Acto I · Capítulo iii
El mundo cuántico
Cuando la materia dejó de ser sustancia y empezó a ser onda
Hay una fotografía que conviene tener en la mente antes de empezar este capítulo. La hicieron en 1927 los participantes del Quinto Congreso Solvay, en Bruselas. Allí, en tres filas ordenadas, están reunidas veintinueve personas que entre todas tienen diecisiete premios Nobel. Einstein en la primera fila, ligeramente al centro, con la mirada de quien todavía no termina de creer lo que sus colegas le están diciendo. Marie Curie a su lado, la única mujer del retrato. Detrás, una segunda fila: Bohr, Born, Schrödinger, de Broglie. Y al fondo, casi tímidos, Heisenberg, Pauli, Dirac.
Esa fotografía es la última en la historia de la física en la que todavía parece posible un acuerdo. Después de Solvay, la mecánica cuántica quedó instalada en el corazón de la disciplina como una herramienta de un poder predictivo absoluto y, al mismo tiempo, como un escándalo filosófico que ni sus autores podían aceptar del todo. Einstein murió convencido de que algo fundamental se les había escapado. Bohr murió convencido de que ese «algo» era precisamente la idea ingenua de que existe un mundo independiente de cómo lo medimos. Casi un siglo después, la disputa no está zanjada. Las ecuaciones funcionan. La interpretación, no.
Este capítulo no resuelve la disputa. La presenta. Y al presentarla quiere mostrarte algo que rara vez aparece en los manuales: que el mundo cuántico no es una rareza de las escalas pequeñas. Es la sintaxis del mundo, y nuestra escala — la del salón donde estás leyendo esto — es un caso particular donde esa sintaxis se ha vuelto tan tupida que parece sustancia. Pero la trama vibracional, debajo, no desaparece.
La doble rendija, o el experimento que cambió de qué hablamos cuando hablamos de mundo
El experimento es viejo y simple. Una fuente que emite partículas — electrones, fotones, da igual —, una barrera con dos rendijas paralelas, y detrás una pantalla que registra dónde llega cada partícula. Si las partículas fueran balas diminutas, esperaríamos dos franjas en la pantalla, una detrás de cada rendija. Lo que se observa, en cambio, es un patrón de franjas alternadas: el patrón clásico de interferencia entre dos ondas. Y aquí empieza el escándalo.
Las partículas, al pasar por la barrera, se comportan como ondas. No como si fueran ondas: como ondas. Producen interferencia. Y la interferencia ocurre incluso si las soltamos una a una, con segundos de diferencia entre cada lanzamiento. Cada electrón individual, atravesando solo el aparato, sigue contribuyendo al patrón ondulatorio acumulado. Es como si cada uno pasara por las dos rendijas a la vez y se interfiriera consigo mismo.
El segundo escándalo es peor. Si pones un detector en una de las rendijas, capaz de registrar por cuál pasa cada electrón, el patrón de interferencia desaparece. Las franjas se desvanecen y reaparecen las dos zonas simples que esperabas para balas. La sola operación de medir por dónde pasaron destruye la propiedad ondulatoria. La materia, al ser observada, se compromete con un camino que antes mantenía abierto.
Schrödinger, o la ecuación de una cuerda invisible
En 1926, Erwin Schrödinger publicó la ecuación que lleva su nombre. Lo que esa ecuación describe no es una partícula viajando por el espacio. Es la evolución temporal de una función de onda: un objeto matemático que asigna a cada punto del espacio una amplitud y una fase. La amplitud al cuadrado de esa función, en cada punto, da la probabilidad de encontrar la partícula allí si decidiéramos medirla.
Antes de Schrödinger, hablar de probabilidades en física era un atajo: significaba que no sabíamos los detalles. Después de Schrödinger, la probabilidad se volvió constitutiva. La función de onda no es una expresión de nuestra ignorancia sobre dónde está el electrón. Es lo que el electrón es, hasta que algo lo obligue a localizarse.
Hay aquí un eco que conviene oír sin forzarlo. La cuerda de violín del Capítulo 1 también era una distribución espacial sostenida por una ecuación de onda. La función de onda cuántica no es una metáfora musical: es matemáticamente el mismo tipo de objeto. El electrón en un átomo de hidrógeno tiene sus modos propios — sus orbitales — del mismo modo en que una cuerda tensada tiene sus armónicos. Cada orbital es una nota que el electrón sabe tocar; cuando absorbe energía cambia de nota; cuando la emite vuelve a la nota anterior y libera la diferencia como luz.
El átomo, mirado así, no es un sistema solar en miniatura. Es un instrumento. Y la materia, en su nivel más fundamental, no es sustancia: es composición.
El capítulo continúa con el principio de incertidumbre de Heisenberg leído como reconocimiento de que ciertas frecuencias y ciertas posiciones son matemáticamente incompatibles, el entrelazamiento como correlación que sobrevive a la distancia, la decoherencia como explicación de por qué nuestro mundo cotidiano parece clásico, y un cierre que prepara el Acto II: si la materia es composición, ¿qué tipo de composición es un cuerpo vivo?
La materia, en su nivel más fundamental, no es sustancia.
Es composición.