La figura de Einstein reaparece continuamente cuando se hace
referencia a la inteligencia y a la genialidad humana. En este artículo discutimos un período menos conocido de su vida
donde Einstein trabajó aislado y
sus contribuciones no fueron tenidas en cuenta por la comunidad científica.
Albert Einstein es
reconocido mundialmente como el arquetipo de la inteligencia y la genialidad
humana. Su figura se ha convertido en un mito que trascendió ampliamente el
ámbito específico de sus contribuciones a la física. Como otras figuras
erigidas en íconos, quizás por ejemplo como el Che Guevara, muchos de los que
lo citan, lo idealizan y lo entronan, desconocen el origen de su fama. Quizás
aún menos conocido es el hecho de que Einstein trabajó una parte importante de
su vida sobre ideas y teorías que fueron consideradas marginales por la mayoría
de los científicos de su época.
Einstein no estuvo de
acuerdo con la base filosófica sobre la que se construyó la física del Siglo
XX. En consecuencia, intentó hasta su muerte, formular una teoría que llamó del
campo unificado, sin tomar en cuenta a la mecánica cuántica, la teoría del
mundo a escala atómica que ha dado lugar a los descubrimientos más impactantes
de la física desde 1930.
En 1916 con 37 años Einstein publicó su trabajoliminar titulado: ‘El fundamento de la Teoría General de la
Relatividad’, poniendo el broche de oro a más de una década de espectaculares
contribuciones científicas. En este trabajo, Einstein reformuló la teoría de la
gravitación de Newton desde una perspectiva completamente inesperada de acuerdo a la evolución de la física
hasta ese momento. A diferencia de su teoría de la relatividad especial de
1905, donde amalgamó, dio forma y exploró consecuencias a ideas que venían
siendo expresadas por otros físicos, el trabajo del 16 es una fabulosa
construcción teórica surgida de una necesidad
‘estética’, la de hacer coherente el andamiaje en que se basa la física.
Einstein llevó hasta límites insospechados esta búsqueda estética. Cambió el
concepto de acción a distancia de Newton por el de curvatura del espacio-tiempo
y edificó una de las teorías más bellas de la ciencia contemporánea. Estas
contribuciones pusieron las bases a la
cosmología moderna (el estudio del universo como un todo) y le valieron buena parte de la fama a la que
se hizo acreedor. De allí en adelante Einstein abocó gran parte de sus
esfuerzos a extender la relatividad general, construyendo una teoría que
unifique todas las interacciones que se conocían en la naturaleza, la gravitación
y el electromagnetismo. Esta teoría debería expresar en forma sucinta, quizás
en una ecuación única, todo nuestro conocimiento fundamental del mundo. Sin
embargo las dificultades con que se encontró fueron mayúsculas y esa teoría
jamás vio la luz. Por otro lado, Einstein intentó esta construcción sin tomar
en cuenta los desarrollos teóricos que fueron surgiendo a la par que él hacia
estos intentos. Debido a esta actitud, y al hecho de que los físicos se fueron
convenciendo cada vez más que cualquier teoría fundamental debía basarse en la
mecánica cuántica, sus trabajos en este área fueron virtualmente desconocidos
por la gran mayoría de la comunidad científica y Einstein trabajó prácticamente
sólo hasta su muerte en 1955 en esta línea de pensamiento. ¿Por qué un científico de su talla que marcó el rumbo
y se animó a pensar los conceptos más osados y disparatados habría de terminar
sus días aislado y considerado un viejo apegado a concepciones anticuadas y
perimidas? Veamos como se pudo llegar a este estado de cosas.
En los albores del siglo XX, Max Planck mostró que para comprender el
color característico que adquieren los cuerpos cuando son calentados, era
necesario suponer que la luz se absorbía y emitía en paquetes de energía y no
en cantidades que pueden ser arbitrariamente chicas. Este resultado era
sorprendente ya que era conocido que la
luz (en realidad toda la radiación) está constituida por ondas que se
propagan en el espacio y cuya energía
puede variar en forma continua. Para reconciliar sus resultados con lo que los
físicos conocían desde un siglo atrás, Planck pensó que sus paquetes se
absorbían y emitían en las paredes del material pero que luego se propagaban
como ondas. Fue el propio Einstein quien
cinco años después, en 1905, mostraría que los paquetes de Planck forman parte constitutiva de la luz. Estudiando el efecto
fotoeléctrico, la extracción de electrones de un metal debido a la incidencia
de luz, Einstein se dio cuenta que la luz se comportaba como si estuviera
constituida de partículas, los fotones, y no de ondas como había sido mostrado
por los científicos del siglo XIX. A veces como partícula y a veces como onda
la luz mostraba un comportamiento
enigmático que, como en siglos anteriores, volvía a poner en jaque a los
físicos.
