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Mecnica cuntica. Saavedra R., Manuel S. (2010) En 1925 naci la mecnica cuntica que formul cuestionamientos sobre De qu est hecha la materia? Qu la mantiene unida? Por qu aparece en una infinita variedad de formas, tales como gases, metales, piedras, lquidos, cristales, cermicas, vidrios, meteoritos, estrellas y as sucesiamente?, que super ideas sobre la materia arraigadas desde la poca de la civilizacin griega, dando la primera formulacin global con la que desvelar los secetos del tomo: el mundo subatmico. Schrdinger (1986), Heisenberg (1987) y otros desarrollaron una descripcin matemtica casi completa del tomo de hidrgeno, eclipsando la teora geomtrica del universo de Einstein (1984). El desarrollo de la fsica cuntica representa una ruptura decisiva con el viejo determinismo mecanicista oscificado de la fsica clsica. Se tiene una visin ms flexible y dinmica de la naturaleza. El descubrimiento de la existencia del quantum por Max Plank, se transform la faz de la fsica. Es una nueva ciencia que explica el fenmeno de la transformacin radioactiva y analiza detalladamente los complejos datos suministrados por el espectroscopio. Ha llevado al establecimiento de una nueva ciencia qumica terica, capaz de resolver problemas previamente insolubles. La nueva fsica revel las sorprendentes fuerzas que encierra el ncleo atmico, llevando directamente a la explotacin de la energa nuclear, el camino para la destruccin potencial de la vida en la tierra, o hacia la abundancia y el progreso social sin lmites a travs de la utilizacin pacfica de la fusin nuclear. La teora de la relatividad explica que la masa y la energa son equivalentes. Si se conoce la masa de un objeto y se multiplica por el cuadrado de la velocidad de la luz se convierte en energa, demostrando que la luz, hasta entonces concebida como onda, se comportaba como una partcula. Es decir, la luz es slo otra forma de la materia. De Broglie (citado por Kaku, 2007) plante que la luz, que se crea que estaba formada por partculas, participa de la naturaleza de las ondas, aboliendo para siempre la divisin entre materia y energa. Materia y energa es lo mismo. La mecnica cuntica plantea que las partculas subatmicas pueden comportarse, y se comportan, como partculas y como ondas. Al igual que una onda, la luz produce interferencias, pero un fotn de luz tambin rebota de todo electrn, igual que una partcula, lo cual se opone a las leyes de la lgica formal. Las leyes de la mecnica cuntica no concuerdan con la lgica formal. Las leyes de la fsica clsica en general no se pueden aplicar a los procesos a nivel subatmico. La imagen cuntica del cosmos se explica bsicamente por:

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La funcin de onda. La realidad cuntica responde a un modo de ser que se expresa en el principio de dualidad corpsculo-onda. Un sistema cuntico (una partcula, un estado) queda descrito por la ecuacin o funcin de onda (Schroedinger, 1986) cuyo valor Psi depende de la posicin en el espacio y en el tiempo, y de otras variables y magnitudes. La funcin de onda es una expresin matemtica que describe en general el sistema cuntico (como la ecuacin de la recta describe en general todos los puntos que pertenecen a una recta). Si se fija en un valor posible m de una magnitud de M de la funcin de onda, entonces la forma que toma la funcin (Psi) para ese valor m se conoce como funcin propia para el valor m (o Psim). Superposicin de estados. El estado microfsico de un sistema cuntico descrito por su funcin de onda puede coincidir con una multitud de estados propios de esa funcin (cuando se concretiza en un valor u otro de sus magnitudes). El principio de dualidad corpsculo-onda establece que el sistema cuntico puede comportarse como una onda o como una partcula. En general establece que los sistemas cunticos presentan superposiciones de estados y por consiguiente la funcin de onda est compuesta por una variedad de estados posibles, ninguno de los cuales se ha realizado, y es igual a la suma (superposicin) de los estados propios. As, la partcula (ej. Un electrn) est en todas sus posibles ubicaciones dadas por la funcin de onda y no est en ninguna; tiene sus posibles localizaciones superpuestas. El valor de Psi2 representa la probabilidad de encontrar la partcula en unos determinados valores espacio-temporales dentro de la funcin de onda.

