El enfoque de descripciones complementarias: ¿qué signi?ca comprender la mecánica cuántica? En búsqueda de un desarrollo expresivo de la realidad física
ResumenEn este trabajo nos proponemos discutir la pregunta respecto de la comprensiónde la mecánica cuántica. En primer lugar, analizamos el concepto de complementariedad de Bohr y buscamos avanzar en un desarrollo, más allá de la mera función regulativa de los fenómenos. En segundo término, consideramosla noción misma de física, adentrándonos para ello en el problema de la representación, el problema de la interpretación de los fenómenos y la adecuación de los problemas físicos. En tercer lugar, nos proponemos presentar el enfoque de descripciones complementarias a partir de la relación entre física clásica y física cuántica, así como también respecto de la necesidad del desarrollo de nuevos esquemas conceptuales. Finalmente, buscamos determinar claramente cuál es, según el enfoque de descripciones complementarias, el problema que se desprende a partir de la interpretación de la mecánica cuántica, esto es, responder la pregunta ¿qué signi&ca comprender la mecánica cuántica?
ResumenEn este trabajo nos proponemos discutir la pregunta respecto de la comprensiónde la mecánica cuántica. En primer lugar, analizamos el concepto de complementariedad de Bohr y buscamos avanzar en un desarrollo, más allá de la mera función regulativa de los fenómenos. En segundo término, consideramosla noción misma de física, adentrándonos para ello en el problema de la representación, el problema de la interpretación de los fenómenos y la adecuación de los problemas físicos. En tercer lugar, nos proponemos presentar el enfoque de descripciones complementarias a partir de la relación entre física clásica y física cuántica, así como también respecto de la necesidad del desarrollo de nuevos esquemas conceptuales. Finalmente, buscamos determinar claramente cuál es, según el enfoque de descripciones complementarias, el problema que se desprende a partir de la interpretación de la mecánica cuántica, esto es, responder la pregunta ¿qué signi&ca comprender la mecánica cuántica?
[ES] Hoy en día hay sobradas razones para considerar la teoría cuántica como uno de los mayores éxitos de la física moderna. Después de unos primeros años dificultosos, inaugurados por el descubrimiento del cuanto de acción por Max Planck en 1900, la teoría física cuántica acumula éxitos y consigue describir una cantidad de fenómenos cada vez mayor. No obstante, también es una teoría que desafía a nuestra intuición, pues choca con las nociones más elementales de la física clásica. La validez del formalismo de la mecánica cuántica está fuera de toda duda, pero de este no se desprende inmediatamente una imagen de la realidad microscópica. Esto supone un problema serio, ya que el objetivo de la física es dar una descripción de la realidad, además de permitirnos manipularla. Profundizar en este tema es el motivo principal para hacer este trabajo. Una de las primeras soluciones al problema presentado, y también la más dominante,1 es la interpretación de Copenhague. Se asocian comúnmente a esta físicos como Max Born, Werner Heisenberg y Niels Bohr. Esta interpretación suele entenderse como sinónimo de indeterminismo, el principio de correspondencia de Bohr, la interpretación estadística de la función de onda de Born y la interpretación complementaria de Bohr de ciertos fenómenos atómicos.2 Sin embargo, a día de hoy se dispone de suficiente información para saber que bajo este término se agrupan interpretaciones muy diferentes entre sí.3 A pesar de las divergencias entre los autores mencionados, está ampliamente aceptado que la perspectiva general que comparten tiene su origen en el trabajo de Bohr.4 Así, he centrado el trabajo en su solución al problema de la física cuántica y en su filosofía de la física.
El desarrollo de las ideas basicas de la Mecanica Cuantica comenzo a principios del siglo pasado, como consecuencia de una serie de descubrimientos y observaciones que pusieron en evidencia las graves dificultades de la Fisica Clasica para interpretar las propiedades del atomo y sus partes constituyentes asi como las propiedades de la radiacion electromagnetica y su interaccion con la materia. Esos descubrimientos revolucionaron las nociones hasta entonces sustentadas por los fisicos y plantearon una asombrosa cantidad de enigmas, cuya solucion obligo a realizar un profundo replanteo de los fundamentos y conceptos basicos de la Fisica.
El estudio de la Mecanica Cuantica es importante por varias razones. En primer lugar porque pone de manifiesto la metodologia esencial de la Fisica. En segundo lugar porque tuvo un exito formidable ya que permitio dar respuestas validas a casi todos los problemas en los cuales se la ha aplicado. En tercer lugar porque es la herramienta teorica basica para numerosas disciplinas de gran importancia, como la Quimica Fisica, la Fisica Molecular, Atomica y Nuclear, la Fisica de la Materia Condensada y la Fisica de Particulas.
Es pensado que la Mecánica Cuántica es una de las teorías fundamentales en la física. Esta teoría no solo ha permitido el estudio detenido de las propiedades de la naturaleza a una escala atómica, sino que también ha logrado una asombrosa convergencia con gran parte de las teorías clásicas. Un rasgo distintivo de la Mecánica Cuántica es su naturaleza probabilística, lo que implica que no puede prever con absoluta certeza el resultado de un experimento, sino tan solo asignar una probabilidad específica a su ocurrencia. En virtud de esta característica, la Mecánica Cuántica introduce un contexto donde llevar a cabo una medición se convierte en un proceso intrínseco. A pesar de ello, ninguno de sus fundamentos aborda explícitamente la definición de lo que constituye una medición cuántica. Aunque este procedimiento evidencia tanto la naturaleza probabilística a pequeña escala como el carácter determinista del ámbito macroscópico, surge de manera pertinente la pregunta: ¿qué se entiende por medición? O, al menos, ¿cómo llevar a cabo una medición? Diversos esfuerzos han sido realizados con el fin de construir un marco conceptual riguroso que describa el proceso de medición cuántica. En este estudio, se examinará detenidamente el esquema de medición propuesto por von Neumann interpretado a partir de la interacción entre el sistema principal y su entorno, así como los posibles tipos de mediciones que pueden surgir en estos sistemas. Sin embargo, al adentrarnos en el ámbito de la Teoría Cuántica de Campos y buscar realizar mediciones en este contexto, es imperativo ampliar la noción de medición de acuerdo con los principios de localidad y causalidad. Por ende, al establecer un marco claramente definido para las mediciones, también se delinean ciertas operaciones que son físicamente permitidas. Este trabajo se propone examinar los protocolos de medición en campos relativistas con el objetivo de comprender el protocolo propuesto por Fewster y Verch como una generalización de la teoría de medición cuántica no relativista.
