Gaceta Crítica

23 de mayo de 2024  por Jim Baggott

La revolución cuántica en la física se desarrolló durante un período de  22 años,  de 1905 a 1927. Cuando terminó, la nueva teoría de la mecánica cuántica había socavado por completo las bases de nuestra comprensión del mundo material. La descripción familiar e intuitivamente atractiva de un átomo como un pequeño sistema solar, con electrones orbitando alrededor del núcleo atómico, ya no era satisfactoria. En cambio, el electrón se había convertido en un fantasma. Los físicos descubrieron que en un tipo de experimento, los electrones se comportan como partículas regulares: como pequeños trozos de materia concentrados. En otro tipo de experimento, los electrones se comportan como ondas. No se puede idear ningún experimento que muestre ambos tipos de comportamiento al mismo tiempo. La mecánica cuántica no puede decirnos qué  es un electrón  .

Siguieron consecuencias más desagradables. El principio de incertidumbre impuso límites fundamentales a lo que podemos esperar descubrir sobre las propiedades de las «partículas ondulatorias» cuánticas. La mecánica cuántica también rompió el vínculo sagrado entre causa y efecto, causando estragos en el determinismo y reduciendo la predicción científica a una cuestión de probabilidad, a una tirada de dados. Ya no podríamos decir: cuando hagamos  esto ,  eso  definitivamente sucederá. Sólo podríamos decir: cuando hagamos esto, eso sucederá con cierta probabilidad.

Mientras los fundadores de la teoría discutían sobre su significado, las opiniones del físico danés Niels Bohr comenzaron a dominar. Concluyó que no tenemos más remedio que describir nuestros experimentos y sus resultados utilizando conceptos aparentemente contradictorios, pero no obstante complementarios, de ondas y partículas tomados de la física clásica (precuántica). Éste es el principio de «complementariedad» de Bohr. Sostuvo que no hay contradicción porque, en el contexto del mundo cuántico, nuestro uso de estos conceptos es puramente simbólico. Escogemos cualquier descripción (ondas o partículas) que mejor se adapte a la situación en cuestión, y no debemos tomar la teoría demasiado literalmente. No tiene ningún significado más allá de su capacidad para conectar nuestras experiencias del mundo cuántico tal como nos las proyectan los instrumentos clásicos que utilizamos para  estudiarlo.

Bohr enfatizó que la complementariedad no negaba la existencia de una realidad cuántica objetiva subyacente a los fenómenos. Pero sí negó que podamos descubrir algo significativo sobre esto. Por desgracia, a pesar de sus denodados esfuerzos por tener cuidado en el uso del lenguaje, Bohr podía ser notoriamente vago y más que ocasionalmente incomprensible. Los pronunciamientos se pronunciaron en un torturado «Bohrish». Se dice de su última conferencia grabada que a un equipo de lingüistas les llevó una semana descubrir el idioma que hablaba. Y los físicos de la escuela de Bohr, sobre todo el teórico alemán Werner Heisenberg, fueron culpables de utilizar un lenguaje que, aunque menos torturado, con frecuencia era menos cauteloso.

Fue demasiado fácil interpretar algunas de las declaraciones de Heisenberg como un retorno al subjetivismo radical, a la noción de que nuestro conocimiento del mundo se evoca sólo en la mente sin referencia a un mundo externo real. No ayudó que Bohr y los físicos de la escuela de Bohr buscaran calzar la complementariedad en otros dominios de investigación, como la biología y la psicología, e intentaran utilizarla para resolver viejos enigmas relacionados con el libre albedrío y la naturaleza de la vida. Tales esfuerzos obtuvieron poco apoyo de la comunidad científica en general y atrajeron mucho oprobio.

Albert Einstein contraatacó y declaró que, a diferencia de la mecánica cuántica,  Dios no juega a los dados . Sostuvo que, si bien la mecánica cuántica era indudablemente poderosa, en cierta medida era incompleta.