Colapso de la funcin de onda y medida. La expresin mecano-cuntica colapso de la funcin de onda se usa para decir que un estado cuntico de superposicin (de indeterminacin en cuanto a un cmulo de posibilidades) queda concretado a una de ellas: el trnsito desde la superposicin a la concrecin de un valor preciso es el colapso. As, la onda que est superpuesta en relacin a un abanico de localizaciones posibles como partcula, se colapsa en una de ellas cuando lo hace en un punto. Este colapso es el que se produce cuando sobre el sistema cuntico se realiza una medida por una estrategia invasiva dirigida desde el mundo macroscpico (el observador). Solamente en el proceso de medicin se produce el colapso. Relaciones de incertidumbre. Las magnitudes y variables del mundo cuntico estn afectadas por las llamadas relaciones de incertidumbre que se derivan de la misma naturaleza de la medida y de los estados de superposicin. Es imposible medir con precisin, al mismo tiempo, dos variables de un sistema cuntico: la posicin y la velocidad (o el momento) de una partcula (Principio de Incertidumbre de Heisenberg). La medida de una variable produce un efecto de incertidumbre en el valor de la otra. Si nos movemos en una interpretacin natural del colapso, probablemente no solo las medidas experimentales sino las relaciones de los sistemas cunticos con los sistemas macroscpicos del entorno (e incluso

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probablemente del efecto de unos sistemas cunticos sobre otros) producen constatemente en la naturaleza efectos de incertidumbre en esos sistemas. Indeterminacin y probabilidad. El mundo cuntico est indeterminado: no es posible predecir (en funcin de un conjunto de causas precedentes) qu valores de la medida producidos por el colapso van a hacerse realidad. Las interacciones de los sistemas cunticos entre s y de estos con los macroscpicos va creando continuamente multitud de incertidumbres en la evolucin del universo. En este sentido la evolucin del mundo no refleja una partitura preestablecida, sino que es creativa, al elegir continuamente unos valores precisos de entre un conjunto de posibilidades superpuestas que nunca llegarn a ser realidad. La mecnica cuntica describe siempre la evolucin de los sistemas cunticos por medio de conceptos y de frmulas probabilsticas. Indiscernibilidad de partculas idnticas. La ontologa cuntica no permite considerar que dos partculas idnticas sean indiscernibles en el espacio. Tampoco permite decir que una partcula se mantenga siendo la misma en el tiempo (ej. Un electrn en un orbital atmico). Teora de los muchos mundos (Everett). Atribuye realidad o existencia paralela a cada uno de los itinerarios cunticos posibles (abiertos por las infinitas posibilidades en superposicin y a su compleja combinatoria).

En casi todos los sentidos la teora cuntica es lo contario de la teora de Einstein, dado que la teora de la relatividad es una teora del cosmos, una teora de las estrellas y las galaxias que se mantienen unidas en el tejido continuo del espacio y el tiempo, mientras que la teora cuntica es una teora del microcosmos, donde las partculas subatmicas se mantienen unidas por fuerzas de tipo partcula danzando en el escenario estril del espacio-tiempo que se considera una arena vaca, desprovista de cualquier contenido. De esta manera se trata de dos teoras antagnicas. La teora cuntica da un marco global en el que describir el universo visible. El universo material consiste en tomos y sus constituyentes. Existen alrededor de 100 tipos diferentes de tomos o elementos, a partir de los cuales se puede construir todas las formas conocidas de materia encontradas en la Tierra e incluso en el espacio exterior. Los tomos, a su vez, constan de electrones que giran alrededor de los ncleos, que a su vez estn compuestos de neutrones y protones. Las diferencias entre la teora geomtrica de Einstein y la teora cuntica se resume en: 1) Las fuerzas son creadas por el intercambio de paquetes discretos de energa denominados cuantos. En contraste con la imagen geomtrica de Einstein para una fuerza, en la teora cuntica la luz se divide en fragmentos minsculos. Estos paquetes de luz fueron llamados fotones, y se comportan de forma muy parecida a

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partculas puntuales. Cuando dos electrones chocan, se repelen mutuamente no a causa de la curvatura del espacio, sino debido a que intercambian un paquete de energa, el fotn. La energa de los fotones se mide en unidades de la constante de Planck (h 10 -27 ergios por segundo). El tamao casi infinitesimal de la constante de Planck significa que la teora cuntica da correcciones minsculas a las leyes de Newton, las cuales no tienen importancia en el mundo macroscpico, pero en el mundo subatmico microcspico, estas correcciones comienzan a dominar cualquier proceso fsico. 