♣ MECÁNICA CUÁNTICA Y LA CONTRADICCIÓN CORPUSCULAR-ONDULATORIA

La contradicción corpuscular-ondulatoria en la mecánica cuántica

Enviado por: eleazar lopez mesones (elm_lop@yahoo.es) Fragmento del libro Problemas filosóficos de las ciencias contemporáneas

Desde los comienzos de la física clásica -especialmente de la mecánica-, y más aún durante los dos últimos siglos, se pudo comprobar la importancia de las leyes de la mecánica para el desarrollo de casi toda la teoría y la práctica físicas. Pero a fines del siglo XIX estalló la crisis de la física, teniendo como resultado el rechazo del determinismo clásico -mecánico- y la adopción del concepto de causalidad -en su forma estadística- como imprescindible a la ciencia e inherente al hecho físico. Pero muchos físicos -en general, ajenos a las aportaciones de la dialéctica hegeliana y, más aún, del materialismo dialéctico- interpretaron estos hechos creyendo que se derrumbaba toda objetividad, que en el mundo reinaba la anarquía y que las cosas no obedecían a ninguna ley.

A la creación de este estado psicológico de enfervorizado subjetivismo contribuyó sobremanera el denominado principio de indeterminación de Heisenberg, con el que se puso en entredicho el principio de causalidad, esencial para toda la ciencia (aunque no es justo decir que de este embate de incertidumbre saliera derrotada la causalidad, pues comparando ésta, en su estado actual, con la visión que antiguamente se tenía de ella observamos sin duda progresos evidentes). De todas maneras, y pese a que se nos quiere hacer creer lo contrario, no ha sido la incertidumbre la principal aportación teórica y práctica de la mecánica cuántica a la física moderna, sino en todo caso, el concepto de discontinuidad, que aparecía arrumbado desde los tiempos de Newton y a pesar de su teoría de las partículas de la luz.

Fue Max Planck quien defendió la idea de los cuantos energéticos, manteniendo que la energía emitida en la radiación del cuerpo negro era discontinua, lo que permitió formular la ley de la radiación que explicaba la catástrofe ultravioleta. Posteriormente, y basado en el postulado de Planck, Einstein dio solución al problema fotoeléctrico. De este modo, la antigua idea filosófica abandonada por la física -la discontinuidad- volvía a entrar por la puerta grande en el campo de las Ciencias Naturales.

Esto supuso un duro golpe para las teorías de la luz que destacaban únicamente el aspecto ondulatorio o continuo (excluyendo el corpuscular). Ahora bien, el carácter ondulatorio de la luz -antiguamente demostrado- acababa de ser refrendado por el electromagnetismo de Maxwell. Se hacía necesario, por lo tanto, lograr una concepción única que incluyera estos dos aspectos contradictorios. No obstante, todo esto resultaba muy chocante con los conceptos predominantes por entonces, cuando hacía estragos entre los hombres de ciencia la novísima concepción positivista con sus diversas variantes, de manera que las contradicciones que se planteaban no sólo no eran resueltas, sino que se complicaban en grado sumo. La dialéctica pugnaba, así, por abrirse paso -una vez más- en la física.

En estas circunstancias Bohr dio un paso adelante, combinando las ideas cuánticas de Planck con el modelo atómico de Rutherford, lo que le permitió aproximarse a una determinación más precisa de la estructura atómica. La teoría de Bohr, basada en el cuanto de Planck y en la teoría de los fotones de Einstein, permitía explicar las principales leyes de la radiación térmica y la espectroscopia. Con estos éxitos, la naturaleza cuántica de la luz y el carácter cuántico de los procesos que tienen lugar en los átomos, se volvieron incontestables: las propiedades de todo lo que nos rodea se manifiestan de forma discontinua, es decir, en cuantos o cantidades discretas. Pero esta discontinuidad, que es sólo un aspecto de la realidad, no debemos absolutizarla. De ahí que el modelo de Bohr sólo fuera verdad en parte, ya que no tenía en cuenta las propiedades ondulatorias de las partículas atómicas, resultado de su propio movimiento e interrelaciones.

A principios de la década de los veinte, cuando comenzó a despuntar la teoría de la mecánica cuántica, De Broglie planteaba que todos los cuerpos emiten en su movimiento ondas de materia, las cuales no necesitan, para propagarse, de ningún medio como el ya olvidado éter. Y aunque estas ondas de materia se mostraban ciertas para los el electrones, años más tarde los físicos postularon la doble esencia corpuscular-ondulatoria para todas las micropartículas. Se comprobó en la práctica que el electrón se comporta tanto como onda, que como partícula. Esta evidencia invalidó hasta cierto punto el modelo atómico de Bohr, pues el carácter ondulatorio del electrón impedía representarlo por órbitas sencillas y planetarias.

