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El artículo de Prada Alcoreza

La materia está viva

Raúl Prada Alcoreza

La materia está viva, la materia oscura y la materia luminosa, están vivas. Vibran, definen múltiples ondas, se mueven en plurales frecuencias, se agitan en variadas oscilaciones de energía, dependiendo del estado del ambiente y el conjunto de las interacciones e interferencias. La materia luminosa no es otra cosa que la constelación de conjuntos de interacciones de vibraciones de ondas, concurrentes en distintas frecuencias, asociando ambientes bullentes de energía, la misma que oscila, dependiendo de los estados de estos ambientes o conjuntos de ambientes atómicos y moleculares.

Las diferencias de niveles de energía corresponden a frecuencias para las que el sistema puede entrar en resonancia. Las diferencias de niveles de energía son resonancias[1].

La materia no solo es movimiento, no sólo que está en movimiento, sino que es materia precisamente por multiplicidades de micro-movimientos e interacciones plurales que la constituyen como tal. La materia está compuesta por energías, frecuencias, ondas, variaciones de todas estas composiciones, así como oscilaciones. Desde este punto de vista, no se puede decir que la materia es estable, tampoco la energía, aunque se mantenga la tesis de la conservación de la energía. La materia se constituye en el conjunto de oscilaciones, variaciones e interacciones de energías, frecuencias y ondas; en el conjunto de inestabilidades, por así decirlo, en juego, la materia se consolida como masa. Esta masa no es estable, como se cree comúnmente, aunque aparenta serlo ante la mirada humana; al estar compuesta por energías, frecuencias, ondas, en interacción e interferencia constante, la aparente estabilidad molar se alcanza en la integración del conjunto de micro-inestabilidades. Entonces, se puede decir que la misma materia es oscilante, variante, imperceptiblemente.

Si pensamos la materia como sistema o sistemas, entonces, se puede concebir la estabilidad del sistema como capacidad de respuesta a las interferencias, respuesta dada en términos de resonancia.

Un nivel de energía cuasi-estable de un sistema mecánico cuántico “existe” precisamente en el sentido de que el sistema presenta una respuesta por resonancia, dada a la frecuencia apropiada[2].

Los átomos poseen niveles de energía; se producen transiciones entre niveles vecinos, no entre todos, sino en los compatibles, por así decirlo. Los átomos también se diferencian por estos comportamientos, dependiendo de su composición.

Debido a que la constante de estructura fina es pequeña, un cierto tipo de transición electromagnética representa un papel dominante en física atómica, a saber, las transiciones en las cuales la onda electromagnética emitida posee las mismas propiedades de simetría que una onda emitida por una onda emitida por un pequeño oscilador dipolar eléctrico… Una onda (o un fotón) de estas característica se llamado onda dipolar eléctrica (o fotón dipolar eléctrico). Se puede demostrar, dentro del marco de la mecánica cuántica, que una tal onda lleva consigo una cantidad de momento cinético h[3].

La isotropía del espacio físico significa que no existe en el universo ninguna dirección privilegiada: el comportamiento de un sistema aislado no depende de cómo está orientado en el espacio. En condiciones muy generales, ello implica (tanto en la mecánica cuántica como en la clásica) que el vector momento cinético de un sistema aislado se conserva: no cambia con el tiempo. Esto a su vez significa que si un átomo emite un fotón dipolar eléctrico, el momento cinético del átomo antes de la emisión debe ser igual al momento cinético después de la emisión más el momento cinético que lleva consigo de fotón dipolar. Este principio de conservación implica reglas de selección, porque cada estado estacionario de un átomo se caracteriza por un valor definido del momento cinético[4].

El momento cinético total de un electrón en un átomo consta de dos partes: es el vector suma del momento orbital y del spin[5].

La condición orbital de de los átomos modifica el comportamiento de los niveles energéticos, dependiendo no sólo de la diferencia entre las composiciones de los átomos, sino en el mismo átomo en cuestión.

Si un estado exitado puede decaer siguiendo diferentes caminos, cada modo de transición ocurre con una probabilidad determinada. Esta probabilidad se conoce con el nombrer de razón de ramificación correspondiente al modo de desintegración de que se trate. Que las razones de ramificacion son propiedades intrínsecas del estado exitado, es decir, son insensibles a cómo se ha alcanzado el estado exitado, es un hecho experimental[6].

Lo que concurre, para la mirada humana acontece como comportamientos probables, en un intervalo de probabilidades definido. En lo que corresponde al modo de transición, a esta probabilidad determinada, se le da el nombre de razón de ramificación, que corresponde al modo de desintegración del caso singular.