2) Las diferentes fuerzas son causadas por el intercambio de diferentes cuantos. La fuerza dbil, por ejemplo, es causada por el intercambio de un tipo diferente de cuanto (partculas W dbiles o bosones). La fuerza fuerte, que mantiene unidos los protones y neutrones dentro del ncleo del tomo, es causada por el intercambio de partculas subatmicas llamadas mesones. Para las interacciones dbiles, el correspondiente cuntico es la partcula W, que puede tener carga +1, 0, y -1. Para las interacciones fuertes, el correspondiente cuntico al campo de Yang-Mills, el pegamento que mantiene unidos los ptotones y los neutrones fue bautizado como glun. El campo del glun es tan intenso y liga los quarks tan estrechamente que nunca pueden ser separados uno del otro (Campo de Yang Mills). Este principio unificador une las leyes de tres de las cuatro fuerzas: electromagnetismo, la fuerza dbil y la fuerza fuerte, excluyendo la gravedad, unificando sin geometra. El campo de Yang-Mills (1954) es una generalizacin del campo de Maxwell (dcada de los 60), introducido un siglo antes para describir la luz, con la salvedad de que el campo de Yang-Mills tiene muchos ms componentes y puede tener carga elctrica (el fotn no lleva carga elctrica). 3) Nunca podemos conocer simultneamente la velocidad y la posicin de una partcula subatmica. El principio de incertidumbre (Heisenberg, 1987), significa que nunca podemos estar seguros de dnde est un electrn o cul es su velocidad, lo nico que podemos hacer es calcular la probabilidad de que el electrn aparezca en un cierto lugar con una cierta velocidad. Aunque el electrn es una partcula puntual, est acompaada de una onda que obedece a una ecuacin bien definida (Ecuacin de onda de Schrdinger): cuanto mayor es la onda, mayor es la probabilidad de encontrar el electrn en dicho punto. De este modo la teora cuntica une los conceptos de partcula y de onda: los objetos fsicos fundamentales de la naturaleza son partculas, pero la probabilidad de encontrar una partcula en cada lugar determinado del espacio y del tiempo est dada por una onda de probabilidad. Esto reemplaza la visin sobre las leyes del movimiento de Newton. 4) Existe una probabilidad finita de que las partculas puedan tunelear o hacer un salto cuntico a travs de barreras impenetrables. El efecto tnel o saltos cunticos a travs de barreras, ha sobrevivido a cualquier desafo experimental. La funcin de onda de ciertos electrones puede atravesar barreras, como ocurre con la msica estereofnica (ritmos de billones de electrones), la electrnica (TV,

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computadoras, radios). Segn Maxwell, los electrones que giran en un tomo deberan perder su energa en un microsegundo y precipitarse en el ncleo, sin embargo, la teora cuntica impide este colapso, permitiendo nuestra existencia, lo cual es una prueba viviente de la correccin de la mecnica cuntica. 5) El campo de Yang-Mills es una teora perfectamente definida de interacciones entre partculas, aplicable a las interacciones fuertes, lo que poda desvelar el secreto que mantiene unida la materia, no la geometra de Einstein, posibilitando una teora global de toda la materia. Es el Modelo Estndar, que puede explicar cada fragmento de datos experimentales relativos a partculas subatmicas, hasta una energa de alrededor de un billn de electronvoltios (la energa creada al acelerar un electrn por un billn de voltios). El Modelo Estndar afirma que los protones, neutrones y otras partculas pesadas no son partculas fundamentales en absoluto, sino que constan de algunas partculas an ms minsculas (quarks), que a su vez, se presentan en una amplia variedad: tres colores y seis sabores. Existen tambin las rplicas en antimateria de los quarks (antiquarks). La antimateria es idntica a la materia en todos los aspectos, excepto que las cargas estn invertidas y se aniquila al contacto con la materia ordinaria. En el Modelo Estndar, la fuerza dbil gobierna las propiedades de los leptones, tales como el electrn, el mun y el mesn tau, y sus neutrinos asociados. Al igual que las otras fuerzas, los leptones interaccionan intercambiando cuantos (bosones W y Z) que, a diferencia de la fuerza glunica, la fuerza generada por el intercambio de los bosones W y Z es demasiado dbil para mantener los leptones en una resonancia, de modo que no vemos un nmero infinito de leptones emergiendo de los colisionadores de tomos. El Modelo Estndar incluye la teora de Maxwell en interaccin con las otras partculas. La parte que gobierna la interaccin de electrones y luz se denomina electrodinmica cuntica (QED), cuya correccin ha sido verificada experimentalmente dentro de un margen de una parte en 10 millones, hacindola tcnicamente la teora ms precisa de la historia: toda la materia consiste en quarks y leptones, que interaccionan intercambiando diferentes tipos de cuantos, descritos por los campos de Maxwell y de Yang-Mills. Las diversas partculas y campos dentro del Modelo Estndar son: A Treinta y seis quarks, que se presentan en seis sabores y tres colores, y sus rplicas en antimateria para describir las interacciones fuertes. B Ocho campos de Yang-Mills para describir los gluones, que ligan los quarks. C Cuatro campos de Yang-Mills para describir las fuerzas dbil y electromagntica.

