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25/10/2012
El azar en la ciencia
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Entrevistas y Noticias 
Física del azar
El Dr. Leonardo Trujillo intenta acercarnos al entendimiento del azar en las ciencias exactas
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- La mecánica cuántica: una revolución científica y filosófica Iniciada por Max Planck, postula la imposibilidad de predecir con exactitud el futuro e introduce el azar en la ciencia.
- Sus ecuaciones permitieron desarrollar el transistor, el láser y los tomógrafos.
- Debido a que demuestra extraños fenómenos, sus implicancias todavía se discuten.

En las últimos días del siglo XIX, el físico Max Planck presentó en la Sociedad Física de Alemania un trabajo que cambiaría para siempre nuestro modo de ver el mundo. A primera vista, la especulación científica no despertó un entusiasmo superlativo: planteaba que la energía no puede producirse en forma continua o en porciones de una dimensión cualquiera, sino sólo en ciertos paquetes que él llamó cuantos (del latín, quantum). Las ecuaciones permitían describir por primera vez muy bien la distribución de la energía emitida por un cuerpo caliente.

Pero aunque al principio Planck y sus colegas no se dieron cuenta plenamente de sus alcances, la hipótesis planteada el 14 de diciembre de 1900 (y a la que el científico alemán había llegado, como confesó, en un acto de desesperación) era el comienzo de una revolución que desbarataría la imagen de la naturaleza que percibimos por los sentidos.

La física extraña

La mecánica cuántica, cuyo significado cabal todavía discuten los físicos, se convertiría desde entonces en la base de la ciencia moderna y explicaría todo un conjunto de extraños efectos que se registran tanto en el mundo subatómico como en las vastedades del cosmos.

Las reglas de la mecánica cuántica admiten, por ejemplo, que una partícula subatómica (como un electrón) esté en dos partes al mismo tiempo, o en ninguna de las dos, hasta que alguien la observa.

Para Daniel Domínguez, del Centro Atómico Bariloche, "La teoría cuántica es la más revolucionaria del siglo XX, tanto por sus consecuencias filosóficas como prácticas".

El físico argentino Daniel Bes coincide: "No es posible disminuir la importancia de la mecánica cuántica, tanto en nuestro pensamiento científico como en los instrumentos que usamos diariamente. Se sabía qué era una onda y cómo se comportaba una partícula, pero se descubrieron fenómenos en los que una partícula se comportaba como onda, y viceversa. Es como si alguien ve a un conejo trepar un árbol, lo que es explicable si el conejo fuese un gato. Pero no lo es".

Las ecuaciones de Planck comenzaron siendo poco más que una curiosidad. Pero dos décadas más tarde, un grupo de jóvenes brillantes apadrinados por Neils Bohr, director del Instituto de Física de Copenhague que se había transformado por entonces en el centro de la ciencia europea, descubrieron en sus postulados el germen de un nuevo paradigma científico.

El azar y la necesidad

Una de las figuras clave de esta historia fue Werner Karl Heisenberg, que por entonces tenía 24 años. El científico alemán enunció el principio de incertidumbre, que demuestra que las partículas no poseen posiciones y velocidades definidas.

"La ciencia y nosotros mismos hacemos dos tipos de afirmaciones -explica Mario Castagnino, del Instituto de Astronomía y Física del Espacio-. Decimos, por ejemplo:

1.- El viernes habrá luna llena.
2.- El número 000.001 tiene un millonésimo de probabilidad de ganar la lotería. La primera es una afirmación clásica, una certeza. La segunda es una afirmación probabilística o estadística. Mientras que la antigua mecánica de Isaac Newton hacía afirmaciones del primer tipo: "Tal día habrá un eclipse de sol", a comienzos del siglo XX comenzó a observarse que las afirmaciones que pueden hacerse de las partículas son del segundo tipo."

Así, la mecánica cuántica incorporó el azar a la naturaleza, una idea que repugnó a Albert Einstein hasta su muerte y que lo llevó a advertir que: "Dios no juega a los dados".


La hipótesis cuántica de Planck supuso una revolución en la física del siglo XX, e influyó tanto en Einstein (efecto fotoeléctrico) como en Niels Bohr (modelo de átomo de Bohr). El primero concluyó, en 1905, que la única explicación válida para el llamado efecto fotoeléctrico consiste en suponer que en una radiación de frecuencia determinada la energía se concentra en corpúsculos (cuantos de luz, conocidos en la actualidad como fotones) cuyo valor es igual al producto de la constante de Planck por dicha frecuencia. A pesar de ello, tanto Planck como el propio Einstein fueron reacios a aceptar la interpretación probabilística de la mecánica cuántica.

"En la práctica, la cuántica es importantísima -sugiere Castagnino-. Ella nos dice por qué los transistores funcionan y en consecuencia por qué lo hacen las computadoras. Pero tal vez es su importancia filosófica la que la hace tan enormemente interesante. Según sus postulados, resulta que no existe certeza absoluta sobre ningún suceso del universo."

Como afirma John Wheeler en un artículo aparecido esta semana en The New York Times, la cuántica es también un misterio. Explica el mundo, pero no puede explicarse a sí misma. "Tal vez -reflexiona Wheeler-, cuando sepamos por qué existe el cuanto, también podremos explicar la existencia."
Antes y después de Planck

La hipótesis que lo cambió casi todo - La mecánica cuántica decretó el fin de las ideas de Laplace que habían reinado durante el siglo XIX.

El pensaba que existía un conjunto de leyes que permitía predecir todo lo que sucedería en el universo si se conociera su estado exacto en un momento dado. Y hasta llegó a creer que el mismo tipo de leyes gobernaba el comportamiento humano.

La mecánica cuántica, por el contrario, no predice un único resultado de cada observación, sino un número de resultados posibles y las probabilidades de cada uno. Introduce la aleatoriedad y la incertidumbre en la ciencia.

"Hasta ahora no han aparecido contradicciones de los fenómenos naturales con las predicciones de la mecánica cuántica -explica el doctor Bes-, a pesar de que hubo varias revoluciones científicas posteriores. Pero todavía se sigue discutiendo acerca de su interpretación de la mecánica cuántica e, incluso, si hace falta dicha interpretación. La última verificación fue realizada hace diez años por Aspect, y da lugar a pensar en el teletransporte.

"Muchas de las experiencias imaginadas (gedankenexperiment) por los teóricos de la cuántica están siendo realizadas actualmente. Y se vislumbran en el horizonte revoluciones en física, química y biología, progreso del cual nuestro país se ha mantenido horrorosamente alejado."

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