Werner Heisenberg - Física y filosofía

WERNER KARL HEISENBERG (Wurzburgo, Alemania, 5 de diciembre de 1901 – Múnich, 1 de febrero de 1976) fue un físico alemán. Es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre, una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1932. El principio de incertidumbre ejerció una profunda influencia en la física y en la filosofía del siglo XX.

Cuando se habla hoy de física moderna, en lo primero que se piensa es en las armas atómicas. Todos comprenden la enorme influencia de estas armas en la estructura política de nuestro mundo actual, y no resulta difícil admitir que la influencia de la física sobre la situación general es más grande que la que en cualquier otra época ha tenido. Pero ¿es realmente el aspecto político el más importante de la física moderna? Cuando el mundo haya ajustado su estructura política a las nuevas posibilidades técnicas ¿qué quedará, entonces, de la influencia de la física moderna?

Para contestar estas preguntas, debe tenerse presente que toda herramienta lleva consigo el espíritu con que ha sido creada. Puesto que todas las naciones y todos los grupos políticos habrán de estar interesados en las nuevas armas, independientemente del lugar y de las tradiciones culturales, el espíritu de la física moderna penetrará en las mentes de mucha gente, y se relacionará de diferentes maneras, con tradiciones más antiguas. ¿Cuál será el resultado de este impacto de una rama especial de la ciencia sobre antiguas y poderosas tradiciones? En aquellas partes del mundo en las que se ha desarrollado la ciencia moderna, el interés principal se ha centrado, desde hace mucho tiempo, en actividades prácticas, industria e ingeniería, combinadas con el análisis racional de las condiciones externas e internas de esas actividades. A la gente de esos países le será relativamente fácil hacer frente a las nuevas ideas, puesto que han tenido tiempo de adaptarse lenta y gradualmente a los métodos científicos del pensamiento moderno. En otras partes del mundo, estas ideas habrán de confrontarse con los fundamentos religiosos y filosóficos de la cultura local. Ya que los resultados de la física moderna afectan conceptos fundamentales, como los de realidad, espacio y tiempo, la confrontación puede conducir a desarrollos enteramente nuevos que no pueden preverse. Un rasgo característico de este encuentro entre la ciencia moderna y sistemas de pensamiento, más antiguos, será su internacionalismo. En este intercambio de ideas, una de las partes, la vieja tradición, será diferente en cada región del mundo, pero la otra será la misma en todas partes, y por lo tanto los resultados de este intercambio se desparramarán sobre todas las áreas en que tengan lugar estas discusiones.

Por tal razón, puede no ser una tarea insignificante tratar de discutir estas ideas de la física moderna en un lenguaje no demasiado técnico, estudiar sus consecuencias filosóficas, y compararlas con algunas de las tradiciones antiguas.

La mejor manera de enfrentar los problemas de la física moderna quizá sea mediante una descripción histórica del desarrollo de la teoría cuántica. Es verdad que la teoría de los quanta o cuantos es sólo un pequeño sector de la física atómica, y ésta a su vez es sólo una pequeña parte de la ciencia moderna. Sin embargo, es en la teoría del cuanto donde se han producido los cambios más fundamentales con respecto al concepto de realidad, y es en la forma final de esta teoría cuántica donde las nuevas ideas de la física moderna se han concentrado y cristalizado.

El equipo experimental necesario para la investigación en el campo de la física nuclear, enorme y extremadamente complicado, representa otro de los aspectos impresionantes de esta parte de la ciencia moderna. Pero con respecto a la técnica experimental, la física nuclear representa la extensión de un método de investigación que ha determinado el crecimiento de la ciencia moderna desde Huyghens o Volta o Faraday. De manera similar, la desalentadora complicación matemática de algunas partes de la teoría cuántica, puede considerarse las últimas consecuencias de los métodos de Newton o Gauss o Maxwell. Pero el cambio en el concepto de realidad que se manifiesta en la teoría de los quanta no es una simple continuación del pasado; parece ser una verdadera ruptura en la estructura de la ciencia moderna. Por lo tanto, el primero de los capítulos siguientes, será dedicado al estudio del desarrollo histórico de la teoría del cuanto.

El origen de la teoría cuántica está vinculado con un fenómeno bien conocido que no pertenece a la parte esencial de la física atómica. Cuando se calienta un trozo de materia, éste comienza a tornarse candente, y llega al rojo blanco a altas temperaturas. El color no depende mucho de la superficie del material, y para un cuerpo negro depende sólo de la temperatura. Por lo tanto, la radiación emitida por tal cuerpo a altas temperaturas es un tema adecuado para la investigación física: es un fenómeno simple que debería explicarse en base a las leyes conocidas de la radiación y el calor. Sin embargo, los intentos efectuados a fines del siglo diecinueve por Jeans y Lord Rayleigh fallaron, y pusieron de manifiesto serias dificultades. No sería posible describir aquí estas dificultades en palabras sencillas. Baste saber que la aplicación de las leyes conocidas no conducía a resultados razonables. Cuando en 1895, Planck comenzó a trabajar en este tema, trató de trasformar el problema de la radiación en el problema del átomo radiante. Esta trasformación no eliminaba ninguna de las dificultades fundamentales, pero simplificaba la interpretación de los datos empíricos. En esa misma época, durante el verano de 1900, Curlbaum y Rubens hicieron en Berlín nuevas mediciones muy exactas del espectro de la radiación térmica. Cuando Planck conoció esos resultados, trató de representarlos mediante fórmulas matemáticas sencillas que resultaran compatibles con sus investigaciones acerca de la relación entre calor y radiación. Un día, Rubens fue a tomar el té a casa de Planck, y ambos compararon las últimas conclusiones de aquél con la nueva fórmula sugerida por Planck. Este fue el descubrimiento de la ley de Planck de radiación calórica.

Al mismo tiempo, éste fue, para Planck el comienzo de un intenso trabajo de investigación teórica. ¿Cuál era la correcta interpretación física de la nueva fórmula? Puesto que a partir de sus primeros trabajos Planck pudo traducir fácilmente su fórmula en una afirmación acerca del átomo radiante (llamado el oscilador), pronto debió haber encontrado que su fórmula parecía indicar que el oscilador sólo podía poseer cantidades discretas de energía. Este resultado era tan diferente de todo lo que se conocía en física clásica, que seguramente él debió haberse rehusado a aceptarlo en un principio. Pero en momentos del trabajo más intenso, durante el mismo verano de 1900, se convenció finalmente de que no había forma de escapar a esta conclusión. Cuenta el hijo de Planck, que en un largo paseo por el Grunewald, parque de las afueras de Berlín, su padre le habló de sus nuevas ideas. Durante el paseo, le explicó que pensaba haber hecho un descubrimiento de gran importancia, comparable, quizá, con los descubrimientos de Newton. De modo que Planck debió haber comprendido, ya en esa época, que su fórmula afectaba los fundamentos de nuestra descripción de la naturaleza, y que estos fundamentos habrían de comenzar, algún día, a moverse de su actual situación tradicional hacia una nueva posición, aún desconocida, de estabilidad. A Planck, que tenía todo el aspecto de un conservador, no le gustaban nada estas consecuencias; pero publicó su hipótesis del