En 1927, Bohr y Einstein iniciaron un animado debate. A Einstein se unió el físico austriaco Erwin Schrödinger, quien ideó el enigma del «gato de Schrödinger» para resaltar las implicaciones aparentemente absurdas de la mecánica cuántica. Pero aunque tanto Einstein como Schrödinger siguieron siendo críticos estridentes, no ofrecieron ninguna contrainterpretación propia. A pesar de sus recelos, simplemente no hubo consenso sobre una alternativa viable a la complementariedad.

La complementariedad también entró en conflicto con las principales  ideologías políticas  que, de diferentes maneras, dominaron los asuntos humanos desde principios de la década de 1930, durante la Segunda Guerra Mundial y la Guerra Fría que siguió. Tanto Bohr como Einstein eran de ascendencia judía y, para los ideólogos nazis, la teoría de la complementariedad y la relatividad eran abstracciones judías venenosas, en desacuerdo con el programa nacionalista de  Deutsche Physik , o «física aria». Pero los defensores de  Deutsche Physik  no lograron asegurarse el respaldo de los dirigentes nazis, y cualquier amenaza a la complementariedad por parte de la ideología nazi desapareció con el final de la guerra. Mucho más duraderas fueron las objeciones de los filósofos comunistas soviéticos que sostenían que la complementariedad estaba en desacuerdo con la doctrina marxista oficial del «materialismo dialéctico».

Vladimir Lenin, que había dirigido el Partido Bolchevique en la Revolución de Octubre de 1917, era un defensor dogmático de la cosmovisión materialista expuesta por los filósofos alemanes Karl Marx y Friedrich Engels, autores del  Manifiesto Comunista , publicado por primera vez en 1848. El mundo según El marxismo consiste en materia objetivamente existente en constante movimiento, sujeta a leyes. Tales leyes gobiernan diferentes niveles de existencia que intentamos describir a través de diferentes disciplinas científicas que no son necesariamente reducibles unas a otras. Por ejemplo, la sociología –considerada una ciencia empírica– no es reducible a la física y, por lo tanto, está sujeta a sus propias leyes del comportamiento social y económico humano.

Marx y Engels observaron que tal comportamiento genera contradicciones funcionales dentro de una sociedad organizada. Para sobrevivir, la gente se somete a relaciones de explotación con los medios de producción económica y con quienes los poseen. Surgen clases distintas: amos y sus esclavos, señores y sus siervos, propietarios de negocios (la burguesía) y sus trabajadores con salarios bajos (el proletariado).

Estas contradicciones funcionales se resuelven en última instancia mediante una inevitable lucha de clases que resulta en cambios irreversibles en la organización social y los medios de producción. La antigüedad clásica de Grecia y Roma había dado paso al feudalismo. El feudalismo había dado paso al capitalismo. Y el capitalismo estaba destinado a dar paso al socialismo y al comunismo, a la utopía de una sociedad sin clases. Pero los cambios necesarios en la organización social no ocurrirían por sí solos. El camino conducía primero a través del socialismo y la «dictadura del proletariado», apoyado por un Estado autocrático que eventualmente ya no sería necesario cuando se hiciera realidad la utopía comunista. Para Lenin, los fines justificaban los medios, que incluían la represión violenta de las fuerzas capitalistas y contrarrevolucionarias burguesas.

En la filosofía marxista, el método de estudiar y comprender los fenómenos sociales y físicos es dialéctico, y la interpretación de los fenómenos naturales es firmemente materialista. Marx afirmó que no bastaba con interpretar el mundo. Los filósofos también deben intentar cambiarlo, y esto no puede hacerse en un mundo construido únicamente a partir de percepciones e ideas. Cualquier filosofía que buscara desconectarnos de la realidad material, reduciendo el mundo a meras sensaciones y experiencias, representaba una amenaza para el marxismo.

En  Materialismo y empiriocriticismo  (1909), Lenin había reprendido al físico Ernst Mach y sus seguidores rusos, y al filósofo alemán Richard Avenarius, que había formulado la doctrina positivista del empiriocriticismo. La filosofía del positivismo era anatema, ya que buscaba reducir el conocimiento del mundo a la experiencia sensorial. Lenin argumentó que tal pensamiento conducía sólo a un idealismo subjetivo, o incluso a un solipsismo. Para él, esto era simplemente un «galimatías».

