptos de partícula y onda fue resuelta de un modo completamente inesperado, que vino a cuestionar el propio fundamento de la visión mecanicista del mundoel concepto de la realidad de la materia. A nivel subatómico,
  • la materia no está con seguridad en un lugar determinado, sino más bien muestra "tendencias a existir",
  • y los sucesos atómicos no ocurren con seguridad en determinados tiempos y en determinadas maneras, sino que más bien muestran "tendencias a ocurrir".

En el formulismo de la teoría cuántica, estas tendencias se expresan como probabilidades y están relacionadas con cantidades matemáticas que toman la forma de ondasEsta es la razón por la cual las partículas pueden ser al mismo tiempo ondas. No se trata de ondas tridimensionales "reales" como las ondas sonoras o las ondas de agua, sino de
  • Ondas de probabilidad, cantidades matemáticas abstractas, con todas las características propias de las ondas, relacionadas con las probabilidades de encontrar las partículas en puntos concretos del espacio y en tiempos particulares.
Todas las leyes de la física atómica se expresan en términos de estas probabilidades. Nunca se puede predecir un suceso atómico con certeza; sólo podemos decir que es probable que ocurra (Capra, 1975: 28).
 
Un cuidadoso análisis del proceso de observación en la física atómica ha demostrado que las partículas subatómicas no tienen ningún significado como entidades aisladas, sino que sólo pueden entenderse como interconexiones entre la preparación de un experimento y su consiguiente medición.De este modo la teoría cuántica ha revelado la unidad básica del universo. Ha mostrado que no podemos descomponer el mundo en las unidades más pequeñas existentes independientemente. A medida que penetramos en la materia, la naturaleza no nos muestra ningún "ladrillo básico" aislado, sino que aparece como una complicada telaraña de relaciones existentes entre las diversas partes del conjunto.
 
Estas relaciones siempre incluyen al observador de un modo esencial. El observador humano constituye el nexo final en la cadena de los procesos de observación, y las propiedades de cualquier objeto atómico  sólo se pueden comprender en términos de la interacción que tiene lugar entre el objeto observado y el observador.
  • Esto significa que el ideal clásico de una descripción objetiva de la naturaleza ha dejado ya de tener validez.
  • La separación cartesiana entre yo y el mundo, entre el observador y lo observado, no puede hacerse cuando se trata con la materia atómica.
 
En la física atómica, nunca podemos hablar de la naturaleza sin, al mismo tiempo, hablar sobre nosotros mismos
(Capra, 1975: 29)
 

El Relativismo de Albert Einstein
Albert Einstein se tomó muy enserio los estudios de Planck. Einstein demostró que la luz tiene un doble comportamiento: como onda y como partícula.
 
En 1905 publica dos artículos, a través de los cuales inicia dos tendencias revolucionarias de pensamiento.
  • Una fue su teoría especial de la relatividad, la otra una nueva forma de considerar a la radiación electromagnética, que iba a convertirse en la característica de la
  • Teoría cuántica: la teoría de los fenómenos atómicos. La teoría cuántica completa fue elaborada veinte años más tarde por todo un equipo de físicos.

A comienzos del siglo XX,
los trabajos científicos de Einstein se elevan
como imponentes monumentos intelectuales
-las pirámides de la civilización moderna-
(Copra, 1975: 26)

TEORIA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD
El más profundo interés teórico de Einstein fue encontrar una base única para toda la física, a través de su teoría especial de la relatividad. Esta teoría vino a unificar y completar la estructura de la física clásica, pero al mismo tiempo implicaba drásticos cambios en los conceptos tradicionales de espacio y tiempo, socavando así uno de los cimientos de la visión newtoniana del mundo.
 
TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Según la teoría de la relatividad, el espacio no es tridimensional y el tiempo no constituye una entidad separada. Ambos están íntimamente relacionados y forman una continuidad cuatridimensional "espaciotemporal". En la teoría de la relatividad, por lo tanto, no podemos hablar de espacio sin hablar de tiempo y viceversa.
 
El concepto newtoniano de un espacio y espacio absoluto, escenario de los fenómenos físicos han sido abandonados. Espacio y tiempo se han convertido en elementos del lenguaje que utiliza un observador para describir los fenómenos que observa. Este hecho implica modificar toda la estructura utilizada para describir la naturaleza. La consecuencia más importante fue la modificación de la conciencia 
de que la masa no es más que una forma de energía. Incluso un objeto en reposo tiene energía almacenada en su masa.
 