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D Seis tipos de leptones para describir las interacciones dbiles (incluyendo el electrn, el mun, el leptn tau y sus respectivos neutrinos). E Un gran nmero de misteriosas partculas de Higgs, necesarias para ajustar las masas y las constantes que describen las partculas. F Al menos diecinueve constantes arbitrarias que describen las masas de las partculas y las intensidades de las diversas interacciones. Estas diecinueve constantes deben ser introducidas a la fuerza; no estn determinadas en modo alguno por la teora. La lista anterior puede dividirse en tres familias de quarks y leptones, que son prcticamente indistinguibles una de otra: 1. Generacin: 3 quark up (tres colores), tres quark down, 1 electrn y 1 neutrino; 2. Generacin: 3 quark encanto y 3 quark extrao, 1 mun y 1 neutrino-mu; 3. Generacin: 3 quark top, 3 quark bottom, 1 tau y y neutrino-tau. (Kaku, 2007). La Teora cuntica formul el Principio de indeterminacin, que sustenta que no hay un conocimiento completo, ninguna prediccin absoluta de los sucesos fsicos; no hay independencia del observador de lo observado () El universo fsico es una inmensa red de interaccin (Heisenberg, 1987); igual, el pensamiento cuntico relativista provoca un cambio en las nociones de objetividad, determinismo y productividad. Este debate lo protagonizan las ideas de la autoorganizacin (Neumann), la vida de los sistemas (Capra, 1996), el constructivismo radical (Foerster, 1997; 1994; 1998 y 1998b), la complejidad (Gell-Mann, 1988), la autopoiesis (Maturana, 1980; 1991; 1995; 1996l; 1996b), la filosofa de la inestabilidad (Prigonine, 1983; 1997; 1997b), la estabilidad y las cattrofes (Thom, 1977; 1997b; 2000), las ciencias cognitivas (Varela, 1996) y la teora del caos (Lorenz, 1963; 1977), entre otros. La termodinmica clsica estaba centrada en el estudio de los sistemas aislados en, o muy cerca del equilibrio. Postul el principio de conservacin de energa La energa no se crea, ni se destruye, solo de transforma. El segundo principio (Principio del desorden), separa lo ideal reversible con lo real irreversible, afirmando que una parte de la energa se disipa como calor y no puede recuperarse, postulando que el mundo fsico tiende a la decadencia es imposible una mquina con movimiento perpetuo, dado que no toda energa puede convertirse en trabajo mecnico. Este principio establece de esta manera el concepto de entropa (tropos, transformacin, evolucin), que significa la medida del grado de evolucin de un sistema fsico: cuanto ms cerca se est del equilibrio mayor ser la entropa y menor la actividad del sistema. La energa mecnica nunca se transforma totalmente en trabajo, sino que una parte se disipa en calor (Fourier). Esto significa que cualquier sistema fsico tomar espontneamente el camino del

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desequilibrio al equilibrio, del orden al desorden, haca una entropa cada vez mayor o constante. Es una evolucin irreversible, dado que lo disipado no se recupera y a inversa del proceso nunca se llega a la situacin inicial. En suma, el segundo principio de la termodinmica indica que la entropa de un sistema crece constantemente o permanece constante, que la direccin espontnea de cualquier proceso es siempre desde un mayor nivel de estructuracin a uno menor. El universo se encuentra en permanente degradacin, porque solamente puede evolucionar hacia un estado final: el equilibrio, en un proceso lineal. La ley afirma que las cosas, dejadas a s solas, tienden a un incremento de la entropa. Ilya Prigonine (1983) y sus colaboradores abrieron el terreno a una interpretacin radicalmente diferente de las teoras clsicas de la termodinmica. En termodinmica, el tiempo implica degradacin y muerte. Y surge la pregunta de dnde encaja en esto el fenmeno de la vida con su tendencia inherente hacia la organizacin y complejidad creciente. En el mundo real tomos y molculas casi nunca estn "dejadas, a s solas". Todas las cosas afectan a todas las cosas. tomos y molculas estn casi siempre expuestos al flujo de energa y material del exterior, que si es suficientemente fuerte puede dar la vuelta parcialmente