La complementariedad parecía exactamente el tipo de galimatías positivista que Lenin había tratado de aniquilar. Una realidad accesible sólo en forma de probabilidades cuánticas no se adaptaba a las necesidades de la filosofía oficial de los comunistas soviéticos. Parecía socavar el materialismo ortodoxo. Sin embargo, un grupo influyente de físicos soviéticos, entre ellos Vladimir Fock, Lev Landau, Igor Tamm y Matvei Bronstein, promovieron las ideas de Bohr y durante un tiempo representaron la «rama rusa» de la escuela de Bohr. Esto no estaba exento de riesgos. Los filósofos del Partido Comunista buscaron su despido, sin éxito, en gran parte porque no podían ponerse de acuerdo sobre las cuestiones entre ellos.

La situación en la Unión Soviética cambió dramáticamente unos años más tarde. A medida que su salud empeoraba, Lenin intentó destituir al secretario general del Partido Comunista, Joseph Stalin, a quien consideraba inadecuado para el cargo. Pero Stalin había ido consolidando silenciosamente su posición y había colocado a leales en puestos administrativos clave. Después de una breve lucha por el poder tras la muerte de Lenin en 1924, Stalin se convirtió en líder supremo. En  1937-38,  reforzó su control desatando un reinado de terror, conocido como la Gran Purga, en el que muchos de los viejos bolcheviques que habían luchado junto a Lenin en 1917 fueron ejecutados. Aunque es difícil determinar el número total de muertos, una cifra de  un millón  no es descabellada. Los físicos no estuvieron exentos. Bronstein fue arrestado, acusado de delitos de terrorismo y ejecutado en  febrero de 1938.

Stalin puso su propio sello en la ideología política de los comunistas soviéticos en su breve texto titulado  Materialismo dialéctico e histórico  (1938), una formulación de la filosofía marxista que sería adoptada como línea oficial del Partido Comunista. Aquellos intelectuales que se resistieron a la doctrina oficial ahora enfrentaban riesgos reales de perder algo más que sus empleos.

Las distracciones de la Segunda Guerra Mundial significaron que poco cambió para los físicos hasta que Andrei Zhdanov, el filósofo y propagandista en jefe del Partido, a quien muchos consideraban el futuro sucesor de Stalin, se centró específicamente en la interpretación de la mecánica cuántica en una discurso pronunciado en  junio de 1947.  «Los caprichos kantianos de los físicos atómicos burgueses modernos», proclamó, «los llevan a inferencias sobre la posesión del «libre albedrío» del electrón, a intentos de describir la materia sólo como una cierta conjunción de ondas, y a otras trucos diabólicos.’ Éste fue el comienzo,  escribe  el historiador Loren Graham, «de la campaña ideológica más intensa en la historia de la erudición soviética». Un compromiso abierto con la complementariedad se volvió positivamente peligroso.

Los físicos soviéticos se apresuraron a ocupar posiciones defendibles. Fock se apartó de la complementariedad como ley objetiva de la naturaleza y criticó a Bohr por su vaguedad. Otros buscaron formas de «materializar» la mecánica cuántica. Dmitry Blokhintsev, un alumno de Tamm, era partidario de una interpretación estadística basada en las propiedades colectivas de un «conjunto» de partículas reales. En tal interpretación estamos obligados a tratar con probabilidades simplemente porque ignoramos las propiedades y comportamientos de las partículas materiales individuales que forman el conjunto. Einstein había utilizado esta concepción en la salva inicial de su debate con Bohr en 1927. Yakov Terletsky, que, como Tamm, había estudiado con el físico soviético Leonid Mandelstam, era partidario de una interpretación de «onda piloto» del tipo que había sido inicialmente promovida por el físico francés Louis  de Broglie  antes de que fuera derribado por la escuela de Bohr en 1927. En esta interpretación, un campo de ondas real guía partículas reales, y las probabilidades surgen nuevamente porque ignoramos los detalles.