En1915, Einstein propuso su teoría general de la relatividad, en la que el armazón de la teoría primera o especial se amplía para incluir la gravedad, es decir, la atracción mutua de todos los cuerpos sólidos. Mientras que la teoría especial ha sido ya confirmada por innumerables experimentos, la teoría general todavía no se ha podido confirmar de un modo concluyente. Así, la teoría general de la relatividad de Einstein anula los conceptos de espacio y tiempo absolutos . No solamente serán relativas todas las mediciones que impliquen tiempo y espacio, sino que la estructura total del espacio-tiempo dependerá de la distribución que tenga la materia en el universo, perdiendo al mismo tiempo todo su significado el concepto de "espacio vacío" (Copra, 1975: 26).
 
Poco después se descubrieron otros tipos de radiaciones emitidas por los átomos de las llamadas substancias radioactivas. El fenómeno de la radioactividad generó la prueba definitiva de la naturaleza compuesta de los átomos, demostrando que los átomos de las substancias radioactivas no solamente emiten varios tipos de radiaciones, sino que también se transforman en átomos de substancias totalmente diferentes (Capra, 1975: 27).
 
Por lo tanto, el átomo es extremadamente pequeño, comparado con los objetos macroscópicos, pero es enorme comparado con el ​núcleo que tiene en su centro. Para poder ver el núcleo, tendríamos que aumentar el átomo hasta el tamaño de la cúpula más grande del mundo, la cúpula de la catedral de San Pedro en Roma. En un átomo de ese tamaño, el núcleo vendría a ser como un grano de sal. Un grano de sal flotando en medio de la cúpula de la catedral de San Pedro, y motas de polvo -girando a su alrededor, dentro del mismo espacio de la cúpula, así es como podríamos representar al núcleo y los electrones de un átomo. Poco después de establecido este modelo planetario del átomo, se descubrió que el número de electrones existentes en los átomos de un cierto elemento determinan las propiedades químicas del mismo (Capra, 1975: 27).
 
El átomo de hidrógeno está compuesto tan sólo por un protón y un electrón. Estas leyes, sin embargo, no resultaron fáciles de reconocer. Fueron descubiertas en 1920 por un grupo internacional de físicos que incluía a Niels Bohr de Dinamarca, Louis De Broglie de Francia, Erwin Schrodinger y Wolfgang Pauli de Austria, Werner Heisenberg de Alemania y Paul Dirac de Inglaterra.
 
Estos hombres aunaron sus esfuerzos más allá de sus fronteras nacionales y lograron perfilar uno de los más apasionantes períodos de la ciencia moderna, que -puso al hombre, por vez primera, en contacto con la extraña e inesperada realidad del mundo subatómico. Cada vez que los físicos hacían una pregunta a la naturaleza en un experimento atómico, la naturaleza respondía con un absurdo, y cuanto más trataban de aclarar la situación, más desconcertante resultaba dicho absurdo. Tardaron mucho tiempo en aceptar el hecho de que estas absurdas paradojas pertenecen a la estructura intrínseca de la física atómica, y en darse cuenta de que surgen siempre que se intenta describir los sucesos atómicos en los términos tradicionales de la física. Una vez apercibidos de esto, los físicos comenzaron a aprender la forma de efectuar las preguntas correctas y de evitar las contradicciones.
 
Las unidades subatómicas de materia son entidades muy abstractas que tienen un aspecto dual. Dependiendo de cómo las veamos, aparecen a veces como partículas y otras veces como ondasNaturaleza dual que es también manifestada por la luz, que puede tomar la forma de ondas electromagnéticas o de partículas.  Esta propiedad común de la materia y de la luz resulta muy extraña. Parece imposible aceptar que algo pueda ser al mismo tiempo, una partícula -es decir, un cuerpo, aunque de volumen pequeñísimo- y una onda, que se esparce por una extensa región del espacio (Capra, 1975: 28).