Los esquemas de términos, tan parecidos, del sodio y del litio, ambos metales alcalinos, son muy diferentes de los esquemas de términos del hélio y del talio. El examen de un gran número de esquemas de términos revelaría el hecho notable de que los elementos químicamente similares tienen esquemas de terminos asimismo similares… La razón de ello consiste en que el espectro óptico y las propieddes químicas de un elemento están determinados, ambos, por la configuración electrónica del átomo y, en particular, por la configuración de los electrones más exteriores[7].

En lo que respecta al núcleo del átomo, contituído fundamentalmente por protones y neutrones, aunque no solo, se puede decir, interpretando, de una manera provisional, que la composición del núcleo tiene que ver con la característica cualitativa y cuantitativa de las órbitas, conformadas primordialmente por electrónes. La composición del átomo supone una composición del núcleo y una composición de las orbitas de electrónes. Se conforma un sistema atómico, que establece, en la estrutura atómica, las relaciones entre núcleo y órbitas; también las relaciones asociativas entre atomos, así como con los entornos e interacciones con los entornos.

Como se puede ver, si sequimos con nuestra interpretación provisional, la mteria no es ni estática ni está quieta; la materia es materia precisamente debido a la constelación de movimientos e interacciones energéticas, de frecuencias y de ondas, conformando una integración sólida, sobre la base de compósiciones no-sólidas.

Los fotones

Los fotones son cuantos del campo electromagnético[8].

El principio de la relatividad especial implica que si podemos hallar relaciones generales entre la energía, el impulso, la frecuencia y la dirección de propagación válidas para todos los fotones den un sistema de referencia inercial, estas mismas relaciones deben ser así mismo válidas en cualquier sistema inercial[9].

El fotón no tiene masa; por lo tanto, no podría ser llamada “particula”.

Se podría argüir que un objeto que jamás puede encontrarse en reposo no depería llamarse “partícula”. Sin embargo, ha llegado a ser una costumbre establecida el hablar de “partícula sin masa”, de las cuales el fotón y el neutrino son ejemplo, y a ella nos atendremos. En último término, es puramente cuestión de gusto el cómo definir la palabra “partícula”. Es claro que conviene tatar los fotones y los neutrinos en plan de igualdad con las partículas que poseen masa[10].

Se ha dicho que el fotón, esta “partícula” sin masa, que es, a la vez, corpusculo y onda; aludiendo a esta situación como contradicción, incluso inexplicable. Sin embargo, puede pensarse, más bien, que el fotón como onda, al no tener masa, no puede ser denominado corpúsculo; por lo tanto, partícula. Ocurre como con las ondas en el agua, no son patículas que recorres y haces las ondas, sino que las ondas son el movimiento del agua, ocasionado por un impacto. De la misma manera podemos decir que lo que se mueve es el tejido del espacio-tiempo, debido a un impacto. Entonces, lo que hay son ondas, sin necesidad que haya un corpúsculo. El impacto no se encuentra en la onda como “partícula”, sino como irradiación vibratoria del impacto; impacto, por cierto, que puede suponerse que es dado por una partícula. Por lo tanto, es explicable que aparezca como onda y no como corpusculo: Empero, ¿por qué se capta también, en,los experimentos, el corúsculo? ¿Por qué se supone que todo movimiento es movimiento de algo, en este caso un corpusculo? ¿Por qué no considerar un movimiento sin corpusculo, de lo que no es algo? En todo caso no es una “partícula” la que se mueve, sino su ausencia; lo que se mueve es el espacio–tiempo. ¿El espacio-tiempo se mueve, como onda, como vibración, como frecuencia, debido a una partícula de impacto desaparecida? ¿Lo que queda de ella, de la partícula, es la irradicación del impacto? Sea así o no sea así, lo sugerente es este movimiento ondulatoriao del espacio-tiempo. Ahora bien, el comportamiento como corpúsculo es captado por la huella o marca que deja al impactar el foton en algo, que hace de pantalla de choque. ¿Entonces hay efectivamente un corpusuculo, aunque no tenga masa? Esto es lo que se supone y se mantiene como paradoja del corpusculo y la onda; empero, ¿Por qué no podría dejar huella la onda, sin ser partícula, si lo que se mueve es el espacio-tiempo? Se podría pensar que es el espacio-tiempo el que deja la marca en la pantalla, al oponersele una pantalla, de la misma manera que el agua, en forma de onda, deja su huella en lo que se le oponga. Ahora bien, ¿por qué deja una marca singular en un un punto, por así decirlo, de la pantalla? ¿Si es así, entonces esto se debe a que lo que impacta es un corpúsculo?

Sabemos que el comportamiento del fotón, captado experimentalmente, se comporta tanto como “partícula” así como onda. Falta explicar este doble y aparente contradictorio comportamiento.

