La interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica

Experientia docet Cuantos Artículo 12 de 13

Sede del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague construida y constituido, respectivamente, en 1921 con Niels Bohr como director. Popularmente conocido como Instituto Bohr, adoptó oficialmente ese nombre en 1965. Fuente: Niels Bohr Institutet

El principio de complementariedad de Bohr es una afirmación de una enorme importancia, porque significaba que lo que observamos en nuestros experimentos no es lo que la naturaleza realmente es cuando no la estamos observando. Pero ahondemos sobre esto, porque la afirmación choca con el sentido común [1], lo que puede hacer más difícil asimilar lo que aquí se está diciendo [2].

De hecho, la naturaleza no favorece ningún modelo específico cuando no estamos observando; si algo podemos afirmar es que la naturaleza es una mezcla de las muchas posibilidades que podría ser hasta que observamos [3]. Al establecer un experimento, seleccionamos el modelo que exhibirá la naturaleza y decidimos si los fotones, electrones, protones e incluso las pelotas de tenis (si se mueven lo suficientemente rápido) se comportarán como corpúsculos o como ondas.

En otras palabras, según Bohr, ¡el experimentador se convierte en parte del experimento! Al hacerlo, el experimentador interactúa con la naturaleza, de tal modo que nunca podemos observar todos los aspectos de la naturaleza como realmente es “en sí” [4]. De hecho, esta expresión, si bien es atractiva, no tiene un significado operativo. En cambio, deberíamos decir que solo podemos conocer la parte de la naturaleza que nuestros experimentos ponen de manifiesto. [5] La consecuencia de este hecho, a nivel cuántico, decía Bohr, es el principio de incertidumbre, que coloca una limitación cuantitativa sobre lo que podemos aprender sobre la naturaleza en cualquier interacción dada; y la consecuencia de esta limitación es que debemos aceptar la interpretación de probabilidad de los procesos cuánticos individuales. De aquí que al principio de incertidumbre a menudo también se le llame principio de indeterminación.

No hay forma de evitar estas limitaciones, según Bohr, mientras la mecánica cuántica siga siendo una teoría válida. Estas ideas, por supuesto, están totalmente en desacuerdo con el sentido común, como apuntábamos antes. Asumimos que la naturaleza existe de manera completamente independiente de nosotros y que posee una realidad y un comportamiento definidos, incluso cuando no la estamos observando. Así, supones que el mundo fuera del lugar donde estás todavía existe más o menos como fue la última vez que lo observaste. No cabe duda de que la naturaleza se comporta así en nuestra experiencia cotidiana, y esta visión es una suposición fundamental de la física clásica. Incluso tiene un nombre filosófico; se llama «realismo», y para los fenómenos y objetos en el rango de la experiencia ordinaria es perfectamente apropiado. Pero, como Bohr a menudo enfatizó, tenemos que estar preparados para esperar que el mundo cuántico no sea como el mundo cotidiano en el que vivimos.

Parte de la dificultad viene del lenguaje que empleamos. Nuestra lengua común no puede expresar adecuadamente lo que las matemáticas consiguen hacer de manera muy eficiente. Max Born, uno de los fundadores de la mecánica cuántica, lo expresó así (nuestro énfasis):

El origen último de la dificultad radica en el hecho (o principio filosófico) de que estamos obligados a usar las palabras del lenguaje común cuando deseamos describir un fenómeno, no mediante un análisis lógico o matemático, sino mediante una imagen atractiva para la imaginación. El lenguaje común ha crecido con la experiencia cotidiana y nunca puede superar estos límites. La física clásica se ha limitado al uso de conceptos de este tipo; al analizar los movimientos visibles, ha desarrollado dos formas de representarlos mediante procesos elementales: partículas en movimiento y ondas. No hay otra forma de dar una descripción pictórica de los movimientos: tenemos que aplicarlo incluso en la región de los procesos atómicos, donde la física clásica se descompone. [6]

Juntos, el principio de complementariedad de Bohr, el principio de incertidumbre de Heisenberg y la interpretación de probabilidad de Born forman una interpretación lógicamente coherente del significado de la mecánica cuántica. Dado que esta interpretación se desarrolló en gran medida en el instituto de Bohr en la Universidad de Copenhague, se la conoce como la Interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. Los resultados de esta interpretación tienen profundas consecuencias científicas y filosóficas que se siguen estudiando y debatiendo. [7]

Notas:

[1] La ciencia se empeña en demostrar que el sentido común no deja de ser una colección de sesgos antropocéntricos y, por lo tanto, si bien útiles para el día a día en muchos casos, no necesariamente ciertos.

[2] Por eso es interesante fijarse en las palabras en cursiva, que están cuidadosamente seleccionadas.

[3] Este es el principio de superposición cuántico, sobre el que reflexionamos en La teoría superpositiva.

[4] Esto del “en sí” está entrecomillado porque es más un concepto filosófico que físico. Está relacionado con la caracterización de la sustancia de la época racionalista de la filosofía. Recordemos, por ejemplo, que Spinoza en la definición tercera del libro primero de la Ética decía “Por substancia entiendo aquello que es en sí y se concibe por sí, esto es, aquello cuyo concepto, para formarse, no precisa del concepto de otra cosa.”

[5] Y aquí hay que reflexionar mínimamente. Esto no es una invitación al misticismo, como algunos se apresuran a adoptar. Fijémonos en que, al fin y al cabo, conocemos incluso a nuestro mejor amigo solo a través de un mosaico de encuentros, conversaciones y actividades repetidas, en muchas circunstancias diferentes.

[6] A este respecto puede resultar interesante nuestro La verdadera composición última del universo (y IV): Platónicos, digitales y pansiquistas

[7] Una introducción a los elementos del debate puede encontrarse en nuestra serie Incompletitud y medida en mecánica cuántica

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

1 comentario

  • Avatar de Jodydito

    Las matemáticas también es un lenguaje, ¿podríamos decir que la «realidad» de la física cuántica, del átomo es subjetiva? y como consecuencia ¿es esa «realidad» cuántica una proyección de nuestro entendimiento y no la «realidad» existente per se?
    ¿Podrían coexistir dos realidades, una la apreciada por nuestro intelecto o conciencia y otra subyacente, no dependiente de nosotros, existente por si misma sin necesidad de causa o efecto, vacía de cualquier concepto o etiqueta?
    Lo digo porque existe una teoría filosófica que lo reconoce y me gustaría tener una explicacion de dicha teoría filosófica desde el punto de vista de la física actual. Dejando a un lado la física clásica (de Newton)

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