La mecánica cuántica describe los procesos físicos con notable precisión, aunque las funciones de la observación, la medición y el sujeto cognoscente siguen siendo objeto de controversia conceptual. La fenomenología, que examina las estructuras de la experiencia mediante las cuales los fenómenos adquieren significado, ofrece un marco para esclarecer estas cuestiones sin sustituir la teoría física. Este estudio explora cómo las concepciones fenomenológicas de la experiencia y la intersubjetividad pueden iluminar los fundamentos epistemológicos de la mecánica cuántica. El análisis distingue los procesos físicos de medición de las condiciones bajo las cuales los resultados experimentales adquieren significado y se convierten en evidencias públicamente accesibles. Asimismo, identifica cómo puede reconocerse el carácter situado de la observación sin reducir el conocimiento científico a la experiencia subjetiva. Aquí mostramos que la fenomenología proporciona recursos conceptuales para examinar las relaciones entre medición, observación y justificación de las afirmaciones de conocimiento en la mecánica cuántica. Este enfoque no resuelve las interpretaciones contrapuestas de la teoría cuántica, pero permite explicitar sus presupuestos epistemológicos. Al esclarecer las condiciones de la objetividad científica, contribuye a un diálogo más preciso entre la física y la filosofía. En términos más amplios, ofrece un marco para evaluar el papel de la experiencia en la producción e interpretación del conocimiento científico.
Esta tesis consiste en una revision actual de la filosofia de la complementariedad,que fue propuesta por el fisico Niels Bohr, en el ano 1927, corno marco conceptual desde el que entender y explicar el formalismo matematico de la mecanica cuantica.Es importante comenzar por la exposicion y el analisis del ideal descriptivo de lasciencias clasicas porque la nueva teoria rompe por completo con todo el marco conceptualde la fisica anterior y necesita reconstruir otro distinto, a partir de nuevos postulados,principios e ideales, que satisfagan la necesidad de descripcion e interpretacion fisica de la naturaleza.Con su interpretacion del formalismo, Bohr pretende resolver los problemas dedescripcion, explicacion y comprension desde el nivel epistemologico: el nuevo marcopersigue cambiar el uso y el significado de los conceptos fisicos para que dejen de serproblematicos y desaparezcan las paradojas que su uso clasico provoca en la nueva ciencia,pero conservando la posibilidad de seguir utilizandolos. El objetivo de esto fue dotar de contenido fisico o intuitivo a la teoria cuantica, el cual se habia perdido con el desarrollo de su abstracto esquema matematico.En este aspecto, la critica de Einstein a la nueva mecanica situa el problema delrealismo de las teorias fisicas en el mismo nivel que el del contenido intuitivo de aquellas. Si bien el realismo fisico que defiende Einstein se fundamenta sobre una base intuitiva decaracter, esencialmente, espacial, la propuesta que aqui se defiende es entender el marco dela complementariedad desde un fundamento intuitivo, eminentemente, temporal. Este tipo de investigacion, a traves de la intuicion temporal, abre las puertas a una alternativa realista para la descripcion cuantica, novedosa y distinta del realismo clasico ysobre la que se podrian levantar algunos de los cimientos del sustrato ontologico masapropiados para la complementariedad y que mejor se ajusten al contenido epistemologicode esta, que el propio Bohr no tuvo en consideracion.
Los descubrimientos de la física cuántica, acontecidos en el siglo XX, plantean numerosos retos a nivel experimental y conceptual. Junto con el advenimiento de dichos hallazgos, aparecen también teorías y principios que buscan explicarlos y que en ocasiones rompen con paradigmas que corresponden a otros ámbitos investigativos. Este es justamente el caso del principio de complementariedad, desarrollado por el físico danés Niels Bohr en el marco del descubrimiento de la dualidad onda-partícula. Esta característica que recae sobre la naturaleza del fotón y que trastoca la noción clásica de identidad, obliga también a realizar un análisis sobre las leyes del pensamiento como fueron establecidas por Aristóteles –de identidad, de no contradicción y de tercero excluido– ya que, de cierta manera, las contradicen. Esta es la discusión sobre la cual se cierne el presente artículo, que en un primer momento presenta una descripción del trabajo de Bohr dentro del ámbito de la investigación cuántica, posteriormente se realiza una exposición de las leyes aristotélicas que han marcado el trabajo de la lógica durante siglos, aunque hoy en día muchas escuelas las hayan superado, dentro de esta misma problemática se establece el problema de la relación entre lógica y ontología para finalmente analizar el caso de la luz y realizar una breve referencia al tema de la identidad. Las conclusiones se refieren a la generalidad del problema ya que resulta imposible establecer una solución clara al problema, en última instancia este respondería a la perspectiva que se tenga sobre la relación entre lógica, ontología y lenguaje.