al proceso aparentemente inexorable de desorden planteado en la segunda ley de la termodinmica. Prigonine estableci que no se podan extrapolar los principios de la termodinmica clsica a la biologa, dado que para esta ciencia el equilibrio es un estado marginal (la muerte) y el no-equilibrio (la vida) es su objeto de estudio. Esto se confirma con la evolucin biolgica expuesta por Darwin. El mundo biolgico tiende al progreso. Existen ciertos paralelismos entre las teoras de Boltzmann y las de Darwin. En ambas, un gran nmero de fluctuaciones casuales conducen a un punto de cambio irreversible, en un caso en la forma de evolucin biolgica, en el otro en la de la disipacin de la energa, y la evolucin hacia el desorden. De hecho, la naturaleza demuestra en muchos casos no slo desorganizacin y decadencia, sino tambin el proceso opuesto crecimiento y auto organizacin espontneas. La madera se pudre, pero tambin crecen los rboles. Segn Prigogine, las estructuras que se organizan por s mismas se encuentran en todas partes en la naturaleza. En todas partes en la naturaleza se observan modelos de comportamiento. Algunos son ordenados y otros desordenados. Hay decadencia pero tambin hay crecimiento. Hay vida pero tambin hay muerte. De hecho estas tendencias contrapuestas van unidas. Son inseparables. La segunda ley asegura que todo en la naturaleza tiene un billete slo de ida hacia el desorden y la decadencia. Sin embargo esto no cuadra con los modelos generales que podemos observar en la naturaleza. El propio concepto de "entropa", fuera de los lmites estrictos de la termodinmica, es un concepto problemtico.

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Sin embargo, la entropa termodinmica fracasa lamentablemente como medida del grado mutable de forma y de falta de ella en la creacin de los aminocidos, microorganismos, plantas y animales autorreproductores, y sistemas complejos de informacin, como el cerebro. El proceso de fusin nuclear es un ejemplo, no de decadencia, sino de construccin del universo. La termodinmica tradicional ve en la entropa solamente un movimiento hacia el desorden. Esto, sin embargo, se refiere slo a sistemas simples aislados (por ejemplo una mquina de vapor). La nueva interpretacin que hace Prigogine de las teoras de Boltzman es mucho ms amplia, radicalmente diferente. Prigonine afirma que todo organismo viviente combina orden y actividad. En contraste un cristal en un estado de equilibrio est estructurado, pero inerte. En la naturaleza el equilibrio no es normal sino "un estado raro y precario". El no equilibrio es la norma. En sistemas simples aislados se puede mantener el equilibrio durante mucho tiempo, incluso indefinidamente. Pero las cosas cambian cuando se trata de procesos complejos como seres vivos. No se puede mantener a una clula viviente en estado de equilibrio, o se morir. Los procesos que rigen el surgimiento de la vida no son sencillos y lineales, sino implican saltos repentinos en los que la cantidad se transforma en calidad. La termodinmica lineal describe el comportamiento estable y predecible de sistemas que tienden hacia el mnimo nivel de actividad posible. Sin embargo, cuando las fuerzas termodinmicas que actan en un sistema llegan al punto en que sobrepasan la regin lineal, ya no se puede seguir asumiendo la estabilidad. Surgen turbulencias. Durante mucho tiempo se consider la turbulencia como sinnimo de desorden y caos. Pero ahora se ha descubierto que lo que parece ser simplemente desorden catico a nivel macroscpico (a gran escala), de hecho est altamente organizado a nivel microscpico (a pequea escala). Prigonine reconcilia a la biologa y a las ciencias humanas con la termodinmica, trabajando con sistemas alejados del equilibrio, fundando la Termodinmica no Lineal de Procesos Irreversibles (TNLPI), la que describe cmo, en situaciones lejos del equilibrio, se forman nuevas estructuras (estructuras disipativas), denominando orden mediante fluctuaciones a la dinmica de formacin de tales estructuras, lo que impide determinar absolutamente la trayectoria evolutiva de un sistema, porque aparecen distintas opciones, caminos bifurcados en los que interviene el