EL ÁTOMO Y EL PROBLEMA DE LA MATERIA: III PARTE

EL ÁTOMO Y EL PROBLEMA DE LA MATERIA  

III PARTE 

CRISIS Y HEURÍSTICA DE LAS CIENCIAS NATURALES

 

ENERGETISMO Y ATOMISMO

 

El orden del presente capítulo es el siguiente: la discusión entre Boltzmann y Ostwald, los seguidores de ambos pensadores y la partida que toma Mach con referente al atomismo y el energetismo.

Hasta ahora hemos expuesto una visión corpuscular de la materia, pero surgió en el siglo XIX otra tendencia que concibe la materia como producto de la energía, al igual que el calor, el movimiento, el trabajo, incluso la conciencia, como lo sostuvo Ostwald. Desde esta perspectiva, el concepto de fuerza viva propuesta por Leibniz y el de Newton en física con respecto al movimiento de los cuerpos no es más que energía en movimiento. Veamos la posición de Ostwald con respecto a la energía en sus “lecciones de filosofía natural,” ensayo colocado como apéndice por Heisenberg en sus fuentes históricas:

Los materialistas asumen también que el espíritu no es más que un efecto de la materia, y para apoyar esta tan extendida noción se aducen gran número de hechos experimentales. La energética puede utilizar en su propio servicio a las dos teorías mencionadas, ya que “acontecer físico” y “efecto de la materia” no significan para nosotros más que transformación de la energía.[1]

 

La fuerte crítica que recibió Ostwald se debió a la posición de Ludwig Boltzmann quien defendía un procedimiento atomístico, de ahí la famosa polémica decimonónica  y comienzos del XX entre energetistas y atomistas. Es conveniente aclarar que la posición de Boltzmann no es de corte tradicional, en el sentido de que no se trata de creer en la existencia real y ontológica de los átomos como ha ocurrido desde los antiguos griegos hasta Dalton, sino más bien, que en vez de sostenerse si los átomos existen o no, Boltzmann prefiere hablar de modelos e imágenes que tenemos de la naturaleza, por ello cree hipotéticamente en el átomo como uno de los mejores modelos mentales para explicar la naturaleza, modelos que son susceptibles de ser modificados por la experiencia científica cuando lo requiera:

Sobre la constitución del átomo no sabemos todavía nada y no lo sabremos hasta que no consigamos formar hipótesis a través de hechos observados por nuestros sentidos…Es sólo una hipótesis que existan semejantes cosas diminutas cuya reunión forman cuerpos perceptibles por los sentidos, como es una hipótesis que lo que nosotros vemos en el cielo está producido por cuerpos tan grandes y lejanos; como, en definitiva, en su sentido estricto es sólo una hipótesis que fuera de mí existan otros hombres que sienten alegría y el dolor, que existan animales, plantas y cuerpos minerales…Tal vez la hipótesis atomística sea desplazada por otras, tal vez ocurra, pero no es probable.[2]

No solamente es Boltzmann quien se adhiere a una representación mental de los fenómenos, según él mismo, Maxwell y Hertz también toman partida en el carácter heurístico de las teorías científicas*, dejemos hablar nuevamente a Boltzmann al respecto:

Éste (Maxwell) llamó a las hipótesis de Weber una «teoría física real», con lo que quiso expresar que su autor realmente las tomaba como la verdad objetiva, mientras que consideraba sus propias explicaciones como meras imágenes de los fenómenos. En relación con esto, Hertz hace tomar conciencia a los físicos de un hecho que los filósofos habían expresado desde hace tiempo: ninguna teoría es algo objetiva, algo absolutamente idéntico y parejo a la naturaleza; la teoría no es más que una imagen mental de los fenómenos, estando en la misma relación que el signo y lo designado…La pregunta sobre si la materia es un conjunto de átomos o si es un continuo se reduce a otra más clara ¿Puede el continuo dar una imagen mejor de los fenómenos?[3]

 

Esta posición de Boltzmann se diferencia abismalmente con las del resto de su contexto (y por qué no, del pasado científico) que tomaban al atomismo ontológicamente para explicar las propiedades de la electricidad, magnetismo, calor, gravedad, en función de dos clases de átomos; los de la materia y por otro lado los del éter, constituido por átomos más sutiles. En este clímax ya se concibe al átomo dentro de un campo electromagnético, este último como una especie de líquido sutil, refutando la teoría del átomo moviéndose aisladamente en el vacío, este vacío sería llenado por los campos electromagnéticos, “este es el motivo por el cual todas las fuerzas que aparecen en las ecuaciones de campos son aquellas que los campos ejercen sobre las partículas.”[4]

