Alberto Clemente de la Torre - Física cuántica para filo-sofos

Física cuántica

para filo-sofos

Alberto Clemente de la Torre

Primera edición (Breviarios de Ciencia Contemporánea), 1992

Segunda edición (La Ciencia para Todos), 2000

Segunda reimpresión, 2011

Primera edición electrónica, 2010

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ISBN 978-607-16-0340-1

Hecho en México - Made in Mexico

Acerca del autor

Alberto Clemente de la Torre estudió ingeniería y física aplicada en Córdoba, Argentina, y en Drexel y Cornell, Estados Unidos. Se doctoró en física teórica en la universidad alemana de Heidelberg, donde se desempeñó como docente, actividad que, durante quince años de residencia en Alemania, realizó también en otras dos universidades: la de Hamburgo y la de Wuppertal. Desde 1986 vive en Mar del Plata y se dedica tanto al estudio de la física cuántica como a la investigación fenomenológica de las partículas elementales.

La Ciencia para Todos

La colección La Ciencia desde México, del Fondo de Cultura Económica, llevó, a partir de su nacimiento en 1986, un ritmo siempre ascendente que superó las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible: nunca faltó material, y los científicos mexicanos desarrollaron una notable labor en un campo nuevo para ellos: escribir de modo que los temas más complejos e inaccesibles pudieran ser entendidos por los jóvenes estudiantes y los lectores sin formación científica.

Tras diez años de trabajo fructífero se ha pensado ahora dar un paso adelante, extender el enfoque de la colección a los creadores de la ciencia que se hace y piensa en lengua española.

Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, cruzando el océano, hasta la Península Ibérica, se encuentra en marcha un ejército compuesto de un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que desempeñan su labor en todos los campos de la ciencia moderna, una disciplina tan revolucionaria que ha cambiado en corto tiempo nuestra forma de pensar y observar todo lo que nos rodea.

Se trata ahora no sólo de extender el campo de acción de una colección, sino de pensar una ciencia en nuestro idioma que, imaginamos, tendrá siempre en cuenta al hombre, sin deshumanizarse.

Esta nueva colección tiene como fin principal poner el pensamiento científico en manos de los jóvenes que, siguiendo a Rubén Darío, aún hablan en español. A ellos tocará, al llegar su turno, crear una ciencia que, sin desdeñar a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.

Comité de Selección

Dr. Antonio Alonso

Dr. Francisco Bolívar Zapata

Dr. Javier Bracho

Dr. Gerardo Cabañas

Dr. Juan Ramón de la Fuente

Dr. Jorge Flores

Dr. Leopoldo García-Colín Scherer

Dr. Tomás Garza

Dr. Gonzalo Halffter

Dr. Jaime Martuscelli

Dr. Héctor Nava Jaimes

Dr. Manuel Peimbert

Dr. Julio Rubio Oca

Dr. José Sarukhán

Dr. Guillermo Soberón

Coordinadora

María del Carmen Farías

Si tuviera una amante misteriosa, oculta y apasionada que se llamara Lulú, se lo dedicaría a ella.

Pero como hacen todos, sinceramente a mi familia:

Yolanda, Carolina, Marcos y Santiago

I. Divulgación de la física cuántica.

Por qué y para quién

En este capítulo de introducción quisiera plantear algunas ideas sobre la necesidad de divulgar la teoría cuántica y a qué público dicha divulgación pretende alcanzar.

Comenzaré con la segunda cuestión. Divulgación significa que en la transmisión de cierto conocimiento se debe poder alcanzar a todo público, sin restricción alguna. Es mi intención respetar ese significado con una única salvedad: a lo largo de estas páginas me dirijo a los “filo-sofos”, así escrito para hacer resaltar la etimología de la palabra: amantes del conocimiento. Éstos no son necesariamente filósofos, ya que para leer este libro no se requiere ningún conocimiento de filosofía. Tampoco se requiere ningún conocimiento de física más allá de los conceptos físicos dictados por el sentido común, y se hará un esfuerzo didáctico para evitar el lenguaje natural de la física que brinda la matemática. No le pido al lector ni física ni matemática ni filosofía, pero sí le pido una actitud abierta frente al conocimiento, una curiosidad, un llamado a penetrar en el fascinante mundo de la física cuántica, aunque esto signifique abandonar algunas ideas cuya validez nunca ha cuestionado. En síntesis, sólo pido amor al conocimiento.

En la elaboración de esta obra de divulgación se ha tenido en cuenta fundamentalmente al eventual lector sin conocimientos de mecánica cuántica. Sin embargo, los lectores con conocimientos, aun aquellos considerados expertos, no han sido olvidados y pueden también encontrar que su lectura les resulta enriquecedora, porque se tratan aquí algunos temas que son casi siempre ignorados en la enseñanza de la mecánica cuántica. Veremos más adelante que la mecánica cuántica posee un excelente formalismo, cuyas predicciones han sido verificadas experimentalmente con asombrosa precisión, pero carece de una interpretación satisfactoria; no sabemos qué significan exactamente todos los símbolos que aparecen en el formalismo. Esta situación, ilustrada sin exageración alguna por el premio Nobel R. Feynman al expresar que “nadie entiende la mecánica cuántica”, se refleja en el hecho de que los libros de texto, con raras excepciones, dejan de lado todos los aspectos conceptuales que hacen a la búsqueda de interpretación para esta teoría.

Volvamos ahora a la pregunta inicial. ¿Qué necesidad hay de divulgar la física 10

cuántica? ¿Por qué considero importante que una parte significativa de la población tenga algún conocimiento de la física cuántica? La misma estudia sistemas físicos que están muy alejados de nuestra percepción sensorial. Esto significa que el comportamiento de tales sistemas no interviene, al menos directamente, en el quehacer diario del ser humano. Para justificar la ciencia básica y su divulgación se recurre a menudo a las consecuencias tecnológicas que aquella tiene. En el caso de la mecánica cuántica, la lista es imponente. La mecánica cuántica ha permitido el desarrollo de materiales semiconductores para la fabricación de componentes electrónicos cada vez más pequeños y eficaces, usados en radios, televisores, computadoras y otros innumerables aparatos. La mecánica cuántica ha permitido un mejor conocimiento del núcleo de los átomos abriendo el campo para sus múltiples aplicaciones en medicina y generación de energía eléctrica. La mecánica cuántica ha permitido conocer mejor el comportamiento de los átomos y moléculas, hecho de enorme importancia para la química. Las futuras aplicaciones de la superconductividad, fenómeno cuyo estudio es imposible sin la mecánica cuántica, sobrepasarán toda imaginación. Así podemos continuar alabando a esta ciencia básica por sus consecuencias tecnológicas y justificar su divulgación diciendo que el pueblo debe conocer a tan magnánimo benefactor. Pero,