Einstein y Werner Heisenberg

Experientia docet Einstein Artículo 40 de 40

El físico alemán Werner Heisenberg fue uno de los primeros investigadores de la mecánica cuántica, ayudando a establecer sus ecuaciones y contribuyendo a la interpretación más extendida de éstas, la que se conoce como interpretación de Copenhague. Einstein fue uno de los ídolos de Heisenberg, y los dos científicos se reunieron en múltiples ocasiones para discutir las implicaciones de la mecánica cuántica, pero discreparon a menudo y en multitud de temas, desde la ciencia a la política.

Heisenberg
Asistentes a la Conferencia Solvay de 1927. Sentado, en el centro de la primera fila, Einstein. De pie, tercero por la derecha, Heisenberg.

Werner Heisenberg descubrió el trabajo de Einstein mientras estudiaba en la Universidad de Múnich, donde asistió a un curso sobre la relatividad que impartió Arnold Sommerfeld. A Heisenberg le encantó la insistencia de Einstein en que sólo debemos teorizar sobre lo que podemos percibir (posición que tenía su origen en la influencia de Ernst Mach): toda la relatividad surgía de la insistencia en que, si bien diferentes personas observan diferentes sucesos, todas esas observaciones son válidas. Este concepto se grabó en el cerebro de Heisenberg, y se convertiría en una de las creencias fundamentales que darían forma a su ciencia posterior.

Heisenberg quería escribir su tesis doctoral sobre la relatividad, pero fue disuadido de ello por su compañero de estudios Wolfgang Pauli. En esa época Pauli estaba escribiendo lo que llegaría a ser el primer gran ensayo sobre la teoría de la relatividad, que para él era un campo de la ciencia que ya había sido bastante bien establecido. El verdadero futuro está, le dijo Pauli a Heisenberg, en la física atómica.

Heisenberg, sin embargo, se sentía intrigado por la figura de Einstein. En 1922, el joven alemán se dirigió a Leipzig para asistir a una conferencia de su ídolo. Habría sido la primera vez que Heisenberg se encontrase con el hombre al que tanto respetaba, pero no sería así. La fecha de la conferencia coincidió con el comienzo de los ataques antisemitas contra Einstein: es el año de publicación de La crisis actual de la física alemana de Johannes Stark. Nada más llegar a la sala donde tendría lugar la conferencia, a Heisenberg le entregaron un folleto en el que, según Heisenberg escribiría en su libro La parte y el todo, se denunciaba a Einstein como “un extraño al espíritu alemán, y exagerado por la prensa judía”. Heisenberg, cristiano luterano y “ario”, había pertenecido al movimiento juvenil nacionalista de Alemania casi toda su vida, por lo que se vio sorprendido por este ataque nacionalista a un campo exclusivamente científico. Ese día, habida cuenta de las tensiones existentes y los previsibles incidentes, se buscó un sustituto: Max von Laue fue el conferenciante.

Einstein y Heisenberg se encontraron por primera vez en 1924, durante una visita que Einstein hizo a la Universidad de Gotinga. En esta universidad defendería Heisenberg ese mismo año su tesis doctoral, codirigida por Max Born y Arnold Sommerfeld, tras haber ampliado sus conocimientos de matemáticas con David Hilbert. En ese período, se estaba desarrollando la teoría de la mecánica cuántica, y a Einstein no le gustaba el rumbo que esas teorías estaban tomando: conforme los físicos intentaban aportar nuevas explicaciones a cómo los átomos emitían radiación, desarrollaban teorías que sólo ofrecían respuestas probabilísticas. Sus teorías podían predecir un rango de posibilidades para cómo se comportaría un átomo, pero una y otra vez, los científicos se veían forzados a creer que no había un resultado definido para un suceso dado. Cuando se trataba de partículas, decían estos físicos, simplemente no hay una perfecta correlación entre causa y efecto. Heisenberg fue arrastrado por el entusiasmo de crear un nuevo campo científico. Einstein, por otro lado, no podía creer la alocada dirección que estaba tomando la física. Por tanto el encuentro entre Einstein y Heisenberg fue interesante: el joven de 23 años conoció a su ídolo solo para descubrir que tenían ideas opuestas. Fue el comienzo de una separación creciente entre Einstein y la mayoría de sus contemporáneos, pero Heisenberg todavía tenía la esperanza de convencer a Einstein de la corrección de la nueva ciencia.