Albert Einstein:
Un ser humano forma parte del todo que nosotros llamamos universo, una parte limitada temporal y espacialmente. Experimenta su existencia, sus pensamientos y sus sentimientos como algo separado del resto… algo así como una especie de ilusión óptica de su conciencia. Esta ilusión es una cárcel para nosotros, que limita nuestros deseos y nuestro afecto por las pocas personas más próximas a nosotros. Nuestra tarea debe ser la de liberarnos de esta cárcel, aumentando nuestro círculo de compasión para abarcar todos los organismos con vida y toda la hermosa naturaleza.


Niels Bohr. Principio de No localidad
Neils Bohr descubrió que una vez que las partículas subatómicas, como los electrones o los fotonesestán en contacto, siguen influenciándose mutuamente de manera instantánea a través de cualquier distancia y para siempre, aún en ausencia de cualquier medio que pueda permitir intercambios de fuerza y energía. A este hecho se le llamó la «no localidad». Niels Bohr fue probablemente el primer físico en comprender y aceptar las ecuaciones de la física cuántica, al hablar de una realidad externa al hombreque no es consistente con los conceptos de espacio, tiempo e incluso realidad en el sentido habitual. Del mismo modo que es necesario especificar una referencia para hablar de la velocidad y el movimiento de un objeto en física clásica, no es posible describir los objetos cuánticos, sin especificar las condiciones experimentales de las observaciones que hemos hecho en ellos. Y esto es lo que posteriormente vendría a decir uno de los mejores alumnos de Bohr, el gran físico John Wheeler, cuando declaró: 
Ningún fenómeno es real hasta que no es un fenómeno observado“.

Modelo Bohr-Rutherford
La física se une a la química, y esta nos permite comprender la estructura íntima de la materiaEl modelo Bohr-Rutherford 
intenta explicar la estabilidad de la materialos electrones tienen órbitas estables, sin irradiar energía y se comportan como partículas. En principio, los experimentos de Rutherford demostraron que los átomos que conforman la materia sólida están casi en su totalidad formados por espacio vacío. Pero si todos los objetos que nos rodean, y nosotros mismos, estamos en nuestra mayor parte formados por espacio vacío, ¿por qué no podernos pasar a través de las puertas cerradas? En otras palabras, ¿qué es lo que da a la materia su aspecto sólido?
 
La teoría cuántica ha demostrado que todas estas sorprendentes propiedades de los átomos son consecuencia de la naturaleza ondular de sus electrones. Para empezar, el aspecto sólido de la materia  es producto de un típico "efecto cuántico" relacionado con el aspecto dual onda-partícula de la materia.  Estas altas velocidades son las que hacen que el átomo aparezca como una esfera rígida, exactamente del mismo modo que una hélice que gira muy rápidamente aparece como un disco. Es muy difícil comprimir más los átomos, por eso dan a la materia su conocido aspecto sólido (Capra, 1975: 29).
 
El primer paso importante hacia la comprensión de la estructura del núcleo fue el descubrimiento del neutrón como segundo componente nuclear. El neutrón es una particula que tiene más o menos la misma masa que el protón (el primer componente nuclear) y alrededor de dos mil veces la masa del electrón, pero que no lleva carga eléctrica alguna. Este descubrimiento no solamente explicaba que los núcleos de todos los elementos químicos estaban constituidos de protones y neutrones, sino que también revelaba que la fuerza nuclear, que conserva a estas partículas tan firmemente unidas dentro del núcleo, era un fenómeno completamente nuevo pues no podía ya ser de origen electromagnético, dado que los neutrones son eléctricamente neutros. Los físicos pronto se dieron cuenta de que se estaban enfrentando con una nueva fuerza de la naturaleza, que no se manifiesta en ninguna otra parte fuera del núcleo atómico (Capra, 1975: 30).
 
Un núcleo es aproximadamente unas cien mil veces más pequeño que la totalidad del átomo y, sin embargo, contiene casi toda la masa del átomo. Esto significa que la materia existente dentro del núcleo debe ser extremadamente densa, en comparación con las formas de materia a las que estamos acostumbrados. De hecho, si todo el cuerpo humano fuese comprimido a una densidad semejante a la nuclear, no ocuparía más espacio que una cabeza de alfiler.