Tal vez esta posición sensata de Boltzmann se debió a que veía en los energetistas, especialmente en Ostwald, una creencia casi religiosa y dogmática de la energía. En la introducción que le hace Francisco Javier Odón a los “escritos de mecánica y termodinámica” de Boltzmann, resalta esta creencia en palabras del mismo Ostwald cuando escribe: “la energía constituye el motor inmóvil de la movilidad de los fenómenos y simultáneamente la fuerza impulsora que hace moverse el mundo los fenómenos.”[5]

La cita anterior es interesante porque queriendo Ostwald combatir la mecánica por ser una ciencia plagada de conceptos metafísicos termina siendo preso de su propia crítica; la energía como la describe es metafísica. En este sentido la metafísica para Boltzmann es algo inevitable, lo que lo hace tomar ventaja.

Otra interesante crítica que lanzó Boltzmann desde su atomismo metodológico fue con respecto al fenomenalismo, en el cual está incluido Mach y el energetista Duhem, quienes pensaban en una transcripción matemática de los fenómenos sin ir más allá de los mismos, por ello postularon que el átomo siendo un modelo, se alejaba mucho de la realidad a explicar y prefirieron darle primacía al cálculo diferencial, desde esta perspectiva la materia sería sólo un conjunto de ecuaciones diferenciales y un complejo de sensaciones. El átomo para los fenomenólogos, según Boltzmann, es una representación mental al igual que las construcciones de las ecuaciones diferenciales con su respectiva combinación de números y conceptos geométricos, claro está que para los fenomenólogos, las ecuaciones diferenciales se alejan menos de la realidad que la representación mental del átomo. Pero lo que no entendieron los fenomenólogos, era que Boltzmann una vez esclarecido el átomo como modelo, le insufla luego el cálculo diferencial, logrando así, tanto para la experiencia como para el pensamiento, la división del átomo-modelo, no hasta el infinito, porque eso no lo sabemos como tampoco conocemos una partícula que no se divida más, pero sí a grandes potencialidades finitas:

Del mismo modo pueden calcularse en general integrales definidas, que representan la solución de la ecuación  diferencial, sólo por medio de cuadraturas mecánicas, exigiendo así, una vez más, la descomposición en un número finito de partes… ¿No se aleja menos de los hechos la imagen que presupone un número grande pero finito de corpúsculos elementales?…La atomística aparece inseparable del concepto de continuo.[6]

 

Podemos deducir de esto el concepto de infinito como el límite de una medida finita que crezca continuamente. Así Boltzmann no comparte que el modelo de átomo sea menospreciado con respecto a los modelos de las ecuaciones diferenciales, ya que ambos postulan el concepto de límite, y por más que un científico no quiera ir más allá de la experiencia, termina haciéndolo, como es el caso de las construcciones mismas de las ecuaciones diferenciales para explicar la materia, los modelos atómicos y moleculares. Aparte del cálculo diferencial es clave el papel de la estadística gracias a la cual Boltzmann desarrolla una mecánica atomística que explica macroestados (fenomenológico) a partir de microestados (atómicos estadísticos).

Lo hasta aquí descrito demuestra (para ser más periférico con referente a la discusión entre energetistas y atomistas y no centrarnos solamente en Boltzmann y Ostwald) que en el siglo XIX había por parte de cierto grupo de científicos la creencia en la existencia material de los átomos. Pero lejos de que para esta época hubiera un acuerdo general  sobre la existencia de los átomos, lo que prevalecía por parte de la comunidad científica era una actitud instrumentalista del concepto de átomo. El atomismo era aceptado para explicar la formación de compuestos, pero no era aceptado el atomismo físico, a excepción en el campo de la teoría cinética de los gases. El átomo se entendía como una unidad de reacción química, pero no se aceptaba el átomo como una entidad material.

Pero esta disputa no se llevaría a cabo tan sólo en el campo de la química, ahora también la física se preocupaba por explicar la existencia de los átomos. Posteriormente hacia el año de 1850 aparece la teoría cinético-molecular de los gases desarrollada por los atomistas Rudolf Clausius, James Clerk Maxwell y el mismo Ludwig Boltzmann, que buscaban explicar la presión mediante el supuesto de que los gases están constituidos por partículas en movimiento libre que chocan incesantemente entre sí, como un modelo según lo hasta aquí explicado. Esta idea además de apoyar, también corregía en parte las teorías de Dalton.