En su formulación actual, la electrodinámica cuántica es una teoría en la que el electrón y el positón representan un papel completamente simétrico. Este es un rasgo general de nuestras teorías de las partículas fundamentales: creemos que en correspondencia con cada partícula existe también una antipartícula (algunas particulas, tales como el pión neutro, pueden ser sus propias antiparticulas), y se cree que el universo es simétrico (en un cierto sentido) respecto del intercambio de partículas por antipartículas. Un antipartícula tiene la misma masa, pero la carga opuesta a la de la partícula. Se ha encontrado así experimentalmente que existen antiprotones y antineutrones, lo que no deja de complacer desde el punto de vista teórico: ello nos permite mantener nuestras teorías simétricas de la naturaleza[11].

Es una propiedad fundamental de las partículas y sus antipartículas la de que pueden aniquilarse entre sí, por ejemplo dando lugar a fotones, Sin embargo, ocurre a menudo que la aniquilación produce otras partículas. Por ejemplo, el sitema protón-antiprotón tiende a aniquilarse en mesones, siendo este proceso más probable que la aniquilación en fotones[12].

Si el universo es simétrico, si está formado por materia y antimateria, por partículas y antipartículas, por qué no aparece la antimateria, por que no aparecen las antiparticulas, por así decirlo frecuentemente, salvo en la experimentación? Una de las respuestas, no del todo convincentes es que si se mezclaran se aniquilarían las dos partes contrapuestas del universo simétrico. ¿Es entonces tan solo una teoría esto de la simetría? Es mejor aceptar que se trata de una de las paradojas todavía inexplicables.

Experimentalmente, cuando se capta al fotón como corpusculo no se lo capta como onda y cuando se capta al fotón como onda no se lo capta como corpusculo. ¿Es ambas cosas a la vez? Lo que parece es que depende del referente del observador, de los métodos y procedimientos empleados, de la posición en la que se coloca. No se trata de dos formas contradictorias de aparecer el fotón, sino de dos métodos diferentes del observador. Entonces, el fotón no deja de ser singular; empero, ¿qué es? ¿Onda o partícula? Vamos a poner en mesa una hipótesis especulativa, no tanto para contradecir las tesis de la física cuántica, al contrario, para ampliar el campo de posibilidades de la reflexión.

Hipótesis

La misma física contemporanea, la relativista y cuántica, ha interpretado, en algunas de sus versiones teóricas, de que lo que se mueve es el tejido del espacio-tiempo; no es exacto decir que se mueven los objetos. Por eso, es indispensable replantearla interpretación de la gravedad, en sus distintas escalas. De la misma manera, podemos sugerir, en relación al fotón, que lo que se mueve es el tejido espacio-tiempo.

Se trata del efecto de un impacto en el tejido espacio-tiempo. El impacto irradia, afecta, al tejido espacio-tiempo; lo que viaja es esta onda, que conmueve, por así decirlo, al tejido espacio-tiempo. Por eso, no hay masa en la “partícula”, no hay corpusculo. ¿Ahora bien, cuando se capta el corpusculo, qué es lo que se capta, un corpusculo que impacta o un síntoma en el tejido espacio-tiempo? Si fuese así, si se toma esta hipotesis especulativa, entonces se puede comprender, por lo menos hipotéticamente, la doble presencia contrastante del fotón como onda y “partícula”. No habría una doble presencia, sino el síntoma del impacto en un lugar precisado, aunque sea probabílisticamente, del tejido espacio-tiempo.

Ahora bien, sabemos que nuestra hipotesis interpretativa es altamente especulativa y hasta temeraria; sin embargo, nos ayuda a acercarnos al tema de nuestro ensayo: La matria está viva. Nuestras preguntas no son tanto sobre qué pasa con el fotón, qué pasa si es “partícula”, qué pasa si es onda, qué pasa si es ambas cosas; sino qué pasa con el tejido del espacio-tiempo cuando hay irradiación de un impacto, incluso cuando cruza el fotón el espacio-tiempo, como “párticula”, como onda, incluso como ambas formas de presentarse. Siendo, de acuerdo a nuestra hipótesis, solo irradiación, onda que afecta al tejido espacio-tiempo, es decir, como síntoma, o, en su caso, el aceptado, “partícula” y onda, que cruza el espacio-tiempo, lo que importa, desde nuestra perspectiva, desde nuestra preocupación, es ¿qué pasa con el tejido espacio-tiempo, qué pasa en el tejido espacio-tiempo,cuando ocurre esto?