A medida que la década de 1930 avanzaba hacia la guerra mundial, muchos intelectuales occidentales habían abrazado el comunismo como la única alternativa percibida a la amenaza inminente del nazismo. Entre el pequeño grupo de físicos comunistas judíos reunidos en torno a  J. Robert  Oppenheimer en la Universidad de California, Berkeley estaba David Bohm. Cuando Oppenheimer comenzó a reclutar un equipo de teóricos para trabajar en la física de la bomba atómica en el recién creado  Laboratorio Nacional de Los Álamos  a principios de 1943, Bohm ocupaba un lugar destacado en su lista. Pero las afiliaciones comunistas de Bohm llevaron a la directora del Proyecto Manhattan, Leslie Groves, a negarle la autorización de seguridad necesaria para unirse al proyecto.

Bohm se quedó en Berkeley y se unió a su compañero comunista y amigo cercano Joseph Weinberg para impartir el curso de mecánica cuántica del ausente Oppenheimer. Sus largas discusiones con Weinberg, quien argumentó que la complementariedad era en sí misma una forma de dialéctica y por lo tanto no estaba en conflicto con la filosofía marxista, lo alentaron a aceptar los argumentos de Bohr, aunque no estaba libre de dudas. En su libro de texto  Teoría cuántica  (1951), derivado en parte de sus experiencias como profesor del curso de Oppenheimer, Bohm se adhirió en términos generales a las opiniones de Bohr.

Para entonces, Bohm se había mudado a la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. Einstein, que en 1933 había huido de la Alemania nazi al Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, pidió reunirse con él en algún momento de la primavera de 1951. La reunión volvió a despertar al materialista marxista en Bohm. Cuando Einstein explicó la base de sus propios recelos, las dudas de Bohm regresaron. «Este encuentro con Einstein tuvo un fuerte efecto en la dirección de mi investigación», escribió más tarde, «porque entonces comencé a interesarme seriamente en saber si se podía encontrar una extensión determinista de la teoría cuántica». ¿Había, después de todo, una alternativa más materialista a la complementariedad? «Mis conversaciones con Einstein… me animaron a mirar de nuevo». Aunque no hay pruebas documentadas que lo respalden, Bohm afirmó más tarde que también había sido influenciado «probablemente por Blokhintsev o algún otro teórico ruso como Terletsky».

Pero la relación de Bohm con Weinberg ya había vuelto a perseguirlo. En  marzo de 1943,  Weinberg había sido sorprendido traicionando secretos atómicos por un micrófono ilegal del FBI colocado en la casa de Steve Nelson, una figura clave en el aparato del Partido Comunista en el área de la Bahía de San Francisco. Esta prueba fue inadmisible ante el tribunal. En un intento de exponer la traición de Weinberg, en mayo de 1949 Bohm fue llamado a testificar ante el Comité de Actividades Antiamericanas de la Cámara de Representantes, creado por la Cámara de Representantes para investigar la subversión comunista en Estados Unidos. Abogó por la Quinta Enmienda, un medio estándar para evitar la autoincriminación, lo que sólo levantó más sospechas.

Bohm fue arrestado y luego llevado a juicio en  mayo de 1951.  Fue absuelto (al igual que Weinberg un par de años después). Ahora atrapado en la histeria anticomunista azuzada por Joseph McCarthy, Bohm perdió su puesto en Princeton. Sólo Einstein intentó ayudar, ofreciéndose a llevarlo al instituto. Pero su nuevo director –Oppenheimer, ahora alabado como el “padre de la bomba atómica” y cada vez más atormentado por el interés del FBI en su propio pasado izquierdista– vetó el nombramiento de Bohm. Bohm abandonó Estados Unidos para exiliarse en Brasil, donde publicó dos artículos en los que expuso lo que fue, en efecto, un redescubrimiento de la   teoría de la onda piloto de De Broglie . La teoría buscaba restaurar la causalidad y el determinismo en el mundo cuántico y era firmemente materialista. Oppenheimer rechazó los esfuerzos de Bohm calificándolos de «desviacionismo juvenil». Einstein, que alguna vez había jugado con un enfoque similar y se podría haber esperado que se mostrara comprensivo, lo declaró «demasiado barato».