azar. Segn el TNLPI, el equilibrio no es ms el nico estado final posible, en trminos fsicos, no es el nico atractor, pues hay otros atractores (caticos) que son fuente de creacin, de aparicin de nuevas estructuras y pautas complejas de organizacin, fundando con ello la teora del caos, que estudia la formacin de nuevas estructuras en sistemas abiertos lejos del equilibrio, como los seres humanos, el cerebro, algunos fenmenos atmosfricos y las sociedades humanas. Prigonine introdujo el concepto de historia en fsica: ya no hay una sola trayectoria posible, en las bifurcaciones el azar ha elegido un camino y descartado otros. Se

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puede construir la historia natural del sistema, sin depender exclusivamente de las leyes universales de las matemticas. El universo abierto no est absolutamente determinado. El azar y la necesidad se conjugan para dar estabilidad y creatividad Un mundo imprevisible totalmente sera inhabitable para seres vivientes y un mundo totalmente estable sera insoportable para seres conscientes (Najmanovich, 1991). Se compatibilizan las leyes de la biologa con las de la fsica. La evolucin biolgica es absolutamente coherente con la perspectiva evolucionista de la TNLPI, porque los seres vivos y la sociedad pueden considerarse estructuras disipativas sujetas a fluctuaciones que pueden amplificarse hasta implicar una reorganizacin total en un nivel ms complejo (una nueva especie). Al abrirse nuevas posibilidades de encuentro entre las ciencias y las humanidades, el hombre deja de ser un espectador pasivo de las leyes eternas e inmutables. El tiempo y la irreversibilidad no son una ilusin, porque el caos implica desorden y creatividad. Esto rompe el paradigma de la simplicidad. El principio de Indeterminacin o Incertidumbre. Cuando una ciencia llega ante una situacin que le impide explicar los hechos, las condiciones estn dadas para una revolucin, y para el surgimiento de una nueva ciencia. Los primeros problemas insuperables para la cosmovisin de la ciencia Newtoniana aparecieron en la segunda mitad del siglo XIX, especialmente con la teora de la evolucin de Darwin y el trabajo del fsico austriaco Ludwig Boltzman sobre la interpretacin estadstica de los procesos termodinmicos. Los fsicos se esforzaron en describir sistemas compuestos por muchas partculas, como gases y fluidos con mtodos estadsticos. Sin embargo, esas estadsticas eran vistas como auxiliares en situaciones en las que era imposible, por razones prcticas, recoger informacin detallada sobre todas las propiedades del sistema (por ejemplo las posiciones y velocidades de las partculas de un gas en un momento determinado), lo que oblig a desarrollar una nueva matemtica, que fue estudiada por Einstein, Schrdinger, Heisenberg, y otros cientficos (Morris, 2000). En esta matemtica nueva hay conceptos como "fase-espacio" en el que se define un sistema como un punto que tiene sus grados de libertad como coordenadas, y "operadores", magnitudes que son incompatibles con las magnitudes algebraicas en el sentido de que son ms parecidas a operaciones que a magnitudes propiamente dichas (de hecho expresan relaciones en lugar de propiedades fijas), que juegan un papel decisivo. La probabilidad tambin juega un papel importante, pero en el sentido de "probabilidad intrnseca": es una de las caractersticas esenciales de la mecnica cuntica. De hecho los sistemas de mecnica cuntica tienen que ser interpretados como la superposicin de todos los posibles caminos que pueden seguir. Las partculas cunticas slo se pueden definir como un conjunto de relaciones internas entre su estado "actual" y "virtual". En ese sentido son puramente

