Francisco J. Ynduráin

Cien años atrás, Max Planck, catedrático de física de la Universidad de Berlín, publicó un artículo de sólo ocho páginas que puso en tela de juicio las vastas bibliotecas científicas acumulados desde tiempos de Newton. Las repercusiones de ese trabajo pionero, que puso los cimientos de la mecánica cuántica y el entendimiento del microcosmos, son analizadas en esta entrevista por Francisco Yndurain, uno de los principales expertos españoles en la materia.

-¿Cuál era la situación en la física hace cien años?
-Un siglo atrás, los físicos se enfrentaban a un quebradero de cabezas: el misterioso comportamiento de la radiación electromagnética a bajas temperaturas, que no se ajustaban a lo prescrito por las leyes tradicionales de la física. Repetidos experimentos con cuerpos negros, es decir, objetos pintados de negro con el fin de que emitiesen sólo su propia radiación, indicaban que la radiación emitida no se presentaba en estado continuo. Max Planck presentó entonces una hipótesis explicativa. Contradiciendo las ideas dominantes, pergeñó el concepto contraintuitivo de que la luz, en lugar de ser un fenómeno ondulatorio, revelaba, a bajas temperaturas, una naturaleza discontinua, se manifiestaba a través de cantidades discretas, partículas, a las que denominó «quantum», un término latino equivalente a «cantidad».

-¿Cómo fue recibida su hipótesis revolucionaria?
-Quien primero se la tomó en serio fue Albert Einstein. El físico alemán intuyó que la premisa de una distribución espacial discontinua de la luz podía explicar el efecto fotoeléctrico, consistente en una serie de fenómenos relativos a la emisión de luz, desde la fluorescencia hasta la producción de rayos catódicos. Einstein aplicó en 1905 las ideas de Planck a ello, y fue por su ecuación explicando el efecto fotoeléctrico que recibió el premio Nobel, y no por la teoría de la relatividad. Lo cual me parece justo, pues soy de los que creen que el gran hito científico del siglo XX ha sido más la teoría de los cuantos que la relatividad.

-¿Cuál fue el segundo momento estelar de la teoría cuántica?
-Ocurrió en los años 20, cuando otro investigador alemán, Werner Heisenberg, llegó a resultados espectaculares. En concreto, su principio de la incertidumbre explicó cómo era posible que la luz fuese una onda y una partícula a la vez. Demostró que el conocimiento del microcosmos tiene un límite físico.

-Ese reconocimiento forma parte de una tendencia general de la época, tendiente a admitir que la ciencia no lo puede todo...
-Sí. A principios del siglo XX, los científicos pensaban que no existían límites para el conocimiento. Luego fueron descubriendo que existían unos cuantos límites, no sólo de tipo intelectual o lógico, como los señalados por Güdel en su célebre teorema, sino de índole físico, como la velocidad de la luz. En ese marco, la aportación de Heisenberg consistió en demostrar que, cuando se trata de determinar si la luz es una onda o una partícula hay que llegar a niveles de una precisión imposible. Por lo tanto, hay cosas que no se puede preguntar a la Naturaleza, porque ella misma las ignora, por así decirlo.

-Los méritos de Heisenberg han sido discutidos...
-él es en cierto sentido un físico maldito. No se le perdona su colaboración con el régimen nazi, en contraste con la actitud de rechazo expresada por el mismo Planck, Einstein y Niels Bohr. No hace mucho tiempo se elaboró una lista de los diez mejores físicos de todos los tiempos y él figuraba en los lugares de cola, lo cual es injusto. Si queremos poner las cosas en su lugar, lo correcto sería decir que Heisenberg es el padre de la mécanica cuántica, y Planck, el precursor.