Fue en septiembre de 1925 cuando Heisenberg hizo su primera aportación asombrosa a la física. Publicó un artículo en el que se exponían las matemáticas necesarias para crear las predicciones probabilísticas que otros estaban estudiando. Básicamente esta fue la primera formulación de la mecánica cuántica. Esta formulación se llama álgebra de matrices [1], y conseguía lo mismo que la famosa ecuación de Schrödinger, que éste desarrollaría el año siguiente. Hubo una gran rivalidad entre los dos hombres sobre qué método debería ser usado. Hoy día se usan ambos, pero la mayoría de los científicos prefieren la mecánica ondulatoria de Schrödinger por ser más simple.

Años después, Heisenberg diría que desarrolló sus teorías basándose en lo que él veía como la filosofía de Einstein de solo analizar observables. Pero el artículo de las matrices de Heisenberg no consiguió que Einstein cambiara sus posiciones ni un ápice. Casi inmediatamente Einstein replicó con una carta a Heisenberg en la que planteaba numerosas objeciones, y que Heisenberg respondió en noviembre rebatiendo cada una de ellas. En esta carta parece que Heisenberg todavía creía que sus dos puntos de vista podrían reconciliarse algún día.

El abismo entre los dos científicos era más grande de lo que Heisenberg creía. En abril de 1926, los dos físicos se encontraron cara a cara por segunda vez tras la conferencia que Heisenberg había dictado en la Universidad de Berlín y a la que Einstein asistió. Heisenberg contaría después la historia de cómo cuando Einstein planteó una objeción al álgebra matricial de Heisenberg, éste intentó usar la filosofía de Einstein contra el propio Einstein, señalando que él había hecho lo mismo que Einstein con la relatividad, usando sólo lo que uno podía percibir directamente para formular sus teorías. Después de todo, esta filosofía, conocida como positivismo, era la preferida por Heisenberg. Einstein, sorprendido, dijo: “Pero, ¿no creerás de verdad que sólo las magnitudes observables deben aparecer en una teoría física?” Pasmado por la respuesta, Heisenberg dijo: “Pensaba que fue precisamente usted el que hizo de esta idea la base de su teoría de la relatividad”. Einstein replicó: “Quizás usé este tipo de filosofía; pero en cualquier caso es una tontería. Solo la teoría decide lo que uno puede observar”.

El punto de vista de Einstein había claramente cambiado en los últimos veinte años. Ahora creía que uno tenía que usar algo más que sólo lo observable para construir una teoría válida. Heisenberg tuvo que afrontar el hecho de que el hombre que él veía como el pionero de la física moderna no le apoyaba.

En 1927, Heisenberg desarrolló el concepto por el que es más famoso, el Principio de Incertidumbre. Basándose en lo difuso del comportamiento de las partículas, Heisenberg postuló que ciertas propiedades atómicas nunca podrían conocerse con exactitud. Si, por ejemplo, uno sabía la posición exacta de un electrón, no podía saber su velocidad exacta. Al principio, Heisenberg explicaba esta idea diciendo que uno simplemente no puede medir la posición sin afectar a la velocidad; medir la posición cambia la velocidad, y viceversa. Por lo que no se pueden conocer ambas variables al mismo tiempo. Pero poco después, Heisenberg y la mayor parte de los físicos dieron una interpretación más profunda: no se trataba de una cuestión de medir simultáneamente, sino de que ambas variables simplemente no podían ser precisas al mismo tiempo. Si el electrón tuviese una velocidad definida entonces estaría difuminado en el espacio, sin una posición definida, y viceversa. A Einstein, como era de esperar, le gustó esta teoría de Heisenberg tan poco o menos que las anteriores.

Ese año de 1927 la Conferencia Solvay se celebró en octubre sobre “Electrones y fotones”, fue durante la misma que Einstein, desencantado con el principio de incertidumbre que Heisenberg había presentado, exclamó “Dios no juega a los dados”, a lo que Niels Bohr replicó “Einstein, deja de decirle a Dios lo que tiene que hacer”.

A pesar de las discrepancias en lo científico, el respeto entre Einstein y Heisenberg era enorme. Einstein se dio cuenta rápidamente de lo adecuadamente que la mecánica cuántica, incluyendo las “extrañas matemáticas” de Heisenberg, predecían el comportamiento de los átomos. Pensaba que la nueva ciencia era valiosa, solo que no estaba completa. De hecho, Einstein nominó a Heisenberg para el premio Nobel a la primera oportunidad tras la conferencia Solvay, en 1928, y también en 1931 y 1932. En la nominación de 1931 escribió: “Esta teoría contiene sin duda un trozo de la verdad última”. Heisenberg ganó el premio Nobel de 1932.