Ciertamente, cuando interpretamos desde la perspectiva del tejido del espacio-tiempo, la interpretación de que la materia está viva es como evidente, pues el espacio-tiempo se comporta como cuerpo o complejo de cuerpos vivos, que reaccionan ante el impacto. También puede decirse lo mismo, aunque no aparezca inmediatamente la evidencia, cuando concebimos la creación del espacio-tiempo a partir de las asociaciones, composiciones y combinaciones de las partículas infinitesimales, así como a partir de las fuerzas fundamentales del universo. La vida de la materia se encuentra precisamente en la multiplicidad de estas interacciones e interferencias cuánticas, atómicas, moleculares y molares.

Saliendo de la especulación, volviendo a lo que sabemos a partir de la fíusica cuántica, en el caso de los fotones, se descubrieron, primero, las propiedades ondulatorias; más tarde, las propiedades corpusculares. Para los electrones, el orden fue justamente al revés. Debido a esta sucesión histórica de los acontecimientos, se cree que la luz está constituída por ondas y que los electrones son corpusculos. Esta es una imagen incompleta. Los fotones y los electrones; en realidad, todas las partículas, son entidades muy parecidas; ellas poseen ciertas propiedades corpusculares y ciertas propiedades ondulatorias.

Hemos dicho que las particulas están asociadas a ondas correspondientes; ¿por qué lo están? ¿Por qué emiten las ondas o porque el imacto de su movimiento en el tejido del espacio-tiempo genera ondas en el tejido? Según nuestra hipótesis especulativa, porque generan ondas en el tejido espacio-tiempo. Por otra parte, las partículas comprenden masa, energía, impulso, frecuencia, velocidad y amplitud de onda. Sin embargo, dejando de lado nuestra hipótesis especulativa, que, como dijimos, la colocamos para hacer hincapié en la perspectica del tejido del espacio-tiempo, sabemos por la fisica cuántica de la dualidad onda-corpusculo.

Dualidad onda-corpusculo

Retomando la teoría de la física cuántica, sobre todo la premisa que parte de la dualidad onda-corpúsculo, denominada también dualidad onda-partícula, la teoría recaba que casi todas las partículas presentan propiedades, a la vez, de onda y partícula. En tanto partículas presentan interacciones muy localizadas, en tanto ondas despliegan la manifestación de interferencias. Comparando las apreciaciones de la física cuántica con la perspectiva de la física clásica, existen diferencias entre onda y partícula. En otras palabras, una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa, mientras que una onda se extiende en el espacio, caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula. Stephen Hawking dice que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa”. Esta figura y concepto de la dualidad onda-partícula fueron incorporados por Louis-Victor de Broglie, físico francés de principios del siglo XX. En su tesis doctoral propuso la existencia de ondas de materia; en otras palabras, propuso que toda materia tiene una onda asociada a ella. Einstein valoró la importancia de la tesis. En resumen, la tesis de Broglie dice que la longitud de onda λ de la onda asociada a la materia es:

λ = h p = h mv,

Donde h es la constante de Planck y p es el momento lineal de la partícula de materia.

A fines del siglo XIX se concebía la electricidad como si fuese una especie de fluido; sin embargo, Joseph John Thomson demostró que consistía en un flujo de partículas llamadas electrones, en sus experimentos con rayos catódicos. Al mismo tiempo, las ondas eran bien entendidas, junto con sus fenómenos, como la difracción y la interferencia. En esta perspectiva, se suponía que la luz es ondulatoria; así como lo demostró el experimento de Young, también efectos tales como la difracción de Fraunhofer. En cambio, al siguiente siglo, el efecto fotoeléctrico, tal como fue analizado por Albert Einstein en 1905, demostró que la luz también poseía propiedades de partículas. Más adelante, la difracción de electrones fue predicha y demostrada experimentalmente, con lo cual, los electrones poseían propiedades que habían sido atribuidas tanto a partículas como a ondas. Ante esta confusión, que se enfrentaba, aparentemente, las propiedades de partículas y de ondas fue resuelta por el establecimiento de la mecánica cuántica; esto ocurrió en la primera mitad del siglo XX. La mecánica cuántica hace de paradigma unificado, que ayuda a comprender que toda materia puede tener propiedades de onda y propiedades de partícula. De este modo se expresa que toda partícula, sea protón, electrón, átomo u otra entidad, se describe mediante una ecuación diferencial, generalmente, la ecuación de Schrödinger. Las soluciones a estas ecuaciones se conocen como funciones de onda, dado que son inherentemente ondulatorias en su forma. Pueden difractarse e interferirse, llevándonos a los efectos ondulatorios ya observados. Las funciones de onda se interpretan como descriptores de la probabilidad de encontrar una partícula en un punto del espacio dado. Quiere decirse esto que si se busca una partícula, se la encontrará una con una probabilidad dada, probabilidad formulada por el cuadrado del módulo de la función de onda.