Haciendo el panorama aún más enigmático,
unos años después, el conde y físico francés Louis De Broglie, mostró
que la materia a veces se comporta como una onda. Los electrones que solemos
pensar como partículas que orbitan en los átomos alrededor del núcleo, parecían
comportarse como una onda al atravesar un material. Dualidad onda partícula, y
dificultad para dar coherencia lógica a la interpretación de la realidad era el
rompecabezas con que se enfrentaban los físicos hacia los años 30. La solución
fue una revolución conceptual de tal envergadura que aún hoy se discuten las
bases de la nueva teoría que surgió, la Mecánica Cuántica. Contribuciones de
muchos científicos como Schoedinger , Heisenberg , Bohr y Dirac fueron dando un
cuerpo conceptual a la nueva teoría. Hacia 1930 en el instituto danés que
dirigía Niels Bohr se logró formular una concepción unificada de las ideas que
venían surgiendo, esta se llamó la 'Interpretación de Copenhague' de la
Mecánica Cuántica. Los físicos de Copenhague estipularon: no tiene sentido
hablar de un mundo independiente de la observación, el único fin de la ciencia
es predecir el resultado de los experimentos. La pregunta sobre si un electrón
es en realidad una partícula o una onda pierde sentido, o mejor, no está
permitida en la nueva interpretación. No le preguntes a un electrón que hace o
que es cuando no lo estoy mirando aseveraron los adherentes a Copenhague. Dando
un vuelco a más de tres siglos de física realista, con la nueva interpretación
se cambió el sentido de la experimentación o de la observación cuando de entes
microscópicos se trataba. No es posible saber donde está un electrón sin
observarlo, sin embargo, observarlo quiere decir hacerlo interactuar con luz, o
en la concepción corpuscular de la luz, hacer chocar al electrón con un fotón.
No existe un ente más pequeño que perturbe menos al electrón. El proceso de
observación es necesariamente una perturbación del objeto observado y en
consecuencia no es posible definir la trayectoria de un electrón en si o como
algo preexistente a nuestra observación. Sólo podemos tomar en cuenta el efecto
de la interacción entre el instrumento de experimentación y el ente observado.
Esto es completamente diferente a lo que ocurre en la física clásica o
macroscópica. Si tiramos una piedra al aire la teoría nos permite predecir
donde estará en cualquier instante posterior. Nuestra observación de la piedra
constata el resultado de la predicción no obstante, ésta no perturba su
trayectoria. Existe el concepto de realidad independiente de la observación.
Además nuestra predicción de la posición de la piedra en cualquier instante
posterior a su lanzamiento puede comprobarse con toda la precisión que nuestros
instrumentos de medición tengan. Podemos por ejemplo tomar fotografías que nos
vayan dando la posición de la piedra y nos digan el momento en que la foto fue
tomada. La predicción de la teoría será constatada con mayor precisión cuanto
más precisa sea la medición del tiempo y de la posición que podamos hacer con
nuestros instrumentos de medición. En nuestro ejemplo, la definición de la
imagen de la cámara y la precisión del reloj interno de la misma, que nos
marcará el momento en que se hizo el disparo.