En frentes opuestos

Einstein y Heisenberg estaban unidos por razones distintas a la ciencia. Ambos experimentaron la persecución nazi, y ambos se vieron obligados a tomar decisiones difíciles durante la Segunda Guerra Mundial. En los años 30, toda la física moderna se convirtió en tabú en Alemania, a la que se llamaba despreciativamente “ciencia judía”. Practicarla era arriesgarse al ostracismo, y Heisenberg se encontró con que, por el hecho de ser un fundador de la mecánica cuántica, se le prohibía el acceso a varias universidades alemanas.

También se le puso a Heisenberg la etiqueta de “judío blanco”, aunque él era luterano y “ario”, y se le emparejaba con Einstein en los ataques de los medios alemanes y de los físicos antisemitas alemanes Philipp Lénárd y Johannes Stark. Un periódico nazi escribió en julio de 1937: “Heisenberg es sólo un ejemplo entre otros muchos […] Son todos representantes del judaísmo en la vida espiritual alemana que deben ser eliminados igual que los mismos judíos”.

Si bien Heisenberg rechazaba la ideología nazi, era un nacionalista y, a pesar de todas las invitaciones que recibió por parte principalmente de científicos estadounidenses para emigrar a Estados Unidos, tomó la decisión de permanecer en Alemania. Por otra parte, una visita de la madre de Heisenberg a la madre del Reichsführer SS (jefe máximo de la SS) Heinrich Himmler, acabó con los ataques a Heisenberg.

Aunque la relatividad era públicamente menospreciada por los Nazis, el hecho cierto es que nadie ponía en duda la validez de E = mc2, la ecuación que haría posible la construcción de una bomba atómica. En 1939 Einstein estaba viviendo en los Estados Unidos y, sabiendo lo destructiva que una bomba como esa podría ser, escribió una carta al presidente Franklin Roosevelt advirtiéndole del peligro.

Heisenberg
Heisenberg durante la Segunda Guerra Mundial. Fuente: Wikimedia Commons

Heisenberg, sin embargo, estaba aún en Alemania, y como físico con capacidades útiles se encontró de repente con el favor del gobierno nazi, y se le pidió que trabajase en la construcción de la bomba atómica. El hecho cierto es que Heisenberg pasó la mayor parte de la guerra trabajando en física nuclear, pero para usos energéticos, no armamentísticos. Años más tarde Heisenberg diría que esto fue así debido a sus propias manipulaciones: había hecho su contribución a la paz mediante la confusión, quitando importancia delante de los nazis a los usos prácticos de una bomba como esa y llevándoles a creer que probablemente no podría hacerse. Heisenberg afirma que dijo a sus superiores que creía que la guerra habría terminado antes de que nadie pudiera construir una bomba.

Solo tenemos la versión de Heisenberg de esta historia [2]. Hay quien no cree esta versión y afirma que Heisenberg intentó ocultar sus errores. Su fuerza estaba en la física teórica, no en la experimentación, quizás creyese realmente que no podía construirse. Sea como fuese, el hecho cierto es que después de la guerra trabajó para limitar el uso de las armas nucleares y para reparar las relaciones entre Alemania y el resto del mundo.

La última vez que Einstein y Heisenberg se encontraron fue en 1954 en Princeton, pero sus diferencias científicas eran las mismas de siempre. Heisenberg trató una vez más de convencer a Einstein de la validez de los planteamientos de la mecánica cuántica, pero Einstein fue contundente: “No me gusta vuestro tipo de física. Pienso que os va muy bien con los experimentos…pero no me gusta”. Einstein murió en 1955, sin admitir la mecánica cuántica que Heisenberg simbolizaba.

Tras la muerte de Einstein, Heisenberg escribió un artículo en el que atacaba a Einstein por su carta a Roosevelt, diciendo que un auténtico pacifista nunca debería haber iniciado el esfuerzo para construir una bomba que terminaría resultando en la muerte de miles. Pero culpar a Einstein por haber empezado, de alguna manera, el Proyecto Manhattan parece evidentemente injusto, a la par que incierto. El artículo de Heisenberg estaba probablemente más inspirado por los temas pendientes que tuviese con Einstein, sugiriendo que había más problemas entre los dos de lo que Heisenberg nunca llegase a admitir.

Notas:

[1] Un relato fantástico (porque intervienen dioses nórdicos) de las vicisitudes de la creación del algebra matricial de la mecánica cuántica es La leyenda de Helgoland.

[2] Obviamente, durante la guerra la gente en el otro bando creía cosas distintas. Una narración basada en las consecuencias de algunas de estas creencias es Hay que secuestrar a Heisenberg. El seguimiento en Suiza que se menciona daría lugar a un libro y este a una película.

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

Una versión anterior de este artículo se publicó en Experientia Docet el 13 de noviembre de 2009.

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