Ya hacia 1860 con la llamada “hipótesis Avogadro” que permitía determinar con exactitud los pesos atómicos y las fórmulas moleculares, parecía que al fin se llegaba a un acuerdo acerca de la existencia de los átomos. Pero ni por el lado de los físicos ni tampoco de los químicos existía un acuerdo común. Como ya decíamos, en contra del atomismo se levantaban las voces en desacuerdo de Ostwald (químico energetista),  aparte de Pierre Duhem y Ernst Mach, tenemos también a Henri Poincaré, aunque a Mach no se le concibe propiamente como un energetista, más adelante veremos por qué.

Ostwald propone, como hemos explicado, el energetismo anteponiendo el concepto de energía como fundamental al de materia, reduciendo de esta forma los procesos químicos a la termodinámica, teniendo en cuenta que todos los procesos naturales deben ser entendidos como procesos de transformación de energía. Lo que buscaba Ostwald era reducir la mecánica a la termodinámica en oposición a la idea atomista de Boltzmann de reducir los procesos de la termodinámica a los de la mecánica. Ostwald no compartía esta opinión porque para él la energía no puede ser entendida como un proceso mecánico donde interactúan partículas, sino que la energía es un plenum. La materia no sería más que una manifestación derivada de la energía. Para Ostwald y Duhem, los átomos, moléculas, iones, debían ser tomados como ficciones matemáticas para explicar las operaciones de la energía, lo cual se relaciona con el fenomenismo físico-matemático de Ernst Mach, por ello el energetismo está inspirado en su filosofía.

Decíamos que Pierre Duhem adoptaba también la concepción energetista. Para él, esta concepción era ventajosa en la medida en que permitía prescindir de los átomos. Para Duhem los únicos enunciados susceptibles de verdad o de falsedad son los enunciados que expresan hechos de experiencia. Los otros que se usan en una teoría que no expresan hechos, no son ni verdaderos, ni falsos y se dividen en cómodo e incómodos. Lo que importa no es si los átomos existen o no, lo que importa es saber si esta postura es la más cómoda o no. (Quiero aclarar que la discusión entre energetistas y atomistas no es tan simétrica y paralela como aparenta ser, debido a que los energetistas sí negaban la existencia de los átomos pero los atomistas no negaban la energía).

Aunque Mach inspirara a Duhem, Ostwald y a Poincaré, no se le puede considerar como energetista, como ya lo anticipaba. Ernst Mach (1838 – 1916) fue un sabio naturalista que se preocupó por eliminar de la ciencia los conceptos metafísicos, haciendo una reflexión sobre los descubrimientos científicos del siglo XIX. En su madurez filosófica propone lo que él llama física fenoménica, que trata sobre los conceptos fundamentales de la física, que según su propuesta son post figuraciones de las experiencias reales. Mach pensaba que el energetismo se encontraba al mismo nivel heurístico del atomismo, por ello se diferencia Mach de ambas posturas.

Más aún, poco después rechazaría la existencia de los átomos. Con respecto a la mecánica clásica Mach ve que desde Demócrito hasta su tiempo ha prevalecido la tendencia de explicar todos los eventos físicos mecánicamente, y la física moderna no ha sido más que la liberación de esta concepción. De acuerdo con la filosofía fenomenalista de Mach, en el caso del átomo, éste no debe ser considerado como el objeto de estudio sino como una herramienta para representar los fenómenos, como lo afirma en la siguiente cita:

 

Desde el momento que conceptuamos la «materia» sólo como una idea simbólica que se da inconsciente y naturalmente a un complejo relativamente estable de elementos sensibles, este mismo concepto debe merecernos la artificiosa hipótesis de  los átomos y las moléculas de la Física y la Química… Son símbolos económicos de la experiencia físico-química. Pero no se debe esperar de ellos, como de los símbolos del Algebra, más de lo que en ellos ponemos; es decir, que no nos pueden dar más explicaciones ni relaciones que de la experiencia misma. Ya en el campo de la física nos hemos de guardar de una excesiva estimación de tales símbolos… Los átomos son meros símbolos de aquellos complejos característicos de elementos sensibles que encontramos en los estrechos dominios de la Física y la Química.[7]