En contraste, en la dimensión macroscópica, no se observan las propiedades ondulatorias de los objetos, debido a que dichas longitudes de onda, como en las personas, son demasiado pequeñas. La longitud de onda se da, en esencia, como la inversa del tamaño del objeto multiplicada por la constante de Planck h, un número extremadamente pequeño.

Por lo tanto, se puede decir que dos teorías diferentes convergen en el campo de la física cuántica. Las primeras teorías comprensibles de la luz fueron expuestas por Christiaan Huygens, quien propuso una teoría ondulatoria de la misma; específicamente, demostrando que cada punto de un frente de onda, que avanza, es de hecho el centro de una nueva perturbación y la fuente de un nuevo tren de ondas. Empero, su teoría tenía debilidades en otros puntos; fue pronto opacada por la Teoría Corpuscular de Isaac Newton. Aunque previamente Sir Isaac Newton, había discutido este prolegómeno vanguardista con Pierre Fermat, otro reconocido físico de la óptica en el siglo XVII, el objetivo de la difracción de la luz no se hizo patente hasta la célebre reunión que tuviera con el Karl Kounichi, a quien se considera creador del principio de primalidad y su máxima de secuencialidad, realizada en la campiña de Woolsthorpe, durante la gran epidemia de Peste de 1665. Apoyado en las premisas de sus contemporáneos, Newton propone que la luz es formada por pequeñas partículas, con las cuales se explica fácilmente el fenómeno de la reflexión. Después, dedicándose el tema, pudo explicar también la refracción a través de lentes y la separación de la luz solar en colores mediante un prisma. La teoría de Newton fue hegemónica durante este siglo, mientras que la teoría de Huygens fue marginada. Sin embargo, con el descubrimiento de la difracción, en el siglo XIX, la teoría ondulatoria fue recuperada.

A comienzo del siglo XIX, con el experimento de la doble rendija, Young y Fresnel certificaron científicamente las teorías de Huygens. El experimento demostró que la luz, cuando atraviesa una rendija, muestra un patrón característico de interferencias similar al de las ondas producidas en el agua. La longitud de onda puede ser calculada mediante dichos patrones. Maxwell, a finales del mismo siglo, explicó la luz como la propagación de una onda electromagnética, lo hizo mediante las ecuaciones de Maxwell. Tales ecuaciones, ampliamente demostradas mediante la experiencia, lograron que Huygens fuese nuevamente tomado en serio.

Einstein logró una notable explicación del efecto fotoeléctrico; un experimento hasta entonces preocupante que la teoría ondulatoria era incapaz de explicar. Lo hizo postulando la existencia de fotones, cuantos de luz, con propiedades de partículas. En el efecto fotoeléctrico se observaba que si un haz de luz incidía en una placa de metal producía electricidad en el circuito. Presumiblemente, la luz liberaba los electrones del metal, provocando su flujo. Los experimentos mostraron que mientras una luz azul débil, empero de ondas cortas, era suficiente para provocar este efecto, la más fuerte e intensa luz roja, empero de onda larga, no lo provocaba. De acuerdo con la teoría ondulatoria, la fuerza o amplitud de la luz se hallaba en proporción con su brillantez; en otras palabras, la luz más brillante debería ser más que suficiente para crear el paso de electrones por el circuito. Los experimentos contrastaban con esta teoría. Einstein llegó a la conclusión de que los electrones eran expelidos fuera del metal por la incidencia de fotones. Cada fotón individual acarreaba una cantidad de energía E, que se encontraba relacionada con la frecuencia ν de la luz, mediante la siguiente ecuación:

E = hν,

Donde h es la constante de Planck, cuyo valor numérico es 6,626 × 10−34 J·s). Sólo los fotones con una frecuencia alta, por encima de un valor numérico umbral específico, podían provocar la corriente de electrones. Por ejemplo, la luz azul emite unos fotones con una energía suficiente para arrancar los electrones del metal, mientras que la luz roja no. Una luz más intensa por encima del umbral mínimo puede arrancar más electrones; sin embargo, ninguna cantidad de luz por debajo del mismo podrá arrancar uno solo, por muy intenso que sea su brillo.

