Encontrar la Sabiduría en la Física contemporánea

Ulrich Mohrhoff

Profesor de Física, en Pondicherry. Conferencia sobre Teosofía y Ciencia

en la Convención Internacional, Adyar, Diciembre 2013.

Comenzaré con un problema que los filósofos escolásticos discutieron durante siglos. Imaginen que hay dos objetos exactamente iguales. Son completamente idénticos, todas sus propiedades son las mismas, excepto que están en lugares diferentes. Debido a que están en lugares diferentes, son objetos diferentes. El problema es este: ¿Es el hecho de que estén en lugares diferentes la única razón del porqué son diferentes? ¿O hay alguna otra razón?

Si uno cree que hay otra razón, la buscaremos en vano, porque si dos objetos son diferentes, son sus propiedades las que son diferentes, y ahora mismo estamos asumiendo que los dos objetos tienen exactamente las mismas propiedades, excepto que están en diferentes lugares.

Por otro lado, si uno cree que los dos objetos en cuestión son objetos diferentes por la única razón de que están en diferentes lugares, entonces lo que uno realmente cree es que los dos objetos son los mismos objetos en dos lugares diferentes, lo que parece absurdo.

La resolución de este dilema tuvo que esperar a la llegada de la mecánica cuántica.

A la mecánica cuántica se la ha llamado “un lobo bajo piel de cordero”. Mientras su maravillosamente elegante formulismo matemático puede escribirse en una servilleta, intentar entenderlo llena bibliotecas enteras. Ni una sola vez un experimento u observación confiable ha estado en desacuerdo con lo que predice. Su siempre creciente rango de aplicaciones tecnológicas bordea en lo mágico, aunque nadie parece saber cómo opera esa magia.

Una razón del porqué la teoría cuántica tiene tales increíbles implicancias es que no tiene una sino dos reglas generales para calcular probabilidades. Imaginen dos partículas elementales que se dirigen la una hacia la otra. Una se esta moviendo hacia el norte, la otra hacia el sur. Queremos calcular la probabilidad con la cual las dos partículas se separan la una de la otra en ángulos rectos, de tal manera que una termina moviéndose hacia el este y la otra hacia el oeste.

Uno puede preguntarse cómo puede ser de otra manera. ¿Hay alguna otra forma por la cual una partícula que lleva dirección norte y otra partícula dirección sur cambien la dirección hacia el este una y hacia el oeste la otra? Aparentemente si, porque si es imposible saber en cuál de las dos direcciones la dispersión tiene lugar, debemos usar la segunda regla.

Ahora podría ser que aunque no podamos saber de qué forma se separan, puede aún ser que tiene lugar en una o la otra de estas dos direcciones, ¡Pero no! Si una o la otra ocurre, debemos usar la primer regla, y si no podemos saber cual de las dos tiene lugar, debemos usar la segunda regla.

Pero ¿hay situaciones en las que es imposible saber esto? Una situación así ocurre si las partículas entrantes y salientes son del mismo tipo, por decir: dos electrones entran, dos electrones salen. En este caso no hay respuesta a la pregunta “¿Cuál partícula que entra es idéntica con qué partícula que sale?”

La mecánica cuántica entonces nos dice sin vacilar que algunas cuestiones muy sensibles sobre lo que sucede en el mundo no pueden ser contestadas. Y ya que preguntas que no pueden ser respondidas usualmente surgen de suposiciones falsas, nos dice que algo que damos por hecho es en realidad falso. Entonces ¿qué es lo que tomamos por sentado cuando preguntamos “Cuál partícula entrante es idéntica con cuál partícula saliente?”