Mach consideraba que el valor del átomo no superaba el valor heurístico del mismo, y aunque no creía en su existencia sí lo consideraba como una pieza para la descripción de fenómenos de cierto tipo.  Compara a los átomos con una función matemática que sirve para compendiar fenómenos y ordenarlos pero que carece de realidad objetiva. Para él, el átomo es una herramienta para representar fenómenos, entiende que la ciencia se encarga de la reproducción o de la representación de los elementos que llamamos sensaciones, las cosas son representaciones mentales, el mundo de la ciencia está constituido por representaciones y no por cosas. Cuándo un científico está dando una disertación sobre una teoría de la naturaleza, digamos, sobre el comportamiento ondulatorio de la luz a un público, ¿qué cambios ha tenido la naturaleza mientras él realiza su explicación? Es por eso que la ciencia debe ocuparse  del estudio de estas imágenes que son más fáciles de descifrar que los hechos mismos. La ciencia tiene la tarea de economizar. Condena con esto a los atomistas quienes quieren llegar a través de los instrumentos de la ciencia, más allá de los fenómenos. No es que la ciencia estudie la inercia, es que la inercia es uno de los mecanismos a través de los cuales corroboramos las teorías con el mundo de la experiencia. Para Mach los medios auxiliares mentales que utiliza la ciencia no pueden dejar de considerarse como lo que son, tan  solo medios para la representación y los científicos no deben caer en el grave error de centrar sus investigaciones en estos ejemplos creyendo que éstos existen en una realidad exterior al pensamiento.

La crítica que hace Mach frente a la física de Newton, tanto en las teorías del macrocosmos como en las del microcosmos, se pueden resumir en una pregunta: ¿por qué ese anhelo de explicar lo real por medio de lo irreal, o como diría Popper, lo conocido por lo desconocido? Por  ejemplo; Newton creía que todos los movimientos en el universo, eran movimientos con respecto a un absoluto, en este caso el espacio y el tiempo que tuvo que representar matemáticamente en una fórmula. Se pensaba con Newton que si dejase de existir el movimiento y la materia el espacio y el tiempo seguirían existiendo con atribuciones absolutas.

Hay que tener en cuenta que Newton fue un creyente y que tal vez estaba obsesionado con la idea de un Dios absoluto que pudo haber influenciado para los caracteres del espacio y el tiempo. Por lo menos Mach en vez de trabajar con conceptos como espacio y tiempo absolutos no perceptibles,  los reemplaza por las estrellas fijas como algo convencional.

El siglo XIX es un siglo en el cual se han presentado crisis en los fundamentos de las ciencias debido a la gran proliferación de teorías como lo atestigua el presente trabajo y la cita de William James a continuación:

Hasta 1850 todos creían que las ciencias expresaban verdades que eran la copia exacta de un código definido de realidades no-humanas. Pero la enormemente rápida proliferación de teorías recientes ha destruido la noción de que cualquiera de ellas sea de una clase más literalmente objetiva que otra. Existen tantas geometrías, tantas lógicas, tantas hipótesis físicas y químicas, tantas clasificaciones, cada una de ellas buena para tanto y sin embargo no lo suficientemente buenas para todos. [8]

 

Las escenas finales sobre las discusiones que hemos venido exponiendo se desarrollaron a comienzos del siglo XX debido al estudio que ofreció Einstein en 1905 al supuesto movimiento aleatorio de partículas microscópicas en un fluido, conocido como movimiento browniano, debido a las observaciones del botánico escocés; Robert Brown, quien había tratado de descifrar porqué los granos de polen suspendidos en el agua se mueven con rapidez de un lado a otro sin causa aparente alguna. Einstein combatió esta aleatoriedad, basándose en la teoría cinético-molecular explicando el movimiento errático de las partículas como resultado de las colisiones de las moléculas del líquido contra ellas, ofreciendo una ecuación para calcular el desplazamiento medio de una partícula, en donde aparecía una constante N. Esto fue refinado y con favorables resultados por Perrin en 1908 ¿Qué decían los susodichos decimonónicos a comienzos del siglo XX? Oswaltd y Poincaré comenzaron a reconocer el atomismo y su carácter no aleatorio, pero Mach y Duhem permanecieron reacios. Sin embargo, con la llegada de la física cuántica Mach y Boltzmann toman ventaja, primero porque la nueva física no estaba ya basada en una concepción mecanicista del mundo, y segundo porque los supuestos átomos ya no eran indivisibles. Antes de darle relevancia a Ernst Mach en nuestro siglo, analicemos un poco lo que ha pasado desde el físico Max Planck en adelante y su teoría de los cuantos.