Bajo un aluvión de críticas, Bohm obtuvo el apoyo del físico francés Jean-Pierre Vigier, entonces asistente de  De Broglie  en París. Era justo lo que Bohm necesitaba: un teórico ingenioso, un hombre de acción, un héroe de la Resistencia francesa durante la guerra y amigo del presidente de la República Democrática de Vietnam, Ho Chi Minh. Invitado a unirse a Einstein en Princeton, las asociaciones comunistas de Vigier habían llevado al Departamento de Estado a prohibir su entrada a Estados Unidos. Trabajó con Bohm en otra variación de la teoría de la onda piloto y convenció  a De Broglie  para que reavivara su interés en ella, haciendo sonar las alarmas entre los fieles de Bohr: «¡Católicos y comunistas en Francia se están uniendo contra la complementariedad!»

Pero la misión de Bohm de restaurar la materialidad de la mecánica cuántica fue más que demostrar la posibilidad de una alternativa determinista. En 1935, trabajando con sus colegas de Princeton, Boris Podolsky y Nathan Rosen, Einstein había planteado un desafío tenaz, una última tirada de dados en su debate con Bohr. En el experimento mental de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), un par de partículas cuánticas interactúan y se separan, hacia la izquierda y hacia la derecha, con propiedades correlacionadas por alguna ley física. Schrödinger inventó el término » entrelazamiento » para describir su situación. Para simplificar, suponemos que las partículas pueden tener propiedades «arriba» y «abajo», cada una con un  50 por  ciento de probabilidad.

No tenemos forma de saber de antemano qué resultados vamos a obtener para cada partícula. Pero si se descubre que la partícula de la izquierda está «arriba», la partícula correlacionada de la derecha debe estar «abajo», y viceversa. Ahora, según la mecánica cuántica, las partículas entrelazadas están misteriosamente unidas sin importar cuán separadas estén, y la correlación persiste. Supongamos que las partículas se separan tanto que cualquier mensaje o influencia enviada desde una no puede llegar a la otra, incluso si viaja a la velocidad de la luz. Entonces, ¿cómo ‘sabe’ la partícula de la derecha qué resultado obtuvimos para la partícula de la izquierda, de modo que pueda correlacionarse?

Podríamos suponer que cuando están suficientemente separadas las partículas pueden considerarse separadas y distintas, o «localmente reales». Pero esto entra en conflicto con la teoría especial de la relatividad de Einstein, que prohíbe que los mensajes o influencias viajen  más rápido  que la luz, como explicó el propio Einstein: «Uno puede escapar de esta conclusión sólo asumiendo que la medición de [la partícula de la izquierda] (telepáticamente ) cambia la situación real de [la partícula de la derecha]  o negando situaciones reales independientes como tales a cosas que están espacialmente separadas entre sí . Ambas alternativas me parecen totalmente inaceptables.’ (Énfasis añadido.) Se dice que las partículas que no existen independientemente unas de otras son «no locales».

Einstein era conocido por sus inclinaciones pacifistas e izquierdistas. Podolsky nació en Rusia y Rosen era descendiente de primera generación de emigrados rusos. Ambos asistentes de Einstein simpatizaban con la causa soviética. Seis meses después de la publicación del artículo de EPR, Rosen le pidió a Einstein que lo recomendara para un trabajo en la Unión Soviética. Einstein escribió al presidente del Consejo de Comisarios del Pueblo, Vyacheslav Molotov, elogiando a Rosen por su talento como físico. Al principio, Rosen estaba encantado con su nuevo hogar y pronto tuvo un hijo. «Espero», escribió Einstein en felicitación, «que él también pueda ayudar a promover la gran misión cultural que la nueva Rusia ha emprendido con tanta energía». Pero en  octubre de 1938,  Rosen estaba de regreso en Estados Unidos, después de haber descubierto que su investigación no prosperó en el paraíso del pueblo.

