David Jou - Introducción al mundo cuántico

La física cuántica es una de las joyas de la corona de la ciencia y uno de los hitos culturales de nuestra época. Nace como un intento particular por comprender la naturaleza profunda de la luz y desemboca en una visión nueva y general de nuestra relación con el mundo físico y en una perplejidad sobre la entidad básica del mundo. A su vez, un gran número de personas ajenas a la física se sienten atraídas por el poder, el misterio, la sorpresa, la radicalidad de cuestionamiento de la física cuántica. El poder de fascinación que la mecánica newtoniana ejerció en la Europa culta e ilustrada de los siglos XVIII y XIX lo ejerce hoy, a escala mundial y a nivel relativamente popular, la física cuántica. El número de obras de divulgación sobre este tema es muy grande, y asimismo el ritmo de publicación.

Para los que amamos la física como un análisis de fenómenos muy diversos, como una trama de conexiones, como una síntesis sutil y esencial de la dinámica del mundo, como un diálogo con la naturaleza, como una disciplina del pensamiento, como un estímulo artístico y cultural, la física cuántica tiene un atractivo especialmente poderoso, por su capacidad de desbordar lo conocido y de sorprendernos con respuestas que son, a su vez, nuevas preguntas inquietantes.

He intentado que este libro refleje la enorme eficacia práctica de la física cuántica, su incidencia en muchos de los dispositivos que rodean nuestras vidas cotidianas, su impacto multimillonario en las economías avanzadas, su dinamismo avasallador en la apertura de nuevos horizontes tecnológicos, y también sus sorpresas conceptuales, sus paradojas sobre la realidad, sus problemas abiertos, e incluso aquello que tiene de gloria y aventura de la creatividad humana. Por ello, enfoco la presentación en dos partes: la primera está dedicada a los éxitos conceptuales y prácticos de la física cuántica, que son los que le otorgan la autoridad y el crédito que merece, y la segunda a las sorpresas y paradojas de su visión de la realidad, que son las que le proporcionan su inquietante atractivo intelectual. He encabezado cada parte con una brevísima sección en que destaco las cinco principales ideas que subyacen a cada una: creo que ese resumen ayudará a la lectura de cada parte y, una vez terminada esta, será útil como repaso.

Es necesario reconocer que a menudo se ha tratado la física cuántica con una notable exageración: se la ha envuelto en retórica, se han dado por ciertos resultados teóricos sin confirmación experimental, se le han atribuido resonancias espirituales y psicológicas que desbordan su ámbito... Procuraré combinar el entusiasmo con la prudencia, sin rehuir las sugerencias y analogías de todo tipo que pueda suscitar, pero sin atribuirles carácter absoluto y definitivo.

En la primera parte proporciono, en letras cursivas, algunos detalles históricos sobre los orígenes de sus ideas principales, ligándolas con las personas y los lugares donde se manifestaron, en una exploración sobre la faceta humana de la investigación. También he procurado que las aplicaciones reflejaran la rápida marcha de la tecnología. Más del treinta por ciento del producto industrial de Europa y los Estados Unidos está relacionado con objetos surgidos, más o menos directamente, de la física cuántica: aparatos electrónicos, ordenadores, láseres, CD, DVD, Blu-ray, televisores, radios, teléfonos móviles, cámaras digitales, células fotovoltaicas, diodos emisores de luz...

En la segunda parte exploro las sorpresas conceptuales, las paradojas a que conduce la visión cuántica del mundo, y que resultan tan llamativas y profundas que suponen una verdadera revolución cultural y filosófica. Partículas y ondas no son realidades incompatibles, sino complementarias. Mientras no se la observa, una partícula está en todas partes a la vez. Se tiene a la vez A y no A: una afirmación y su opuesta. Los sistemas que han interaccionado siguen vinculados por mucho que se alejen el uno del otro. La física clásica partía de un presupuesto realista: las propiedades que medimos existen anteriormente a la realización de la medida, y existirían aunque nadie las midiera. En cambio, en la física cuántica, el proceso de medida altera profundamente el sistema, da realidad concreta a propiedades no propiamente definidas antes de la medida, e involucra al observador en aspectos relevantes del mundo, sin permitirle mantenerse al margen.

He organizado el libro en veinte capítulos breves y directos, de manera que la sola lectura del índice pusiera de manifiesto la diversidad de facetas de la teoría cuántica, y que en pocas páginas se tuviera una idea de sus aspectos más relevantes. Lo he titulado Introducción al mundo cuántico porque la voluntad del libro es introductoria, y porque la física cuántica, más allá de sus diversas especialidades concretas, da una visión sorprendente del mundo. Lo he subtitulado De la danza de las partículas a las semillas de las galaxias para subrayar la estrecha relación entre microcosmos y macrocosmos, tan ligados entre sí en la cosmología cuántica, en las etapas iniciales del universo y en la formación de los núcleos atómicos en las estrellas. Danza y semilla no son palabras escogidas al azar: en las interpretaciones actuales, las fluctuaciones de densidad que iniciaron la formación de las galaxias primitivas —‌y actuaron, pues, como semillas de agregación—‌ tienen origen cuántico, y el movimiento de las partículas no es visto como trayectorias nítidas y deterministas, sino como superposición e interferencia de caminos diversos y de historias simultáneas —‌y de ahí la palabra danza—‌. He procurado actualizar esta segunda edición con algunos descubrimientos llevados a cabo en el año transcurrido desde la publicación de la primera.

Además de haber enseñado en muchas ocasiones una breve introducción a la física cuántica en la Facultad de Ciencias de la Universitat Autònoma de Barcelona, tuve la interesante experiencia de poder dar durante varios años un curso introductorio sobre esta materia en la Facultad de Filosofía y, posteriormente, una asignatura de campus sobre introducción a la ciencia, donde también la cuántica aparecía en lugar destacado —‌con la relatividad, la cosmología, la biología molecular, la evolución y la neurobiología—‌.

La diversidad de miradas con que se contemplaban las mismas cuestiones me sorprendió y enriqueció. Así, por ejemplo, en tanto que los estudiantes de física preguntaban por las condiciones de integrabilidad de una ecuación diferencial, o por los resultados concretos de las medidas sobre efecto túnel cuántico y algunas de sus aplicaciones tecnológicas, los estudiantes de filosofía preguntaban si el principio de complementariedad de Bohr era kantiano o positivista. Los diversos tipos de preguntas me ayudaron a aprender y a pensar.

Agradezco a mis estudiantes y a mis colegas de la UAB y al público de mis conferencias, que a lo largo de tantos años, con sus diversas preguntas, inquietudes y paradojas, me hayan estimulado a ir más allá de lo que creía comprender y a cuestiones que tal vez sin ellos no me habría planteado. Y agradezco al editor, Gonzalo Pontón, que hace más de veinticinco años me encargó traducir el primer libro de Stephen Hawking, tan atractivo para mí, que me haya confiado ahora la tarea de intentar explicar a un público más amplio qué es la física cuántica.

David Jou

Mayo de 2013