 

FÍSICA CUÁNTICA

Cuando se habla de física cuántica como un cambio de nuestra imagen de la naturaleza, nos remontamos al nombre de Max Planck junto con el de Ludwig Boltzmann (aclaro que a Boltzmann se le encasilla en la mecánica estadística y no en la física cuántica, son dos campos diferentes), este último por querer explicar el carácter irreversible del segundo principio de la termodinámica en términos estadísticos, especialmente en el caso de los gases, donde el grado de certeza ya no es el que se deriva de una ley determinista, sino por leyes de probabilidad, por ejemplo: el movimiento libre de las moléculas en el estado gaseoso de la materia, va de lo menos probable a lo más probable según Boltzmann, aunque el comportamiento de la partícula individual sigue siendo determinista.

 

Pero es Planck quien logra un cambio radical. En la mecánica clásica el concepto de continuo armonizaba a la hora de hablar de móviles que pasan de una velocidad inicial a una velocidad final obedeciendo durante el proceso velocidades intermedias que varían de forma continua. Otra cantidad continua es la energía total de un sistema de partículas y campos. Con Planck se piensa que la emisión de energía radiante no puede variar de manera continua, sino por saltos abruptos entre ciertos valores distintos y en cantidades determinadas llamados cuantos de energía. Pensemos en un pedazo de hierro al rojo vivo, este pedazo de hierro emite y absorbe energía en forma de partículas o cuantos discreta y discontinuamente, a golpes, suponiendo que las partículas que se encuentran en las paredes del cuerpo (en este caso el hierro al rojo) absorben y emiten la radiación son osciladores armónicos, trayendo como consecuencia un fenómeno estadístico. A partir de Planck surge una inquieta preocupación por el microcosmos. Einstein supone que la energía en la onda electromagnética no se distribuye de manera continua en los frentes de onda, como lo requiere la teoría electromagnética clásica, sino que se encuentra en paquetes discretos que pueden ser absorbidos por los electrones del cuerpo negro, supone que estos paquetes discretos, que son partículas de luz llamados por él fotones, puede interactuar con un electrón ofreciéndole, ipso facto, toda su energía (efecto fotoeléctrico), esto hace pensar en un carácter dual de la luz como onda y como partícula, pero esto lo discutiremos más adelante. Otra influencia que generó Planck fue en la construcción de los modelos atómicos, como fue en el caso de Niels Bohr.

 

J. J. Thomson había demostrado que existía una partícula llamada electrón utilizando un dispositivo como el tubo de un televisor, donde un filamento metálico incandescente disparaba electrones que podían ser desviados por medio de un campo eléctrico hacia una pantalla, así, el choque de los electrones en la pantalla genera destellos luminosos. Lo anterior llevó a Ernest Ruthenford, interpretando su propio experimento en 1911, a modelar la estructura del átomo formado por un núcleo con carga positiva rodeado por X números de electrones negativos. Bohr lo que hace es tomar el mismo modelo de Ruthenford, se imaginó la estructura del átomo como un pequeño sistema solar formado por un núcleo-sol rodeado de electrones y protones que hacen las veces de planetas, surgiendo así un equilibrio dinámico que se explica con la física clásica. Pero el paso de un electrón de un nivel orbital a otro se explica con la teoría cuántica, pues dicho salto, es un salto abrupto por liberar energía en forma de cuantos. Las dificultades de este modelo están precisamente en combinar de forma híbrida la mecánica clásica con la teoría cuántica y que los electrones al desplazarse a gran velocidad deberían emitir radiaciones luminosas, cosa que no sucede. Hasta aquí muchos creyeron que la materia estaba constituida por moléculas, y las moléculas por átomos,  los átomos por un núcleo rodeado de electrones, y el núcleo mismo de protones y neutrones, la pregunta sería ¿serán estas las partículas elementales de la materia? Desgraciadamente no, cada una de estas partículas se puede dividir ya sea artificialmente por medio de máquinas aceleradoras de partículas o naturalmente por los rayos cósmicos de alta energía provenientes del espacio exterior. Estas colisiones, ya sean del núcleo, del electrón, etc., generan nuevas partículas debido a la siguiente explicación: al colisionar dos partículas, cada una libera energía en forma de otras partículas que serían los cuantos de energía de Planck, esto responde lo ya señalado por Einstein en su teoría de la relatividad especial, sobre la transformación de la energía en materia, la famosa fórmula que establece que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma, en este caso la materia y las partículas mismas serían transformaciones de la energía (percibimos la manifestación de la energía, pero no la energía misma, al igual que percibimos que los cuerpos ocupan un espacio pero no detectamos ni sabemos nada del espacio mismo). Esto de cierta forma responde a la discusión entre energetistas y atomistas y deja de rivalizarlas.