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dialcticas. La medicin de estas partculas de una u otra manera slo nos lleva a conocer su estado "actual" que es slo un aspecto del todo (esta paradoja se explica popularmente con la historia del "gato de Schrdinger"). Se denomina el "colapso de la funcin onda", y se expresa en el principio de indeterminacin de Heisenberg. Esta manera totalmente nueva de entender la realidad fsica, expresada en la mecnica cuntica, se mantuvo en "cuarentena" durante largo tiempo por parte de las dems disciplinas cientficas. Era vista como un tipo de mecnica excepcional que slo se poda utilizar para describir el comportamiento de las partculas elementales, como la excepcin a la regla de la mecnica clsica, sin ningn tipo de importancia. En lugar de las viejas certezas, ahora reinaba la incertidumbre. Los movimientos aparentemente casuales de las partculas subatmicas, con sus velocidades inimaginables, ya no se podan expresar en los trminos de la vieja mecnica. Sin embargo, la nueva ciencia en su forma inicial, no estaba completamente desarrollada. Solo despus de un perodo surge en su forma completa. Al principio es prcticamente inevitable un cierto grado de improvisacin, incertidumbre, de diferentes interpretaciones a menudo contradictorias. En las ltimas dcadas se ha abierto un debate sobre la llamada interpretacin "estocstica" ("causal") de la naturaleza y el determinismo. El problema fundamental es que la necesidad y el accidente son considerados opuestos absolutos, contrarios mutuamente excluyentes. De esta manera llegamos a dos puntos de vista opuestos ninguno de cuales explica adecuadamente el funcionamiento contradictorio y complejo de la naturaleza. El fsico alemn, Werner Heisenberg, desarrollo su propia visin particular de la mecnica cuntica. En 1932 recibi el premio Nobel de fsica por su sistema de "mecnica de matriz" que describen los niveles de energa de las rbitas de los electrones puramente en trminos numricos, sin recurrir a imgenes. De esta manera esperaba solucionar todos los problemas provocados por la contradiccin entre "ondas" y partculas", abandonando cualquier intento de visualizar el fenmeno, y tratndolo como una pura abstraccin matemtica. La mecnica ondular de Erwin Schrdinger cubra exactamente el mismo campo que la mecnica de matriz de Heisenberg, sin ninguna necesidad de retirarse al reino de las abstracciones matemticas absolutas. La mayora de los fsicos prefirieron el punto de vista de Schrdinger, que pareca mucho menos abstracto. En 1944, el matemtico John Von Neumann, demostr que la mecnica ondular y de matriz eran matemticamente equivalentes, y podan llegar a los mismos resultados. Heisenberg (1987) logr importantes adelantos en la mecnica cuntica. En la "interpretacin de Copenhague" plante una cuestin profunda que proyect las partculas, y la propia fsica, prcticamente al reino de lo incognoscible" (Hay una diferencia fundamental entre "no conocemos" y "no podemos conocer". La ciencia parte de la nocin bsica que el mundo objetivo existe y podemos conocerlo). En 1927 plante el "principio de indeterminacin" o incertidumbre, que establece la imposibilidad de determinar con la precisin deseada, a la vez la posicin y la

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velocidad de una partcula en el micromundo. Cuanto ms cierta es la posicin de una partcula, ms incierto es su momento, y viceversa (esto tambin se aplica a otros pares de propiedades especficas). La dificultad a la hora de establecer precisamente la posicin y la velocidad de una partcula que se mueve a 5 mil millas por segundo en diferentes direcciones es obvia. Pero no puede concluirse de ello, que causa y efecto (causalidad) en general no existan. Cmo podemos determinar la posicin de un electrn? se pregunt. Observndolo. Pero si utilizamos un microscopio potente, quiere decir que lo bombardearemos con una partcula de luz, un fotn. Debido a que la luz se comporta como una partcula, eso inevitablemente interferir en el momento de la partcula observada. Por lo tanto la cambiamos en el mismo acto de la observacin. La interferencia ser impredecible e incontrolable, ya que (por lo menos en la actual teora cuntica) no hay manera de conocer o controlar de antemano el ngulo preciso con el que el quantum de luz se dispersar en las lentes. Debido a que una medicin precisa de la posicin requiere la utilizacin de luz de onda corta, se transfiere un momento importante pero impredecible e incontrolable al electrn. Por otra parte, una determinacin precisa del momento requiere la utilizacin de quanta de luz de momento muy bajo (y por tanto de onda larga), lo que significa