El físico francés, Louis-Victor de Broglie (1892- 1987), formuló una hipótesis en la que afirmaba que toda la materia presenta características tanto ondulatorias como corpusculares, comportándose, de uno u otro modo, dependiendo del experimento específico. Para postular esta propiedad de la materia De Broglie se basó en la explicación del efecto fotoeléctrico, que poco antes había dado Albert Einstein, sugiriendo la característica cuántica de la luz. Para Einstein, la energía transportada por las ondas luminosas estaba cuantizada, distribuida en pequeños paquetes de energía o cuantos de luz, que más tarde serían denominados fotones, cuya energía dependía de la frecuencia de la luz a través de la relación:

E = hν,

Donde ν es la frecuencia de la onda luminosa y h la constante de Planck. Albert Einstein propuso que, en determinados procesos, las ondas electromagnéticas, que forman la luz, se comportan como corpúsculos. De Broglie se preguntó: ¿que por qué no podría ser de manera inversa; es decir, que una partícula material, un corpúsculo, pudiese mostrar el mismo comportamiento que una onda? El físico francés relacionó la longitud de onda, λ, lambda, con el momento lineal de la partícula, mediante la fórmula:

λ = h mv,

Donde λ es la longitud de la onda asociada a la partícula de masa m, que se mueve a una velocidad v, y h es la constante de Planck. El producto mv es también el módulo del vector ⃗p, o momento lineal de la partícula. Viendo la fórmula se aprecia fácilmente, que a medida que la masa del cuerpo o su velocidad aumentan, disminuye considerablemente la longitud de onda. Esta hipótesis se confirmó tres años después para los electrones, con la observación de los resultados del experimento de la doble rendija de Young, en la difracción de electrones en dos investigaciones independientes. En la Universidad de Aberdeen, George Paget Thomson pasó un haz de electrones a través de una delgada placa de metal y observó los diferentes esquemas predichos. En los Laboratorios Bell, Clinton Joseph Davisson y Lester Halbert Germer, guiaron su haz a través de una celda cristalina. La ecuación de De Broglie se puede aplicar a toda la materia. Los cuerpos macroscópicos, también tendrían asociada una onda; sin embargo, dado que su masa es muy grande, la longitud de onda resulta tan pequeña, que, en ellos, se hace imposible apreciar sus características ondulatorias.

Equivalentes experimentos han sido repetidos con neutrones y protones; el más famoso de ellos, realizado por Estermann y Otto Stern, en 1929. Experimentos más recientes realizados con átomos y moléculas demuestran que actúan también como ondas. Una serie de experimentos, enfatizando la acción de la gravedad, en relación con la dualidad onda-corpúsculo, fueron realizados, en la década de los setenta del siglo pasado, usando un interferómetro de neutrones. Los neutrones, parte del núcleo atómico, constituyen gran parte de la masa del mismo; por lo tanto, de la materia. Los neutrones son fermiones; estos, en cierto sentido, son la quintaesencia de las partículas. Empero, en el interferómetro de neutrones, no actúan sólo como ondas mecano-cuánticas sino que también dichas ondas se encontran directamente sujetas a la fuerza de la gravedad. A pesar de que esto no fue ninguna sorpresa, ya que se sabía que la gravedad podía desviar la luz e incluso actuaba sobre los fotones, el experimento fallido sobre los fotones de Pound y Rebka, nunca se había observado anteriormente actuar sobre las ondas mecano-cuánticas de los fermiones, los constituyentes de la materia ordinaria. A fines del siglo pasado, investigadores de la Universidad de Viena informaron de la difracción del fulereno de C60. El fulereno es un objeto masivo, con una masa atómica de 720. La longitud de onda de De Broglie es de 2,5 picómetros, mientras que el diámetro molecular es de 1 nanómetro, esto es, 400 veces mayor. Hasta el 2005, éste es el mayor objeto sobre el que se han observado propiedades ondulatorias mecano-cuánticas de manera directa.

Se puede ver que la mecánica cuántica hace una descripción de los corpúsculos materiales diferente de la descripción dada por la mecánica clásica. En mecánica clásica los corpúsculos se consideran puntos materiales o partículas cuasi puntales dotados de una masa, que siguen una trayectoria continua en el espacio. Las leyes de la mecánica clásica relacionan las fuerzas e interacciones físicas, a los que está sometida la partícula, con el modo en que dicha trayectoria se curva y la velocidad a la que la partícula recorre dicha trayectoria. En cambio, la mecánica cuántica abandona la idea de que una partícula es un ente casi puntual, que pueda ser observado en una región arbitrariamente pequeña del espacio, que al mismo tiempo tenga una velocidad definida; se puede decir que esta apreciación es una consecuencia matemática del principio de indeterminación de Heisenberg. La mecánica cuántica describe a las partículas como una especie de campo de materia, que se propaga por el espacio de modo similar a una onda; las propiedades del tipo “onda” que exhiben las partículas cuánticas son consecuencia del modo en que se propaga el campo de materia asociado a ellas. Ciertamente hay una cierta relación entre la localización de la partícula y las regiones del espacio donde el campo es más intenso, en un momento dado. Sin embargo, la mecánica cuántica introduce el principio, Postulado IV, de que cuando se realiza una medida de la posición de una partícula cuántica, se produce el llamado colapso de la función de onda hasta una región del espacio muy pequeña, lo cual hace aparecer al campo de materia como una partícula localizada. En cierto sentido la dualidad onda-corpúsculo ha sido substituida por otro tipo de dualidad más sutil y no resuelta, distinguida por Roger Penrose; hablamos de la dualidad entre evolución determinista, como función de onda, y evolución aleatoria, colapso de la función de onda, por el cual la función de onda sufre un cambio abrupto, irreversible y no determinista. Esta dualidad se llama usualmente problema de la medida. Si bien la formalización de la teoría admite que existen los dos tipos de evolución y los experimentos lo corroboran, no está claro a priori qué desencadena, en última instancia, un tipo u otro de evolución. Por esa razón, tanto Penrose como otros autores han señalado que la mecánica cuántica, en su formulación actual, no es una teoría completa. El propio Penrose ha señalado que existen razones teóricas para suponer que una teoría unificada de la gravedad y la mecánica cuántica, comprendiendo la gravedad cuántica, podría aclarar dicha dualidad.

