De los datos a la portada del libro Quanta

De los datos a los cuantos
Slobodan Perovic
Universidad de Chicago, $45

Desde que Max Planck presentó al mundo la idea de los cuantos, los físicos han discutido sobre si la realidad se parece más a la arena o al agua.

El famoso descubrimiento de Planck en 1900 de que la energía es granular, al menos cuando se absorbe o se emite, lo llevó a referirse a estos granos de energía más pequeños como «quanta». Pero él creía que una vez que estos granos se emitían como la luz de un fuego, se fusionaban en ondas suaves y continuas, al igual que el agua parece un líquido suave para la percepción humana. Einstein, por otro lado, insistió en que los cuantos de luz viajaban por el espacio por sí mismos y se comportaban como partículas, más tarde llamadas fotones.

A mediados de la década de 1920, tanto la visión ondulatoria como la corpuscular de la luz habían recibido apoyo experimental, con la paradoja añadida de que los electrones (supuestamente partículas) a veces podían disfrazarse de ondas.

En este campo de controversia entró el famoso físico danés Niels Bohr, pionero en el estudio de la arquitectura del átomo. Bohr anunció que la resolución de la paradoja onda-partícula requería una nueva visión de la realidad en la que ambos términos desempeñaran un papel común en la explicación de los fenómenos experimentales. En los experimentos de observación de ondas, uno encontraría ondas, ya sean electrones o luz. En los experimentos de detección de partículas, verías partículas. Pero ningún experimento podría demostrar ambos al mismo tiempo. Bohr llamó a este punto de vista el principio de complementariedad, y lideró con éxito la búsqueda de la mecánica cuántica en las décadas siguientes.

Más recientemente, como informó el filósofo Slobodan Perović en De los datos a los cuantosEl éxito de Bohr ha sido cuestionado por algunos físicos y filósofos e incluso por autores de divulgación científica (SN: 19/01/19, pág. 26). La complementariedad ha sido ridiculizada como la aplicación incoherente de una filosofía vaga expresada en un lenguaje incomprensible. Pero como muestra la investigación de Perović, tales críticas rara vez se basan en una comprensión profunda de los métodos de Bohr. En lugar de que la filosofía de Bohr contamine su ciencia, argumenta Perović, son los sesgos filosóficos de sus oponentes los que han llevado a declaraciones erróneas, malentendidos y tergiversaciones de la física de Bohr. Y Bohr no puede ser entendido tratando de entender su filosofía, afirma Perović, porque la filosofía no lo guió, sino los experimentos.

De hecho, la búsqueda de Bohr para comprender la paradoja onda-partícula fue impulsada por un profundo compromiso por comprender la evidencia experimental en su totalidad. Fue el mismo enfoque adoptado por el joven Bohr cuando desarrolló su modelo atómico en 1913 (SN: 13.7.13, pág. 20). Varios experimentos sugirieron propiedades del átomo que parecían incompatibles. Pero Bohr forjó estas pistas experimentales en una «hipótesis maestra» que condujo a una comprensión completamente nueva del átomo y su estructura.

Perović describe cómo el proceso de Bohr comenzó con hipótesis de nivel inferior que surgieron de características dadas directamente por experimentos. Las líneas espectrales -diferentes colores específicos de la luz emitida por los átomos- llevaron a la hipótesis básica de que un proceso vibratorio de un átomo en sí o de sus componentes produce radiación electromagnética con patrones precisos. Sin embargo, las hipótesis intermedias sobre la estructura del átomo no explicaban tales líneas. Y luego, basado en experimentos en su laboratorio, Ernest Rutherford concluyó que un átomo consiste principalmente en espacio vacío. Contenía un núcleo central diminuto y denso que comprendía la mayor parte de la masa, mientras que los electrones ligeros orbitaban a cierta distancia. Pero esta hipótesis no coincidía con los patrones exactos de las líneas espectrales. Y tal átomo sería inestable y duraría menos de un milisegundo. A partir de todas estas diferentes hipótesis experimentales, Bohr aplicó la idea cuántica de Planck para construir una hipótesis principal. Reconcilió las líneas espectrales y el átomo nuclear de Rutherford con un nuevo modelo atómico en el que los electrones mantenían la estabilidad del átomo pero saltaban de una órbita a otra, emitiendo patrones específicos de líneas espectrales mientras lo hacían.

Como demuestra Perović, Bohr siguió una ruta similar para llegar a la complementariedad. Si bien numerosos experimentos demostraron que la luz es una onda, otros experimentos a principios de la década de 1920 encontraron que los rayos X, luz de alta energía, colisionaban con electrones como si ambos fueran partículas (el impulso y la energía se conservaban en las colisiones, al igual que la partícula requerida). visión). La principal hipótesis de Bohr, la complementariedad, parecía ser el único camino a seguir.

A lo largo del libro, Perović relata cómo Bohr malinterpretó, mezcló engañosamente sus puntos de vista con los de otros (como John von Neumann y Werner Heisenberg) y retrató falsamente su filosofía como antirrealista, sugiriendo que solo la observación trajo la realidad a la existencia. Bohr nunca dijo nada por el estilo y de hecho advirtió contra el uso del lenguaje de manera tan vaga.

El relato de Perović proporciona una descripción completa de otras investigaciones históricas sobre el trabajo de Bohr, basándose generosamente en los propios escritos de Bohr. Es un relato matizado y perspicaz de la interacción del experimento y la teoría en el proceso científico. Sin embargo, este libro no es fácil de leer. No es el lugar para buscar explicaciones claras de la física cuántica y la interpretación de Bohr de ellas. Perović se basa en la minuciosidad académica y el razonamiento cuidadoso con una propensión a las oraciones largas. Por otra parte, los escritos de Bohr tampoco eran un juego de niños. De hecho, una queja importante contra Bohr ha sido presentada por autores que dicen que sus escritos son muy difíciles de entender. Es desafortunado que tantos parezcan pensar que debe estar equivocado porque no pueden entender a Bohr. El libro de Perović ofrece un antídoto útil para esta actitud.


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