Es esto: asumimos que inicialmente hay dos cosas, una moviéndose hacia el sur y otra moviéndose hacia el norte, y que al final hay de nuevo dos cosas, una moviéndose hacia el este y otra moviéndose hacia el oeste. Para evitar hacer una pregunta incontestable, no debemos asumir que estamos tratando con dos cosas. Por el contrario, deberíamos asumir que inicialmente hay sólo una cosa que se mueve tanto hacia al norte como hacia al sur, y que al final está la misma cosa que se mueve hacia el este y el oeste. Si hay sólo una cosa, la pregunta “¿Cuál es cuál?” obviamente no puede contestarse.

Así es cómo la mecánica cuántica resuelve el dilema de los filósofos escolásticos. Los dos objetos que ellos contemplaban son el mismo objeto en dos lugares diferentes. La realidad es absurda.

La conclusión de que las dos partículas son una y la misma cosa en lugares diferentes, o una y la misma cosa se mueve en diferentes direcciones, también sirve si las dos partículas no son del mismo tipo. Lo que simultáneamente puede tener posiciones diferentes, o moverse en direcciones diferentes, puede también poseer simultáneamente diferentes propiedades a la posición o dirección de movimiento. Para mi mente, esta es la conclusión más importante que puede extraerse de la estructura teórica general de los físicos contemporáneos: en definitiva hay sólo una cosa, y esta única cosa es todo. Para ser precisos: es cada una de las partículas elementales de que se dice está compuesta la materia, sin dejar de ser una y la misma cosa.

Pero déjenme ser sincero: aunque se pueda llegar a esta conclusión –y quiero que sepan que puede alcanzarse – no es una conclusión que un significativo número de físicos respaldaría. Estoy seguro que pueden darse cuenta por qué. Así es como el filósofo de ciencia Dennos Dieks describe la situación:

La mayoría de los físicos no tienen un concepto claro de la interpretación de sus teorías más básicas, la mecánica cuántica. Ellos ignoran en gran medida la naturaleza exacta del problema de dar una explicación detallada y consistente del significado físico de la teoría, y si lo saben, a menudo no les preocupa mucho. Sólo un número muy pequeño de investigadores han pensado seriamente los problemas de interpretación de la mecánica cuántica, y han expresado puntos de vista más o menos detallados. La diversidad de opinión es grande, como quizás puede esperarse estadísticamente en cuanto a números pequeños. Se han propuesto ideas muy diferentes, ninguna de ellas sostenidas por un gran numero de físicos.

Esta situación está exacerbada por el hecho de que en vez de ocuparse de las cuestiones filosóficas genuinas, se pone mucho énfasis en resolver problemas falsos. Los siguientes son dos de los problemas genuinos:

1. ¿Por qué el marco teórico general de los físicos contemporáneos es una herramienta para asignar probabilidades a los posibles resultados de las mediciones?
2. ¿Por qué el concepto de “medición” juega un rol esencial en la formulación de una teoría física fundamental?

Podemos responder a estas preguntas preguntando cómo es que existen los objetos “ordinarios”.  Un objeto “ordinario” ocupa un volumen finito de espacio. Esta “hecho” (o parece estarlo) de una gran cantidad de partículas, ninguna de las cuales ocupa espacio alguno. Y es razonablemente estable. La percepción crucial, que condujo al descubrimiento de la mecánica cuántica, fue que un objeto ordinario no puede ser estable a menos que las posiciones de sus partes constituyentes sean inciertas.

La incertidumbre de las posiciones de las partículas y de otras cantidades físicas es la razón de por qué el marco teórico general de los físicos contemporáneos es un cálculo de probabilidades, y por qué el concepto de “medición” juega un rol esencial en la formulación de la teoría.

El siguiente, por el contrario, es un problema espurio: ¿Cómo es que las mediciones tienen resultados?

¿No es esta una pregunta extraña como para preocuparse? Todos saben que las mediciones tienen resultados. Hasta los organismos de financiación y asesores científicos de los gobiernos están convencidos, de lo contrario no habrían autorizado los 10 billones de dólares que costó la construcción de la máquina que descubrió el bosón de Higgs. ¿Cómo es que se ha dedicado tanto esfuerzo, y aún se dedica, para explicar cómo las mediciones llegan a tener resultados?