La dialéctica entraba de nuevo en la física por la vía de los hechos; pero los físicos aún mantenían un batiburrillo de concepciones idealistas en sus cabezas. El resultado fue una gran confusión y el resurgimiento de las más absurdas teorías positivistas.

Era, pues, necesario unificar en la misma teoría la hipótesis de Planck sobre los cuantos y la de De Broglie sobre las ondas de materia, si es que se quería reflejar los dos aspectos opuestos del mundo de las micropartículas.

Schrödinger y Heisenberg, por separado y de distinta manera, coincidieron en aportar una nueva visión de la física de las micropartículas, naciendo, así, la teoría cuántica. En realidad, no habían hecho otra cosa que continuar por el camino que De Broglie había abierto tratando de modificar la ecuación clásica de la partícula, de tal manera que reflejara, además de las propiedades corpusculares, las ondulatorias.

De la ecuación de Schrödinger se deduce que los electrones sólo se pueden hallar en el átomo en los estados de energía permitida (nubes de probabilidades), estados donde la probabilidad de encontrar el electrón es muy diferente de cero. Por lo tanto, cuando un electrón salta de una órbita a otra, su energía no cambia arbitrariamente, sino en una magnitud exactamente determinada, igual a la diferencia energética que existe entre los dos niveles en que tiene lugar el salto.

Es a partir de este momento cuando comienza realmente el debate en torno a los distintos conceptos que se van acuñando. ¿Es la partícula un corpúsculo o se trata de una onda? A esta pregunta respondían de diferentes maneras. Para unos, los dos aspectos contradictorios se excluían mutuamente, de manera que sólo podían tratarse por separado. Para otros, no se trataba ni de una onda ni de una partícula, sino de una tercera cosa: su síntesis. Por último, también los hay para quienes la partícula desaparece por completo y sólo queda la onda. Nos encontramos incluso con exposiciones verdaderamente graciosas, como el caso del electrón que incide sobre un vidrio azogado al 50 por cien; la pregunta que se plantea a ese supuesto es la siguiente: ¿se irá el corpúsculo por un lado y la onda por otro?

No resulta insólito que se den interpretaciones de este tipo, cuando se elevaron a la categoría de principios ideas como las de complementariedad, de tan triste memoria. O que otros, al tener que enfrentar los dos aspectos de la contradicción, recurran al arte de la prestidigitación para hacer aparecer esa tercera cosa. No debemos perder de vista que la mecánica cuántica, tal como hoy día se la conoce, es la teoría de las leyes de interacción de las partículas que conforman los átomos y, por extensión, de las moléculas y los cristales, aunque aclara muy pocas de las características del núcleo atómico, donde se revela muy débil. La razón de esta debilidad estriba en que la teoría cuántica no considera para nada la naturaleza contradictoria interna de las partículas elementales (como electrones y protones), su régimen de movimiento característico, sus leyes, etc., sino únicamente las manifestaciones exteriores de aquellos procesos internos (la carga eléctrica, la masa gravitatoria, el espín, los tiempos de desintegración, etc.). O sea, que las regularidades exteriores de los procesos innatos y característicos de las partículas elementales en sus manifestaciones recíprocas, junto al rasgo cuántico-discontinuo de estos procesos, es la base natural objetiva que permite levantar el edificio teórico de la mecánica cuántica.

A pesar de ello, la mecánica cuántica supone un avance de extraordinaria importancia en el conocimiento humano de la naturaleza, ya que explica, en lo esencial, los procesos del movimiento atómico y molecular. Se puede decir que la mecánica cuántica es la química de las partículas elementales: ha aclarado el carácter electrónico cuántico de la valencia química, la periodicidad del movimiento atómico, la naturaleza de las fuerzas que originan y conforman los átomos y las moléculas, el movimiento semilibre de los electrones en las estructuras cristalizadas de los metales... Pero no lo explica todo. La física está a punto de dar a luz una nueva teoría que será a la mecánica cuántica lo que ésta es a la química. Esta teoría explicará, sin duda, el carácter y la naturaleza interior de los procesos innatos subyacentes a las partículas elementales que, en su desarrollo, posibilitan sus múltiples transformaciones cualitativas y las propiedades exteriores de interacción que la mecánica cuántica describe.

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