De todas maneras, se puede asumir que la paradoja de la dualidad onda-corpúsculo es resuelta hipotéticamente en el marco teórico de la mecánica cuántica. Dicho marco es complejo y contra-intuitivo, ya que nuestra intuición del mundo físico está basada en los cuerpos macroscópicos, que son ampliamente consistentes con la mecánica newtoniana; sólo, muy marginalmente, exhiben efectos cuánticos. Comparando y contrastando la física clásica y la física cuántica, podemos identificar algunos de los efectos cuánticos incompatibles con la mecánica newtoniana; estos son:Los sistemas físicos pueden evolucionar de manera no determinista, esto se produce cuando se realiza una medida filtrante sobre el sistema de acuerdo con el Postulado IV de la mecánica cuántica. Exclusividad de las medidas. Resulta imposible determinar con precisión infinita y simultánea ciertas magnitudes físicas; por consiguiente no es posible construir un análogo clásico del estado de una partícula; este efecto es consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg. Los experimentos no realizados no tienen resultados; esto choca con la suposición objetivista de que los atributos físicos de las partículas existen aunque nadie los observe directamente. Esto es consecuencia del teorema de Kochen-Specker. Las partículas cuánticas exhiben características duales; según el tipo de experimento muestran un comportamiento típico de las partículas materiales cuasi-puntales de la mecánica clásica o bien un comportamiento típico de ondas que se propagan en un medio. Cada partícula, sea fotón, electrón, átomo u otra entidad, puede describirse en términos de la solución de una ecuación diferencial, apropiadamente de la ecuación de Schrödinger, en el caso no relativista, o de la ecuación de Dirac, en el caso relativista. Estas soluciones son funciones matemáticas llamadas funciones de onda. Las funciones de onda contienen información sobre el comportamiento cuántico de las partículas, que se pueden difractar e interferir unas con otras, incluso consigo mismas, además de otros fenómenos ondulatorios predecibles, descritos en el experimento de la doble rendija. Las funciones de onda admiten una interpretación, en términos de probabilidades, de encontrar la correspondiente partícula en un punto dado del espacio en un momento dado. Por ejemplo, en un experimento que contenga una partícula en movimiento, uno puede buscar que la partícula llegue a una localización, en particular, en un momento dado, usando un aparato de detección, que apunte a ese lugar. Mientras que el comportamiento cuántico sigue unas funciones determinísticas bien definidas, como las funciones de onda, la solución a tales ecuaciones son probabilísticas. La probabilidad de que el detector encuentre la partícula es calculada usando la integral del producto de la función de onda y su complejo conjugado. Mientras que la función de onda puede pensarse como una propagación de la partícula en el espacio, en la práctica el detector verá o no verá la partícula entera en cuestión, nunca podrá ver una porción de la misma, como dos tercios de un electrón. Esta situación corresponde a la paradoja de la dualidad; la partícula se propaga en el espacio de manera ondulatoria y probabilística; sin embargo, llega al detector como un corpúsculo completo y localizado. Esta paradoja conceptual tiene explicaciones en forma de la interpretación de Copenhague, la formulación de integrales de caminos o la teoría universos múltiples. Es importante puntualizar que todas estas interpretaciones son equivalentes y resultan en la misma predicción, pese a que ofrecen unas interpretaciones filosóficas muy diferentes.

