Los frenéticos meses que dieron origen a la física cuántica hace 100 años

«Otro hijo menos bienvenido de la física cuántica son las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki», agrega para destacar cómo influyó —e influye— poderosamente en la política internacional.

Incluso transformó nuestro propio sentido de la realidad, ya que es una teoría que desafía la intuición. «Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica», declaró en 1964 el físico Richard Feynman en una de sus célebres conferencias.

Justamente por eso Unesco está celebrando el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas con decenas de eventos a lo largo del mundo para marcar un siglo de su creación.

«Algo con este nivel de impacto necesita la atención de políticos, científicos y del público en general», explica a BBC Mundo Amal Kasry, jefa del área de Ciencias Básicas de Unesco.

Por eso, para leer este artículo sobre el origen de la física cuántica el consejo es el mismo que Feynman dio en aquellas conferencias: «Simplemente relájense y disfruten».

El 29 de julio de 1925 la revista alemana especializada en física Zeitschrift für Physik recibió un artículo que sacudiría la física al ser publicado unos meses después.

Su autor era un alemán de 23 años llamado Werner Heisenberg.

Esa juventud, lejos de una desventaja, fue una de sus fortalezas, ya que le permitió cuestionar los paradigmas vigentes creados por físicos de la talla de Albert Einstein, Niels Bohr y Arnold Sommerfeld.

Isaac Newton llevaba más de 180 años muerto cuando Einstein tiró abajo su teoría de la gravedad. Heisenberg, en cambio, fue discípulo de Sommerfeld, colaborador de Bohr y mantuvo varios debates con Einstein a lo largo de los años, el único de los tres que jamás aceptó la teoría cuántica.

Según Sánchez Ron, «aparte de genio, joven y con una exquisita formación, se podría decir que Heisenberg estuvo en el lugar adecuado en el momento adecuado». Otros autores lo describen también como ambicioso, jovial y amante del excursionismo.

«Heisenberg logró reunir un gran conjunto de observaciones, de datos, de incógnitas que se habían venido acumulando con especial fuerza a partir de 1900», explica el académico español que este año publicó la trilogía «Historia de la física cuántica» con motivo del centenario.

De hecho, el primer volumen abarca el periodo fundacional de esta teoría y va de 1860 a 1924. El segundo tomo comienza con el artículo de 1925, donde Heisenberg «desarrolló la primera forma satisfactoria de mecánica cuántica».

Pero antes, tuvo que enfermarse.

Durante años, lo que podría llamarse la «vieja teoría cuántica» fue avanzando y, a la vez, arrastrando problemas e incongruencias.

Tal es así que en 1923 el físico y matemático Max Born escribió: «Es cada vez más probable que no solo se necesiten nuevas hipótesis, sino que todo el sistema de conceptos de la física tenga que reconstruirse desde cero».

Fue en ese mismo año que Heisenberg se incorporó como asistente de Born en la Universidad de Gotinga, Alemania.

Allí el joven descubrió lo que desataría su famoso artículo de 1925: existían problemas en las órbitas usadas para explicar el movimiento de los electrones en el llamado modelo atómico de Bohr-Sommerfeld.

Unos meses después de llegar a Gotinga, Heisenberg se fue un semestre a Copenhague, Dinamarca, a trabajar justamente con Bohr.

«El énfasis en Gotinga estaba más en el lado matemático, en el lado formal, mientras que en Copenhague estaba más en el lado, yo diría, filosófico», explicaría años después Heisenberg.

Esa combinación de influencias fue crucial para ayudarlo a pensar una teoría «loca», como él mismo la llamó.

En un artículo de la revista Nature sobre el centenario de la física cuántica, el historiador de la ciencia Kristian Camilleri cuenta que Heisenberg «experimentó con todo tipo de ideas hasta encontrar una que funcionara: un enfoque muy adecuado para un período de tanta agitación conceptual».

En mayo de 1925 Heisenberg sufrió un fuerte ataque de alergia y se retiró a la isla de Heligoland, en Alemania, para curarse «con los aires de mar», según su autobiografía.

«Aparte de los paseos diarios —escribió el físico— no hubo ocasión externa alguna que me pudiera apartar de trabajar en mi problema y así avancé más rápidamente de lo que me hubiera sido posible en Gotinga».