que habr un amplio ngulo de difraccin, y por lo tanto una pobre definicin de la posicin. Cuanto ms precisamente definamos la posicin, menos preciso ser el momento, y viceversa. Podemos resolver el problema con el desarrollo de nuevos tipos de microscopios de electrones? Segn la teora de Heisenberg no. En la medida en que toda la energa se agrupa en quanta, y toda la materia tiene la propiedad de actuar tanto como onda y como partcula, cualquier tipo de aparato que utilicemos estar dominado por este principio de indeterminacin (o incertidumbre). La teora plantea que todas las formas de materia son indeterminadas por su propio carcter "De esta manera la renuncia a la causalidad en la interpretacin usual de la teora cuntica no se debe considerar simplemente como el resultado de nuestra incapacidad para medir los valores precisos de las variables que entraran en la expresin de las leyes causales a nivel subatmico, sino, ms bien debera ser considerada como un reflejo de que no existen tales leyes" (Bohm, 1992). En lugar de verlo como un aspecto concreto de la teora cuntica, en un estadio concreto de su desarrollo, Heisenberg plante la indeterminacin como una ley fundamental y universal de la naturaleza, y asumi que todas las dems leyes de la naturaleza tenan estar acorde con esta. Este es un punto de vista totalmente diferente al que adoptaba la ciencia en el pasado al enfrentarse a problemas relacionados con fluctuaciones irregulares y movimiento casual. Nadie se imagina que sea posible predecir el movimiento exacto de una molcula en un gas, o predecir todos los detalles de un accidente de coche en concreto. El universo en su conjunto es impredecible. "No podemos estar seguros" de nada.

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El "principio de indeterminacin" representa el carcter altamente evasivo del movimiento de las partculas subatmicas, que no se sujetan al tipo de ecuaciones y medidas simplistas de la mecnica clsica. Una reinterpretacin radical de la mecnica cuntica, una nueva manera de ver la relacin entre el todo y las partes implica: "que incluso el sistema de un solo cuerpo tiene una caracterstica no mecnica, en el sentido en que este y su entorno se tienen que entender como un todo indivisible, en el que los anlisis normales clsicos de sistema ms entorno, considerados como separados y externos, ya no se pueden aplicar". La relacin de las partes "depende crucialmente del estado del todo, de tal manera que no se puede expresar solamente en trminos de propiedades de las partes. De hecho las partes se organizan de manera que fluyen del todo" (Bohm, 1992). Cuando se tira una moneda al aire, la probabilidad de que caiga "cara o cruz" se puede decir que es del 50:50. Este es un fenmeno puramente aleatorio, que no se puede predecir (Mientras est rodando, la moneda no es ni cara ni cruz, la dialctica y la nueva fsica diran que es a la vez cara y cruz). En la medida en que slo hay dos resultados posibles, predomina la casualidad. Pero la cosa cambia cuando se implican grandes cantidades. En los casinos se sabe que a largo plazo el cero y el doble cero saldrn con tanta frecuencia como cualquier otro nmero, y por lo tanto pueden obtenerse beneficios considerables y predecibles, no hay azar. Lo mismo se aplica a las compaas de seguros que ganan gran cantidad de dinero en base a probabilidades precisas, que, en ltimo trmino, se convierten en certidumbres prcticas, incluso a pesar de que el destino de sus clientes individuales no se puede predecir. Lo que se conoce como "acontecimientos casuales a gran escala" se puede aplicar a un amplio espectro de fenmenos fsicos, qumicos, sociales y biolgicos, desde el sexo de los nios a la frecuencia de defectos de fabricacin en una lnea de produccin. "La mecnica cuntica, habiendo descubierto leyes precisas y maravillosas que gobiernan las probabilidades, es con nmeros como estos con los que la ciencia supera su problema de indeterminacin bsica. Aunque hay incapacidad para predecir el comportamiento exacto de electrones o fotones individuales u otras entidades fundamentales, se puede decir como deben comportarse precisamente en grandes cantidades" (Bohm, 1992).