 

Aunque estamos hablando de la desintegración del átomo en su núcleo, no podemos predecir con exactitud cuándo va a suceder, como tampoco el salto de un electrón de un nivel orbital a otro en el modelo de Bohr, lo que gobierna aquí son leyes probabilísticas, un ejemplo de ello es el televisor: la imagen que vemos en el televisor es el resultado de un gran número de electrones en juego y el efecto acumulado de los electrones probabilísticamente se puede predecir:

 

Sin embargo, es imposible saber qué punto de la pantalla incidirá un electrón particular. La llegada de este electrón a un lugar y la imagen que produce son inciertas. De acuerdo con la filosofía de Bohr, las balas procedentes de un cañón ordinario siguen un camino preciso hacia el blanco; pero los electrones disparados por un cañón de electrones simplemente aparecen en el blanco.[9 

Decíamos atrás que la explicación de Einstein conlleva a un carácter dual de la luz, tema crucial de la física cuántica. Newton creyó que la luz estaba constituida por corpúsculos, el Holandés Christian Huygens afirmó que la luz consiste en un movimiento ondulatorio que se transporta a través de una materia negra esparcida por todo el espacio llamada éter, en analogía de como lo hace el sonido a través del aire, explicando a su vez el fenómeno de interferencia; cuando coinciden dos ondas, difracción; cuando una onda tropieza con un obstáculo y lo rodea, y el de refracción; cuando un haz de luz traspasa un prisma. James Clerk Maxwell postuló que la luz es radiación electromagnética (recordemos que Maxwell las postuló como imágenes de la realidad) convirtiendo así la óptica en un estudio de la electricidad. Hoy en día se ha comprobado que la luz se comporta como onda y como corpúsculo, como onda en el caso de los fenómenos de difracción, refracción e interferencia y como partícula cuando interactúa con electrones y cuerpos radioactivos. Otros científicos llegaron más lejos como Louis De Broglie, quien concibió que toda partícula está acompañada de un fenómeno ondulatorio, después de haber meditado sobre la teoría ondulatoria de la luz y los logros del efecto fotoeléctrico, pues al iluminarse un pedazo de metal, por ejemplo, se ve que dicha materia expulsa electrones en rápido movimiento, y que la velocidad de los electrones expulsados no depende más que de la longitud de onda de la radiación, de esta forma la onda (advierto que su naturaleza es desconocida) de alguna manera guía el movimiento corpuscular, el corpúsculo sería como una especie de accidente local en el seno de un fenómeno ondulatorio extenso, dicho esto, las partículas también pueden presentar fenómenos de difracción, refracción e interferencia. De Broglie llegó a la conclusión de que onda y corpúsculo se complementan, esto quiere decir que no solamente la luz presenta esta doble naturaleza, sino cualquier pedazo de materia, pues los corpúsculos que conforman, digamos, un pedazo de madera, están acompañados a su vez por una onda, precisamente esto es lo que da a entender De Broglie: “Vemos, pues, que la materia, al igual que la luz, se halla formada por ondas y corpúsculos. Materia y luz se muestran mucho más semejantes en su estructura de lo que antes se pensaba.”[10]

Esta conclusión no es tan descabellada si recordamos que los rayos X al ser producidos por el choque de rayos catódicos se obtiene una longitud de onda mil veces más pequeña que la de la luz visible, experimentando también los fenómenos de reflexión y refracción.