«En lugar de construir un modelo atómico basado en la idea de que los electrones se mueven a lo largo de órbitas bien definidas de forma aproximadamente clásica, Heisenberg decidió desarrollar una teoría innovadora del movimiento, una ‘mecánica cuántica’, en la que los electrones ya no podían considerarse partículas que se mueven a lo largo de trayectorias continuas», cuenta Camilleri.

El propio Heisenberg reconoció en una carta de principios de julio de 1925 que todos sus «miserables esfuerzos» estaban depositados en «eliminar por completo el concepto de órbitas, que, de todos modos, no se pueden observar».

Tal como había hecho Einstein en su juventud, Heisenberg partió de la base de que «las teorías debían evitar cualquier concepto que no pudiera ser observado, medido o verificado», escribe el periodista Walter Isaacson en la biografía «Einstein».

Sin embargo, su referente fue también su mayor detractor. Isaacson reproduce en el libro el siguiente diálogo del primer encuentro de Heisenberg y Einstein, ocurrido en 1926:

—No podemos observar las órbitas de los electrones dentro del átomo —dijo Heisenberg—. Una buena teoría debe basarse en magnitudes directamente observables.

—Pero ¿no creerá usted en serio que solo las magnitudes observables deben formar parte de una teoría física? —protestó Einstein.

—¿No es precisamente lo que usted ha hecho con la relatividad? —preguntó Heisenberg, no sin cierta sorpresa.

—Posiblemente empleé esa clase de razonamiento —admitió Einstein—, pero aún así es un sinsentido.

Luego incluso diría que «un buen chiste no debe repetirse demasiado».

Le gustara a Einstein o no, ya era demasiado tarde: la revolución había llegado para quedarse.

«La rapidez con la que la mecánica cuántica se desarrolló es sorprendente», escribe Camilleri.

El historiador de la ciencia cuenta que «la avalancha de artículos» que se desató «dejó a muchos físicos con dificultades para mantenerse al día con los últimos avances»: «Apenas alguien comprendía una nueva técnica o formulación de la mecánica cuántica, aparecía otra».

Incluso cuenta que existen varios ejemplos de físicos que presentaban artículos a revistas científicas y recién entonces se enteraban de que alguien más había descubierto exactamente lo mismo y lo había publicado poco antes.

Según sus cálculos, se publicaron casi 200 artículos sobre la temática entre julio de 1925 y marzo de 1927, cuando Heisenberg publicó su principio de incertidumbre en un artículo que también fue crucial para la física cuántica y que para Camilleri «redondeó su desarrollo».

Para Heisenberg, en cambio, «oficialmente la culminación de la teoría cuántica» ocurrió unos meses después, en octubre de 1927, durante el V Congreso Solvay de física en Bruselas.

Fue allí donde Einstein y Bohr tuvieron su legendario debate acerca de si Dios juega (o no) con los dados y donde se tomó la icónica imagen que reúne a sus 29 asistentes, usualmente apodada la fotografía más inteligente de la historia. No en vano más de la mitad de las personas retratadas ya habían obtenido o terminarían recibiendo el premio Nobel.

Entre los 29 solo hay una mujer, Marie Curie, y aunque mucho ha cambiado desde entonces, la brecha de género es uno de los grandes desafíos de la física cuántica hoy, dice Kasry.

«El 79% de las empresas cuánticas no tienen mujeres en posiciones de liderazgo y solo 1 de cada 54 solicitantes de empleo en el sector cuántico es mujer», afirma un reporte publicado este año por Unesco.

El otro desafío es «la brecha, la enorme brecha que existe entre el norte y el sur respecto a la tecnología cuántica», afirma Kasry. Incluso, agrega, «solo unos pocos países han desarrollado estrategias concretas» para abordar la temática.

Aquellos frenéticos meses ocurridos hace un siglo impactan hoy en nuestras vidas y lo seguirán haciendo, ya que la física cuántica es aún una de las áreas científicas más efervescentes.

Por eso, aunque «nadie entiende la mecánica cuántica», quizás este artículo al menos ayude a valorarla.

Estas son las personas de la fotografía principal del artículo, enumerados de izquierda a derecha:

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