A los físicos teóricos les gusta pensar en el formalismo de una teoría física como si fuera una descripción matemática de una parte o un aspecto del mundo. La mecánica cuántica, sin embargo, sólo nos provee herramientas para calcular las probabilidades de resultados de medición. No es una descripción matemática de cualquier parte o aspecto del mundo. Ese problema espurio surge porque una herramienta para calcular las probabilidades de resultados de mediciones está siendo tratada como si fuera la descripción matemática de una parte o aspecto real del mundo. Si sucede esto, uno termina tratando todo posible resultado como si fuera un resultado real. Y si uno hace eso, tiene que explicar cómo es que toda vez que hacemos una medición, obtenemos un único resultado en vez de todo resultado posible. El matemático John Von Neumann, quién fue el primero en formular este problema espurio, concluyó que este resultado único existe solo en la mente de un observador.

Algunos de ustedes habrán leído, y puede que aún hayan creído, que la física cuántica requiere la existencia de observadores. Si Von Neumann fue el primero en lanzarse a esta conclusión errónea, Fritjof Capra fue el primero en popularizarlo en su best-seller El Tao de la Física. Capra sostiene esta conclusión al confundir dos temas. Un tema se refiere a la existencia del mundo independiente de la mente, el otro se refiere a su existencia independiente de medición. Estoy contento de decir que la mecánica cuántica te habilita a pensar que la Luna está allí aunque nadie la esté mirando. Lo que requiere explicación no es por qué las propiedades de un átomo no se pueden definir sin referencia a observadores concientes – sí pueden – pero por qué no pueden definirse sin referencia a experimentos. 

Entonces ¿por qué no es posible definir las propiedades de un átomo independientemente de las mediciones? La siguiente estructura puede ayudar a explicar esto. Hay un plato que contiene dos hendiduras, una fuente de electrones en la parte de arriba del plato, y un conjunto de detectores detrás del plato. Si queremos calcular las probabilidades con las cuales un detector particular localizará un electrón, estamos nuevamente confrontados con el curioso hecho de que la mecánica cuántica tiene dos reglas generales para calcular probabilidades. Aquí debemos usar la primera regla para calcular si el electrón atraviesa la abertura izquierda o la derecha.

De nuevo pueden preguntarse cómo puede ser de otra manera. ¿Existe una tercera manera para que un electrón pase el plato cortado? Aparentemente sí, porque si es imposible saber a través de cuál hendidura pasa el electrón, debemos usar la segunda regla. En este caso el electrón atraviesa ambos agujeros sin ir a través de un agujero particular y sin estar dividido en partes que vayan por agujeros diferentes. ¿Cómo puede ser esto?

Nuevamente la mecánica cuántica nos dice que una distinción que nosotros hacemos es una distinción que la Naturaleza no hace. Hablamos de “regiones del espacio” como si el espacio mismo tuviera partes que son distintas una de otra. Tendemos a pensar que los dos agujeros son objetivamente regiones distintas del espacio, y que por lo tanto nada puede pasar el plato cortado sin pasar a través de un agujero particular y sin estar dividido en partes que pasan a través de diferentes agujeros. De ahí nuestra consternación al escuchar a la Naturaleza, a través de la mecánica cuántica, que dice que esto es precisamente lo que partículas subatómicas, átomos y hasta moléculas pueden hacer. Por lo tanto, lo que la Naturaleza está tratando de decirnos es que el espacio no es algo que tiene partes. Así como la mecánica cuántica trata de hacernos comprender que en definitiva sólo existe una cosa, y que esta única cosa es todo, por lo tanto está tratando de hacernos comprender que básicamente sólo hay un lugar, y que este único lugar está en todos lados.