¿Qué significa para un protón comportarse, a la vez, como onda y como partícula? ¿Cómo puede ser un antielectrón matemáticamente equivalente a un electrón moviéndose hacia atrás, en el tiempo, bajo determinadas circunstancias? ¿Qué implicaciones tiene este comportamiento para nuestra experiencia unidireccional del tiempo? ¿Cómo puede una partícula tele-transportarse a través de una barrera, mientras que un balón de fútbol no puede atravesar un muro de cemento? Las implicaciones de estas facetas de la mecánica cuántica aún siguen desconcertando a muchos de los que se interesan por ella. Algunos físicos íntimamente, relacionados con el esfuerzo por alcanzar las reglas de la mecánica cuántica, han visto este debate filosófico sobre la dualidad onda-corpúsculo como los intentos de sobreponer la experiencia humana en el mundo cuántico. Dado que, por naturaleza, este mundo es completamente no intuitivo, la teoría cuántica debe ser aprendida bajo sus propios términos, independientes de la experiencia basada en la intuición del mundo macroscópico. El teorema de Bell y los experimentos que inspira son un buen ejemplo de la búsqueda de los fundamentos de la mecánica cuántica[13].

Artesanías en el tejido del espacio-tiempo

Algo sabemos del universo, en lo que respecta a la materia luminosa, a la energía luminosa; nada sabemos del universo, en lo que respecta a la materia oscura y a la energía oscura. Sobre estas bases endebles es difícil sostener una teoría del universo; esta es una pretensión pretensiosa; en el mejor de los casos, son hipótesis interpretativas prospectivas; en el peor de los casos, es afirmar como verdad la mirada humana, que no está en condiciones de abarcar la complejidad del universo.

No intentamos hacer ninguna de estas cosas, solo queremos, sobre lo poco que sabemos, lo poco, entonces, que captamos de lo poco que se sabe, interpretar esta información, estos saberes, estas ciencias, en relación a la percepción del universo, percepción en el sentido de la fenomenología integral de las sensaciones, las imaginaciones, las racionalidades. Por lo tanto, percepción en sentido de la experiencia y la memoria como acontecimientos vitales. Interpretación, entonces, del universo, haciendo intervenir al cuerpo como totalidad estética. Así como interpretaciones desde la intuición como acontecimiento inmanente de la totalidad.

Decimos que la materia está viva, pues de lo que hablamos es de la multiplicidad plural de las interferencias e interacciones, en distintas escalas y niveles, que hacen a la materia. Hablamos de las leyes fundamentales que hacen al universo, que tienen que ver también con las formaciones diversas de la materia. Nos referimos a la dualidad onda-partícula, que revela las composiciones paradójicas de la materia, así como también composiciones dinámicas y en constante devenir. Sobre todo nos remitimos al placer de entregarse a la comprensión de los espesores que habitamos, los espesores del tejido del espacio-tiempo.

Estamos ante el acontecimiento creativo, múltiple y plural, de la vida, más acá y más allá de la mirada humana, incluso, más acá y más allá de la sensibilidad biológica. No hablamos sólo de memoria sensible, sino de memoria cósmica, por así decirlo.

Descartamos entonces la concepción vulgar de la materia como consistencia sólida; muy distante del materialismo vulgar, que tiene una concepción pétrea de la materia. Incluso separados del materialismo erudito, que reduce la materia a la mirada usual, al tacto del habitus, a la audición cotidiana, al olfato culinario. También críticos del materialismo dialéctico, cuya pretensión es ser síntesis del materialismo y el idealismo, tesis y antítesis; empero, lo único que hace es combinar los prejuicios de los materialismos positivistas y las teleologías de la negatividad idealista. La materia de la que hablamos es la de la complejidadcuántica, atómica, molecular, molar y social.—

[1] Eyvind H. Wichmann: Física cuántica. Berkeley Physics Course. Capítulo 3: Niveles de energía. Volumen 4. 1986.

[2] Ibídem.

[3] Ibídem.

[4] Ibídem.

[5] Ibídem.

[6] Ibídem.

[7] Ibídem.

[8] Eyvind H. Wichmann: Física cuántica. Berkeley Physics Course. Capítulo 4: Fotones. Volumen 4. 1986.

[9] Ibídem.

[10] Ibídem.

[11] Ibídem.

[12] Ibídem.

[13] Bibliografía: Nature, volumen 401, páginas de la 680 a 682: Waveparticle duality of C60 por M. Arndt, O. Nairz, J. VossAndreae, C. Keller, G. van der Zouw, A. Zeilinger, 14 de octubre de 1999. Naturaleza onda corpúsculo del Fulereno C60 (pdf). Referencias: • R. Nave. Dualidad Onda-Corpúsculo HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. • Anton Zeilinger. Difracción e interferencia con el fulereno C60. University of Vienna. Ver Wikipedia: Enciclopedia Libre. http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=96ee44072e74449e1b676f1b0d9c9902f64f0ec5&writer=rdf2latex&return_to=Dualidad+onda+corp%C3%BAsculo.