En mecánica cuántica desaparece este concepto determinista de
trayectoria, sólo podemos predecir con cierta probabilidad donde estará el
electrón cuando lo observemos. Esto introduce el concepto de probabilidad en
física fundamental. No podemos predecir con precisión infinita la posición del electrón
en cada instante de tiempo, esto es una cuestión
fundamental que la interpretación de Copenhague introduce y que fue formulada
por Heisenberg en su famoso principio de incertidumbre. No es cuestión de
mejorar los instrumentos de medición como en el ejemplo de la piedra y la
cámara de fotos. Hay una limitación que no es técnica, es fundamental, está
conectada con el concepto de observación en física microscópica. Si quisiera ‘fotografiar’ el electrón
tendría que enviar luz, digamos un fotón que interactué con el electrón en un
cierto punto de la trayectoria. De allí en adelante la trayectoria no será la
misma que si no lo hubiera fotografiado. En esencia la interpretación de
Copenaghe lo que dice entonces es que sólo podemos saber la probabilidad de
encontrar al electrón en un cierto punto cuando vamos a observarlo. Esta imposibilidad de definir a priori el estado de un sistema físico, es uno de los
puntos centrales del conflicto entre nuestra intuición 'clásica' formada por
nuestra interacción con el mundo macroscópico que nos rodea y el comportamiento
de los objetos dentro de un átomo.
Einstein se negó desde un principio a adherir a esta concepción no
determinista de la construcción teórica en física. Sus frases como: 'dios no
juega a los dados' o 'yo prefiero pensar que la luna sigue estando en el cielo
cuando no la miro', expresan su concepción del mundo. Einstein se dio cuenta de
los éxitos que iba teniendo la nueva teoría en cuanto a la explicación y predicción
de nuevos fenómenos, sin embrago pensó que
sería una teoría provisoria y que iba a ser reemplazada por otra más fundamental,
que restaurara el determinismo y la concepción de realidad conocida en la
física clásica. Bombardeó a la mecánica cuántica en todos los frentes que le
fueron posibles. Diseñó experimentos mentales que buscaban mostrar su
inconsistencia interna. Desafío a su amigo Niels Bohr con estos experimentos en cuantas ocasiones
se encontraron. Bohr logró responder a las objeciones de Einstein, mostrando
que una vez aceptada la nueva interpretación, la teoría no tenía
inconsistencias lógicas.
La mecánica cuántica se fue consolidando en la comunidad científica y
pasó a formar parte del bagaje esencial de conocimientos con que se formaron
las nuevas generaciones de físicos que nacieron después de Einstein. Estuvo en la base de desarrollos tecnológicos
como el del transistor y el rayo laser. Permitió por otro lado comprender
fenómenos fundamentales como el origen de
los enlaces químicos que unen a los átomos en las moléculas y en los materiales que observamos
diariamente.
Por otro lado los
físicos encontraron que además de la
gravitación y el electromagnetismo, existían otras interacciones fundamentales
en la naturaleza, como la nuclear débil, responsable de las desintegraciones
radiactivas, y la fuerte, responsable de la estabilidad de los núcleos
atómicos. Una parte del sueño unificador de Einstein comenzó a ver la luz
aunque por un camino bien diferente del que él avizoró. Los físicos de
partículas utilizando la mecánica cuántica pudieron incorporar en una teoría
única todas las interacciones a menos de la gravitatoria. La teoría de la
gravedad quedo en el estado que la formuló Einstein en el 16. Los intentos de
hacerla coherente con la mecánica cuántica y de unificarla con las otras
interacciones fallaron sucesivamente. La Gran Unificación buscada por Einstein sigue estando en los sueños de
muchos físicos.
Volviendo ahora a
nuestra pregunta inicial: ¿Por qué un genio como Einstein no se adhirió a la
concepción dominante en física y decidió seguir su búsqueda en solitario? ¿Por
qué ante los éxitos evidentes que iba teniendo la nueva teoría no adoptó una
posición más pragmática como el resto de los físicos? Mi respuesta tentativa es
que la misma originalidad de pensamiento que lo acompañó toda su vida es la que
le permitió confiar en sus concepciones aún a sabiendas de su aislamiento. La
misma desfachatez que en 1905 le permitió escribir cinco trabajos que se
volvieron fundamentales, cuando era apenas un empleado casi desconocido de la
oficina de patentes de Berna y no un académico reconocido. Quizás también la
misma obstinación con que trabajó los 10 años posteriores en su teoría de la
relatividad general sobreponiéndose a los fracasos parciales hasta encontrar
una concepción coherente del espacio-tiempo que no privilegie ningún sistema de
referencia. En síntesis, Einstein confió siempre en sus propias intuiciones, su
búsqueda estuvo orientada por una idea propia de la elegancia y la belleza que
debían contener las teorías en física. Consideró que la Mecánica Cuántica no cumplía
con estos requisitos y que una teoría sin probabilidades debía subyacer a la
Mecánica Cuántica.
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