Lo que reviste al espacio con sus supuestas partes es su contenido material. Lo que hace posible atribuir a una partícula o a un átomo la propiedad de existir en una “región del espacio” particular es un detector. Al ser una propiedad de un detector macroscópico, la región monitoreada por el detector se vuelve una propiedad que puede atribuirse a un objeto microscópico. La propiedad de existir dentro de esta región se vuelve una propiedad de una partícula si el detector “hace click”, es decir, si indica la presencia de la partícula en su región sensitiva. Si una región no es monitoreada por un detector, la propiedad de existir dentro de esa región no puede volverse la propiedad de una partícula. Esto ilustra por qué las propiedades de una partícula o un átomo no pueden definirse sin referencia a un cuadro experimental, tal como una serie de detectores.

Recién hice la distinción entre objetos macroscópicos y microscópicos. ¿Qué es lo que separa exactamente a los objetos macroscópicos? Como recordarán, una de las razones por la cuál los objetos “ordinarios” pueden existir es que las posiciones de sus partículas constituyentes son inciertas. Lo que distingue a los objetos macroscópicos de los microscópicos es que la incertidumbre de sus posiciones no es una característica objetiva del mundo físico. Este es el porqué de que las posiciones de los objetos macroscópicos son la excepción que prueba la siguiente regla: las propiedades de los objetos físicos sólo  existen si son medidos y sólo cuando son medidos.

Pero ahora parece que estamos confrontados con un círculo lógico vicioso. Por un lado, los objetos macroscópicos están hechos de átomos que están compuestos de partículas subatómicas. Por otro lado, las propiedades de los átomos y partículas subatómicas existen sólo si su existencia está indicada por objetos macroscópicos, y sólo cuando éstos lo indican. ¿Cómo pueden los objetos macroscópicos estar hechos de objetos cuyas propiedades sólo existen cuando están indicadas por objetos macroscópicos?

El siguiente ejemplo puede ayudar a explicar esto. Cada una de las nubes electrónicas representa la posición incierta del electrón relativo al protón en un estado particular de un átomo de hidrógeno. Cada estado está determinado por resultados de mediciones, y a su vez determina las probabilidades de resultados de mediciones. Cada nube está determinada por los resultados de tres mediciones: una medición de la energía del átomo, una medición de su momentum angular total, y una medición del componente vertical de su momentum angular. Y cada nube determina las probabilidades de los posibles resultados de una medida de posición: donde la densidad de una nube es mayor, la probabilidad de encontrar el electrón es más alta. Brevemente, la descripción de un sistema atómico es una descripción en términos de correlaciones entre resultados de mediciones.

La razón de por qué no sucede un círculo lógico es que podemos comprender los sistemas atómicos en términos de correlaciones entre los resultados de mediciones que no son producidos en realidad. Tal descripción no implica propiedades que posean los sistemas atómicos. Podemos entender el rol que juega un objeto microscópico en la manifestación de un objeto macroscópico sin atribuir que sus propiedades sólo existen cuando están medidos por objetos macroscópicos.

Si ustedes están asombrados por todo esto, únanse al club. Los objetos microscópicos están obligados a comportarse de modos desconocidos, porque si tienen que explicar las propiedades y el comportamiento de objetos macroscópicos, no pueden tener las mismas propiedades o comportarse de la misma manera que los objetos macroscópicos. Si lo hicieran, no se habría explicado nada.

Las correlaciones mecánico-cuánticas entre los resultados de mediciones son una ofensa enorme al sentido común. Por ejemplo, imaginen una molécula biatómica que se disocia en sus átomos constituyentes, que salen disparados en direcciones opuestas. Los átomos tienen una propiedad llamada rotación o espín. Esta puede medirse con respecto a cualquier eje, el cual está determinado por la orientación  de los aparatos de medición. Siempre que se miden los espines de los dos átomos con respecto al mismo eje, hallamos que señalan en direcciones opuestas. ¿Cómo podemos entender estas correlaciones?