Existe un experimento de Thomas Young que recibió el nombre de experimento de la doble rendija, para el caso onda-partícula de la luz. Imaginemos que iluminamos una lámina opaca con dos rendijas, y que del otro lado de la lámina esté una pantalla donde se proyecte la imagen de las rendijas ¿cuál es el resultado? Las ondas de luz que pasan por cada rendija se solapan creando así, interferencia, como dos ondas que se tropiezan en el agua cuando dejamos caer dos piedras alejadas frente a frente. La proyección en la pantalla no es como ingenuamente se espera, dos manchas borrosas, sino un sistema de franjas claras y oscuras indicando dos trenes de ondas que han llegado en fase y desfasadas. ¿Qué pasa si en vez de luz dejamos pasar un fotón por una de las rendijas? Se obtiene el mismo sorprendente resultado, a pesar de que se requiera para la interferencia dos trenes de ondas para cada rendija. Esto también se ha hecho con electrones y otras partículas subatómicas obteniéndose el mismo resultado, lo que ha llevado a pensar en una partícula fantasma, que aunque estén separados, cada fragmento está influido por el otro según Einstein, y Bohr habló de dos mundos posibles, el que pasa por la rendija A y el que pasa por la rendija B, ambos mundos están presentes de algún modo a la vez, como un híbrido (tengamos en cuenta que el concepto de trayectoria en la física cuántica rompe con lo clásico). Sobre los modelos atómicos, siendo Bohr uno de los primeros creadores, previene de una posible exageración por parte de los científicos del valor representativo que la ciencia habría descargado en los requerimientos plásticos para la representación de las teorías y también afirma, que si no se descarta la necesidad de claridad por medio de  la plástica no se podrá construir la física atómica.

 Posteriormente con Heisenberg, que me sorprende con la concordancia de algunas de sus tesis y las de Mach, afirma en 1952, sobre la partícula subatómicas lo siguiente: Una partícula elemental no es una partícula elemental material en el espacio y en el tiempo, sino de algún modo, solo  un símbolo con cuya introducción  las leyes de la naturaleza asumen una forma especialmente simple. Esta aseveración de Heisenberg se debe a que no podemos establecer la velocidad y posición de una partícula al mismo tiempo, o sabemos su velocidad o sabemos su posición, pero no las dos a la vez, ya que nuestra observación por medio de microscopios modifica el comportamiento de las partículas. Esto también se puede extrapolar al experimento de la doble rendija, donde nos enfrentamos a fenómenos no observados, por ejemplo, ¿dónde está la otra partícula que debe pasar por la otra rendija para generar las interferencias en la pantalla? De ahí que hablemos simbólicamente de partícula fantasma o mundos posibles unidos híbridamente.

 Actualmente la tecnología científica por medio de la aceleración de partículas y posterior colisión de las mismas, consigue la división de las partículas en muchas subpartículas que luego se clasifican de acuerdo con su composición. De allí que se hable de positrones, neutrinos, mesones, tanto ligeros como pesados, antiprotones, antineutrones, leptones, hadrones y quartz, etc. De acuerdo a estos experimentos científicos podemos pensar que el hombre no descansa en su búsqueda de una partícula elemental sobre la cual pueda edificar sus teorías. Gracias a los aportes de Ernst Mach y a las discusiones del siglo XIX, muchos científicos ya no consideran a estas nuevas partículas como elementales ni tampoco como elementos constitutivos de la realidad, sino como las herramientas (tools) a través de las cuales las teorías pueden ser contrastadas con la realidad. Esto no quiere decir que dichas partículas no sean reales, más bien lo que se quiere decir es que no son átomos o partículas indivisibles y que independientemente de que las observemos no son como la modelamos.

 Los científicos tienen un afán por encontrar su apoyo en partículas elementales, pero como ya lo anticipara Mach y Boltzman, en especial Mach, estas no deben considerarse como elementos de la realidad física, sino como elementos representativos de la realidad. Es como en el caso de las teorías musicales, a saber, donde el intervalo de una nota a otra, digamos, de DO a RE es de un tono, y de DO a DO# medio tono. La música dodecafónica por ejemplo,  prosigue la división en cuartos de tonos. Matemáticamente se podría seguir hasta el infinito, pero nuestro aparato auditivo y cuerdas vocales no lograrían captar y evocar los innumerables sonidos que exigen las matemáticas. Por consiguiente, al plantearse cuál es la partícula elemental de la materia, de manera análoga nos preguntamos en la música, cuál es el sonido elemental que conforman las teorías musicales. Como lo dice Mach, los átomos sólo podrían existir como existen las fuerzas e incluso como existen las sillas, es decir, como símbolos mentales que compendian sensaciones, las cuales, para Mach, son la única realidad.