-¿Qué desarrollos ocurrieron después de Heisenberg?
-Uno de los obstáculos a la aceptación de las aportaciones de Heisenberg residía en la extrema complejidad y abstracción de sus formulaciones. El austríaco Erwin Schrüdinger elaboró una ecuación fácilmente manejable; y el britanico Paul Dirac comenzó los intentos por compatibilizar los principios de la teoría de la relatividad con los de la mecánica cuántica, y ademas realizó los primeros cálculos cuánticos de la interacción de la materia con la radiación. A la larga esto llevó, en los años 40, a Schwinger, Feynman y otros a completar una formulacion de las interacciones electromagnéticas compatibles con mecánica cuántica y relatividad. En su estela, los holandeses Veltmann y t’Hooft demostraron entre 1970 y 1972 que las interacciones débiles también eran compatibles con la relatividad, hallazgo por el cual recibieron el Nobel de Física de 1999. En 1973, tres físicos americanos hicieron lo propio con otra fuerza sub-atómica, las interacciones fuertes, un logro por el cual me permito vaticinar que recibirán el Nobel dentro de tres o cuatro años.

-Todo eso en el plano teórico. Y en el plano práctico, ¿qué repercusión tuvieron los avances en mecánica cuántica?
-Fueron enormes. Fíjese que la teoría permitió predecir y «domesticar» el comportamiento de los electrones a escala microscópica. Eso tuvo grandes repercusiones en la electrónica. El transistor es un hijo directo de la mecánica cuántica. El funcionamiento de las pantallas de televisión y de los ordenadores es un efecto cuántico; pero además la misma bomba atómica es un efecto cuántico. Ahora se trabaja en emplear las propiedades cuánticas en el intercambio de mensajes secretos, y también en la noción de ordenadores cuánticos, aunque no sé si llegarán en algún momento a poder concretarlos. De momento, el reto actual pasa por demostrar teóricamente su viabilidad, lo que, a mi entender, ya se ha conseguido. El próximo paso será construir aparatos de tamaño atómico, lo que no será facil de conseguir.

-¿Y qué ocurre con la teoría de la gravitación universal de Einstein, de tan difícil encaje en la mecánica cuántica?
-El problema es que si intentamos cuantizar directamente la teoría de Einstein, ocurre que, al hacer cálculos de orden superior al primero, encontramos infinitos que no podemos reabsorber, de manera que: nadie sabe a ciencia cierta si ambas (teoría de Einstein de gravitación y mecánica cuántica) son realmente compatibles. A este respecto se distinguen cuatro escuelas o posturas: por un lado, la de quienes creen que la solución pasa por modificar la teoría de la relatividad en lo concerniente a la gravedad; después tenemos a Penrose y Stephen Hawking, que piensan que lo que hay que modificar es la teoría cuántica; en tercer lugar figuran los promotores de la teoría de las «supercuerdas», convencidos de que estamos en un mundo de múltiples dimensiones, por lo cual corresponde modificar ambas teorías; y por último está la corriente entre cuyos miembros me cuento, que considera que no existen datos experimentales suficientes para hacer una teoría coherente.

-Sacando la controversia de la gravedad, ¿cuál es el estado de la cuestión en la mecánica cuántica? ¿Existen otros puntos pendientes de resolución?
-Prácticamente no. Todos sus principios básicos han sido estudiados y puestos a prueba con éxito. Sólo subsiste el problema del enlace entre la gravedad relativista y los fenómenos del microcosmos. Aquí sucede que los efectos gravitatorios sólo tienen relevancia en cuerpos muy grandes, y los cuánticos, en cuerpos muy pequeños, y nadie sabe cómo diseñar un experimento con un objeto que sea a la vez muy pequeño y muy masivo.

-¿Algo así como un Agujero Negro?
-Exactamente, un Agujero Negro sería un objeto ideal de laboratorio. El problema es que el único cuya existencia parece probable se sitúa en el centro de la Vía Láctea, a distancias tan grandes que, en el caso de lanzarse una sonda para experimentar con él, tardaría cientos de miles de años en alcanzarlo.

-¿No hay alternativa experimental, entonces?
-Lo interesante sería encontrar algún micro-Agujero Negro, una reliquia del Big Bang. Quizás en la radiacion cosmica haya algún micro-agujero, y tal vez los experimentos planeados para detectar rayos cósmicos de gran energía puedan llegar a detectar alguno. Pero lo ideal sería localizar un Agujero Negro próximo del tamaño de Júpiter y, a partir de las perturbaciones generadas por él en los campos gravitotorios, deducir sus propiedades. De darse tal posibilidad, apuesto a que los datos obtenidos trascenderian todas las especulaciones actuales: la razón es que las teorías sobre la gravedad cuántica con las que contamos son meras especulaciones.