Comprender las correlaciones es un asunto complicado, como el siguiente escenario lo ilustrará. Una gran compañía de helados en los EEUU había registrado sus ventas durante un período de varios años. Cuando este informe se comparó con un registro de incidentes de ahogamientos durante el mismo período, se halló que siempre que las ventas de helado eran mayores, más personas se habían ahogado. Hay tres maneras de comprender esta correlación. O más personas se ahogaron porque se consumió más helado, o se consumió más helado porque más personas se ahogaron, o fue otra cosa la que causó la correlación entre el consumo de helado y el número de incidentes de ahogamientos. En este ejemplo la respuesta correcta es obvia. Hubo otra cosa que causó la correlación, concretamente el clima. En días más calidos se consumió más helado, más personas fueron a nadar, y por consiguiente más personas se ahogaron.

Supongan ahora que las revoluciones de los dos átomos se han medido con respecto al mismo eje, y que los resultados son para arriba para la primera revolución y para abajo para la segunda. Nuevamente tenemos tres explicaciones posibles. (1) El primer resultado es para arriba porque el segundo resultado es para abajo. (2) El segundo resultado es para abajo porque el primer resultado es para arriba. (3) Algo más causa los dos resultados para que señalen en direcciones opuestas. El problema es que ninguna de las tres explicaciones sirve. Comenzando con la famosa prueba de John Bell en 1964, un número siempre creciente de teoremas muestra que estas correlaciones no admiten explicaciones en términos de causa y efecto.

Para la mayoría de los físicos, la meta final de la física es descubrir los bloques constructivos básicos del universo y las fuerzas por las cuales se afectan mutuamente. Lo que en realidad se ha descubierto, sin embargo, es que la búsqueda de los bloques constructivos estuvo mal comprendida. La mecánica cuántica no nos permite modelar la realidad “de abajo hacia arriba”, o por una multitud de bloques constructivos o por asignarles propiedades a los puntos del espacio. Cada una de las partículas, de las que se dice está hecha la materia, resulta ser una misma cosa, y así como no hay “partes del espacio”, tampoco hay “puntos en el espacio”.

La mecánica cuántica no explica cómo el mundo está integrado. Lo que está tratando de hacernos entender es cómo se manifiesta el mundo, cómo una Realidad única innominada que se convierte en muchos sin cesar de ser “Una sin segundo,” ekamevādvitiyam.

Podemos ver esto más claramente si en vez de preguntar de qué están hechas las cosas, preguntamos de qué formas están hechas. Las partículas elementales como los electrones no tienen forma. Mientras que los físicos a menudo hablan de ellos como si fueran puntos, esto sólo significa que les falta estructura interna. Las formas de las cosas están hechas de relaciones espaciales, las posiciones relativas, entre partículas sin forma. Debido a que cada partícula es el “Uno sin segundo,” estas relaciones son reflejos. Las formas de las cosas están hechas de auto-relaciones, relaciones entre el Uno y Sí Mismo.

Concebida cuántico-mecánicamente, la forma de un objeto material es una probabilidad de distribución en una probabilidad espacial multidimensional. Este es un concepto altamente abstracto, que no puede visualizarse. Las formas que se pueden visualizar, formas concretas en el espacio tri-dimensional, sólo surgen en el nivel molecular de complejidad como configuraciones atómicas de moléculas más grandes.

Las partículas atómicas y subatómicas, por consiguiente, no deben considerarse como partes constituyentes en el sentido de ser objetos distintos con propiedades separadas y de existencia independiente, actuando mutuamente de acuerdo a leyes de causa y efecto. Son herramientas por las cuales el “Uno sin segundo” manifiesta una multitud de objetos macroscópicos. Son funcionales en el proceso de manifestación. Sólo los objetos macroscópicos se pueden tratar como objetos distintos con propiedades separadas y de existencia independiente, que actúan mutuamente de acuerdo a leyes de causa y efecto. Las categorías de substancia y causalidad, por tanto, que nos permiten descomponer las cosas en un montón de propiedades interactuantes, sólo son útiles dentro del mundo manifestado. Cuando tratamos de aplicar estas categorías a los procesos de manifestación en vez de hacerlo a sus resultados, vamos por mal camino. Pertenecen a las reglas de esta Leela[1] pero no participan en la creación de las condiciones de la misma.