Erwin Schrödinger. Paradoja del Gato
Erwin Schrödinger expuso la paradoja famosa del gato encerrado en una caja. Según la teoría de la dualidad onda/partícula, el gato estaría muerto y vivo a la vez. Propuso este experimento mental después de mantener varias conversaciones con Einstein para demostrar las paradojas a las que nos aboca la mecánica cuántica. Desarrolló la llamada ecuación de Schrödinger, por la que recibió el Premio Nobel de Física (1933). Esta ecuación sentó las bases de la mecánica cuántica.

Dualidad Onda / Partícula. Experimento canicas
Veamos qué nos dice la paradoja onda/partícula y veamos también la interpretación de Copenhague. Se propone la siguiente metáfora: estamos en un cine y, delante de la pantalla, a cierta distancia, colocamos un panel con dos rendijas iguales y paralelas. Proyectamos sobre la pantalla un haz de electrones y, para poder observar lo que ocurre, encendemos las luces de la sala. Vemos que en la pantalla queda un patrón normal, con dos acumulaciones de electrones que corresponden a las dos rendijas. Ahora apagamos las luces de la sala y volvemos a proyectar un haz de electrones. Cuando observamos la pantalla, vemos que hay un patrón de interferencias de ondas con unos máximos y unos mínimos.

La pantalla de la izquierda es la que aparece con las luces encendidas, es decir, cuando hay un observador. La pantalla de la derecha es la que aparece con las luces apagadas, es decir, sin observador. Cuando observo, proyecto fotones, proyecto información; entonces se produce un colapso de onda y la energía —la luz— se convierte en materia, es decir, en electrones (Corbera 2015: 31). De acuerdo con la ecuación de Schrödinger, aunque no nos explica por dónde pasa la partícula cuántica (fotón). Según la ecuación, el fotón pasa por una o por la otra, o pasa por las dos rendijas a la vez, o sencillamente no pasa. Están presentes todas las posibilidades.

Heisenberg. Principio de Indeterminación
En la física clásica, los atributos de un objeto son accesibles a la medición. En la física cuántica, pueden medirse con precisión las propiedades de un solo electrón, pero no sin producir imprecisión en algún otro atributo cuántico. Las propiedades cuánticas siempre aparecen en “pares conjugados”. Cuando dos propiedades tienen esta relación especial, es imposible conocer con plena precisión sobre ambas a la vez. El Principio de Incertidumbre de Heisenberg, también conocido como Indeterminabilidad, dice que si se mide con exactitud la posición de una partícula, se debe sacrificar el conocimiento preciso de su momento, y viceversa.

Interpretación de Copenhague. Sopa cuántica. Posibilidades Infinitas.
Fueron Bohr y Heisenberg los que dieron una explicación a esta paradoja (Erwin Schrödinger Paradoja Gato). Según ellos, el universo es un campo infinito de posibilidades superpuestas. Estas posibilidades están todas allí como una especie de «sopa cuántica», sin una ubicación exacta y sin existencia definida hasta que sucede algo que ayude a materializar una de ellas. Este «algo» es la conciencia de una persona —el simple acto de observación— que materializa la posibilidad en la que centramos nuestra atención. La mayor crítica de esta interpretación es que parece sugerir que el universo solo existe o puede manifestarse si hay alguien observándolo.

Dicho de otro modo, si no hay observador, 
nada cambia, todo es potencial, todo es posible.
Si una cantidad determinada de observadores 
proyectan sobre el Campo un tipo de información,
esta se materializará —colapsara— 
en una realidad que llamaremos nuestra vida
(Corbera, 2015: 33).

La Paradoja de Einstein / Podolsky / Rose (EPR)
Einstein/Podolsky/Rose (EPR) propusieron otro experimento mental, la paradoja EPR, basado en la teoría del entrelazamiento, concepto introducido por Schrödinger. Estos autores demuestran que «ciertas partículas pueden combinarse o superponerse de varias formas extrañas que no pueden ser explicadas por la mecánica clásica». Estos investigadores partieron de dos partículas estrechamente entrelazadas que se proyectaron a gran distancia una de la otra. Se vio que lo que se le haga a una, al instante le ocurre a la otra.