Podolsky había obtenido su doctorado en el Instituto de Tecnología de California y había regresado a la Unión Soviética en 1931 para trabajar con Fock y Landau (y el teórico inglés visitante Paul Dirac) en el Instituto Ucraniano de Física y Tecnología en Járkov. A partir de ahí, se unió a Einstein en el Instituto de Princeton en 1933. Diez años más tarde, un posible espía atómico al que la inteligencia soviética asignó el nombre en clave «Quantum» asistió a una reunión en la embajada soviética en  Washington, DC  y habló con un diplomático de alto rango. . Quantum buscaba una oportunidad para unirse al esfuerzo soviético para construir una bomba atómica y ofreció información sobre una técnica para separar cantidades del isótopo fisionable  uranio-235 . Le pagaron 300 dólares por sus molestias. En los archivos del Servicio de Inteligencia Exterior de Rusia (SVR) hechos públicos en 2009, se reveló que Quantum era Podolsky.

B ohm examinó el experimento EPR con considerable detalle. Desarrolló una alternativa que ofrecía la posibilidad de trasladar un experimento mental a uno real. Con el físico israelí Yakir Aharonov, en 1957 intentó demostrar que, de hecho, ya se habían realizado experimentos reales (en 1950), concluyendo que efectivamente negaban situaciones reales independientes a las partículas separadas, de modo que éstas no pueden considerarse localmente reales.

Esto estaba lejos de ser el final del asunto. Desconcertado a su vez por la vaguedad bohriana e inspirado por Bohm, el físico irlandés John Bell también rechazó la complementariedad y en 1964 se basó en la versión de Bohm de la EPR para desarrollar su teorema y la desigualdad. Los experimentos de 1950 no habían ido lo suficientemente lejos. Experimentos adicionales para probar la desigualdad de Bell en 1972 y en  1981-82  demostraron entrelazamiento y no localidad con pocos motivos de duda.

La comunidad científica en general comenzó a darse cuenta de que el entrelazamiento y la no localidad eran fenómenos reales, lo que llevó a especulaciones sobre la posibilidad de construir una computadora cuántica y sobre el uso de partículas entrelazadas en un sistema de criptografía cuántica. El Premio Nobel de Física 2022 fue otorgado a los tres experimentalistas que más habían hecho para exponer la realidad del entrelazamiento y su promesa de «un nuevo tipo de tecnología cuántica». Se estima que el valor proyectado de la industria de la computación cuántica estará entre  9 mil millones  y  93 mil millones de dólares  para 2040. Dudo que haya algún otro ejemplo en la historia de una industria de tan alto valor construida sobre un principio físico que nadie entiende.

El marxismo impulsó muchas objeciones a la complementariedad de Bohr y, por tanto, ayudó a dar forma al desarrollo de la mecánica cuántica de posguerra. Los físicos-filósofos soviéticos prestaron su apoyo al encontrar tendencias positivistas en las enseñanzas de Bohr en conflicto con el materialismo dialéctico. Algunos buscaron una interpretación materialista alternativa. Tanto Podolsky como Rosen admiraban a la Unión Soviética y de diferentes maneras intentaron contribuir a su misión. Bohm trabajó en una época en la que había poco apetito por lo que muchos físicos consideraban cuestiones fundamentales filosóficas y, por tanto, irrelevantes. Dice mucho sobre el compromiso de Bohm el hecho de que resistió la tentación de dejar que tales preguntas se desarrollaran en el teatro de la mente. El marxista de Bohm no sólo buscó mostrar que una alternativa materialista era posible, sino también encontrar una manera de llevar los argumentos al mundo real del laboratorio.

No bastaba con interpretar el mundo. Bohm también buscó cambiarlo.

Publicado originalmente en AEON.

GACETA CRÍTICA, 23 DE JUNIO DE 2024