Por tanto, ¿de qué se trata esta Leela, y qué otra cosa toma parte en la creación de las condiciones de la misma? De acuerdo a la Vedânta original de los Upanishads, el mundo es una manifestación de alguna Realidad Primaria. Como Sat o sustancia constituye el mundo, como Chit o conciencia contiene el mundo, y como Ananda o bienaventuranza se expresa y se experimenta a sí misma en el mundo. De acuerdo a Sri Aurobindo, el proceso de manifestación implica cuatro principios adicionales: Supermente, Mente, Vida y Materia. Mientras que la Supermente abarca todo el proceso, sus creaciones son principalmente cualitativas e infinitas. La Mente es el agente de la acción secundaria de la Supermente, una acción que es cuantitativa y finita, que crea límites y divisiones. La Vida es la fuerza que ejecuta lo que la mente concibe, y la Materia es el resultado.

A esto Sri Aurobindo agrega que la manifestación particular en la cual participamos es especial porque es evolutiva. Evolución presupone involución, la involución de la Supermente en Mente, la involución de Mente en Vida, la involución de Vida en Materia. Un ser conciente supramentalmente se conoce a sí mismo como el “Uno sin segundo”. Cuando la Supermente se involucra con la Mente, tenemos un mundo de seres concientes que han perdido la visión de su identidad común. Cuando la Mente se asocia con la Vida, la fuerza de la Vida recibe las ideas que sirven para actuar desde una fuente subliminal. Y cuando la Vida, la fuerza que crea y sostiene las formas, se involucra con la Materia, el resultado es una multitud de entidades sin forma, que no son otra cosa que las “partículas elementales” de las partículas físicas.

Una vez que sabemos que el propósito de esta manifestación es la evolución de la Vida, la Mente, y finalmente la Supermente, y también que esta evolución comienza con una multitud de partículas sin forma, estamos en posición de comprender por qué el marco teórico general de la física tiene que ser la mecánica cuántica. Posiblemente la Vida y la Mente no pueden evolucionar si no hay objetos estables de tamaño finito, y la existencia de tales objetos requiere la validez de la mecánica cuántica. Si, además, tomamos en cuenta que la evolución de la Vida requiere ambientes habitables en los cuales una variedad suficiente de elementos químicos esté disponible, hallamos que cada una de las muy probadas leyes de la física son necesarias para el propósito de esta manifestación.

Mencioné que la mecánica cuántica no admite explicaciones en términos de causa y efecto. No existe ningún mecanismo físico, ningún proceso natural que pueda explicar las correlaciones mecánico-cuánticas entre los resultados de las mediciones. Esto ha producido mucha consternación. Sin embargo, si la fuerza que opera en el mundo es una fuerza infinita, no debería haber ninguna causa por la que preocuparnos, porque sería auto-contradictorio explicar la obra de una fuerza infinita en términos de la mecánica física o procesos naturales. Si esta fuerza opera bajo restricciones auto-impuestas, lo que necesitamos saber es por qué hace esto y por qué las restricciones auto-impuestas tienen la forma que asumen. Y esto lo sabemos ahora. Las leyes de la física son lo que son porque son necesarias para crear el marco idóneo para esta Leela de evolución.

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Nadie puede seguir dudando que el Universo, concebido en términos experimentales o fenomenales, es un vasto sistema temporal-espacial, corpuscular en su naturaleza, a partir del cual no podemos escapar sensorialmente (ni en pensamiento) en ninguna dirección. Visto así todo en el mundo aparece y existe como función del todo. Este es el significado más amplio, más profundo y más irrebatible de la idea de la evolución.

P. Teilhard de Chardin