A Einstein esta teoría le ponía muy nervioso, la llamaba «la espeluznante acción a distancia». Introdujeron esta paradoja con el ánimo de demostrar que las correlaciones predichas por la mecánica cuántica son inconsistentes con el principio del realismo local, que dice que cada partícula debe tener un estado bien definido, sin que sea necesario hacer referencia a otros sistemas distantes. Para Einstein, el estado de la partícula B —la partícula distante también afectada— existía con anterioridad, lo cual vendría a demostrar que la teoría de la mecánica cuántica estaba incompleta.

Pero, como se demostró más tarde, Einstein no tenía razón. Como nos diría el profesor Stephen Hawking: «La diferencia entre la física clásica y la física cuántica es que en la primera se pueden predecir las posiciones y las velocidades, y en la cuántica no». También dijo: «Einstein no llegó a comprender finalmente esta diferencia, y por eso llegó a decir que no creía que Dios jugase a los dados con las leyes del Universo>> (Corbera, 2015: 34-35)

La desigualdad de Bell
Es poco conocido y ha sido calificado como «el descubrimiento más profundo de la Ciencia». ¡No de la física, sino de la Ciencia! Los diseños experimentales basados en él apuntan a que el realismo local es violado por la mecánica cuántica. Las teorías de John Bell coincidieron en el tiempo con el descubrimiento del rayo láser, lo que permitió realizar los experimentos. El experimento de Bell consiste en producir un par de fotones que viajan a cierta distancia uno del otro. La idea es medir cada fotón por separado en el mismo instante; de esta manera se intenta demostrar que las dos mediciones separadas y realizadas al mismo tiempo deben ser independientes del concepto de relatividad; es decir, que las mediciones que hago en un lado no deben influir en las del otro lado.

Se midió la polarización de cada fotón. Los fotones pueden polarizarse verticalmente, horizontalmente y con un ángulo de 45°, pero los fotones entrelazados por resonancia paramagnética electrónica están polarizados al mismo tiempo en horizontal y en vertical. Esto es tan raro como el gato de Schrödinger, que está muerto y vivo a la vez.

El resultado fue el que había predicho la mecánica cuántica: cualquiera que sea la medición de la dirección que hagamos en uno u otro lado, descubrimos que los dos fotones se alienan en la misma dirección. Esto significa que los fotones están estrechamente correlacionados. Significa que los dos fotones, aún separados por la distancia, se comportan como un mismo objeto. Más adelante Alain Aspect confirmó definitivamente que la velocidad de la luz no es un límite absoluto en el mundo subatómico. Demostró que si se disparan dos fotones, a partir de un átomo, en direcciones opuestas, la medición sobre uno afecta instantáneamente al otro. Así quedó patente que estos experimentos son reales, aunque no explican qué sucede realmente y qué hay detrás de esta evidencia (Corbera, 2015: 35).

Entrelazamiento Cuántico
Un grupo de físicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén ha logrado modificar desde el presente un evento que había sucedido con anterioridad. La hazaña, publicada en Science Now, se ha conseguido aprovechando una extraña capacidad de las partículas subatómicas que nunca hasta ahora había podido ser demostrada. Todo este estudio está basado en el entrelazamiento cuántico. Este grupo de físicos israelíes anunció en el año 2014 que había conseguido entrelazar dos fotones que nunca habían coincidido en el tiempo, es decir, que existieron en momentos diferentes. Primero generaron un fotón y midieron su polarización, un procedimiento que destruye la partícula que se quiere medir. Después generaron un segundo fotón y, a pesar de no haber existido al mismo tiempo que el primero, comprobaron que tenía exactamente la polarización opuesta, lo que demostró que ambos estaban entrelazados (Corbera, 2015: 36).

Nicolás Gisin, el jefe del proyecto, dijo:
«Lo fascinante es que los fotones entrelazados forman un mismo objeto.
Incluso cuando estos fotones gemelos son separados geográficamente,
si uno de ellos experimenta modificación,
el otro fotón experimenta automáticamente el mismo cambio>>
(Corbera 2015: 37)

Así, escribía Heisenberg:
Esta violenta reacción ante la evolución de la física moderna tan sólo se podrá comprender advirtiendo que los fundamentos de la física han comenzado a moverse, y que ese movimiento ha causado la sensación de que la ciencia va a quedar separada de la tierra.
W. Heisenberg, Physics and Philosophy (Allen & Unwin, Londres, 1963), pág. 145.


Jéssi López
Julio 2016
 
 
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