Pero, ¿cuál es el aporte que hace Mach a la ciencia moderna? Seguir con la tarea de rastrear los posibles conceptos metafísicos con que podrían trabajar los científicos, como por ejemplo, la creencia de que la luz se propagaba por medio de una materia oscura e imponderable a la cual llamaron “Éter” en analogía como lo hace el sonido a través del aire, y, además, reconocer los objetos de estudio de la ciencia como representaciones mentales.

También se ha propuesto a mitad del siglo XX (1960) el quebrantamiento del modelo estándar cuadridimensional del espacio reemplazándolo por un modelo de once dimensiones, incluso veinte (supercuerdas), donde las partículas subatómicas estaban compuestas por una sola dimensión, o se evade hablar de puntos de materia para reemplazarlo por cuerdas, también de una o dos dimensiones, siendo de esta manera casi imperceptible, citemos a Stephen Hawking al respecto:

En las teorías de cuerdas, lo que anteriormente se consideraban partículas, se describen ahora como ondas viajando por la cuerda, como las ondulaciones de la cuerda vibrante de una cometa. La emisión o absorción de una partícula por otra corresponde a la división o reunión de cuerdas.[11]

 

Seguidamente Hawking coloca el ejemplo de la fuerza gravitatoria del sol sobre la tierra, que desde una perspectiva corpuscular se describe esta fuerza como causada por una partícula llamada gravitón emitida por el sol y su absorción por otra partícula en la tierra, imaginémonos ahora al sol y la tierra como dos entes opuestos verticalmente y que el proceso de emisión y absorción de partículas descrito anteriormente, en vez de imaginarnos partículas-gravitón viajando transversalmente del sol a la tierra, imaginemos esta interacción como fragmentos de cuerdas que se extienden en otros trozos de cuerda, formando una H, como diría Hawking, como en una tela de araña. El hecho de que no veamos este enramado de cuerdas, se debe a que solamente notamos una dimensión temporal y tres espaciales, para esto Hawking coloca el ejemplo de la superficie de la naranja, que si se la mira desde lejos la vemos como lisa pero si nos acercamos percibimos sus arrugas y poros, “lo mismo ocurre con el espacio-tiempo: a una escala muy pequeña tiene diez dimensiones y está muy curvado, pero a escalas mayores no se ven ni la curvatura ni las dimensiones extra.”[12]

    SUPERCUERDAS

En vez de creer que estas supercuerdas existen realmente, lo más sensato es concebirlas como modelos para describir la realidad (de todos modos recalco que esto es física teórica, aún sin base empírica, en estado hipotético reforzado por las matemáticas). Esto con lo referente a los posibles conceptos metafísicos. Con esto no se quiere decir que la ciencia deba operar sin categorías metafísicas, lo que queremos decir es que los científicos deberían tener conciencia de ello para así poder superarlos cuando sea conveniente, en este sentido nos alejamos de Mach quien quiso desterrar a la metafísica del todo.

Siendo muchos los datos sueltos sobre la física de nuestra época me tomaré la tarea de organizarlos del siguiente modo:

·      Se ha mostrado hipotéticamente de acuerdo a la experiencia, que el átomo no es una partícula elemental, lo contrario, que es complejo, inestable y que cada partícula contiene energía que se manifiesta en otras partículas llamadas cuantos de energía, lográndose la transformación de la energía en materia y viceversa.

·      Los conceptos de átomo o partícula elemental deben ser revisados y guiados por experimentos científicos y tecnológicos, y no solamente por la especulación racional como la ofrecida por los antiguos griegos, aunque admito que con un toque de experiencia primitiva. Esta revisión y guía se hace por medio de modelos mentales susceptibles a ser modificados por nuevas experiencias.

·      Ya no se concibe al átomo aisladamente en el vacío, sino en medio de campos electromagnéticos e incluso acompañado por una onda.

·      El átomo se le encasilla dentro de procesos estadísticos y probabilístico y no dentro de procesos mecánicos deterministas.

·      No se trata de decir si los modelos o teorías sobre la estructura de la materia son verdaderos o falsos, sino cuáles son los que más se aproximan a la realidad y no entran en contradicción con la experiencia científica.

Algo más sobre el carácter hipotético de las teorías científicas. El hecho de que el energetismo y el atomismo están al mismo nivel heurístico; ¿quiere decir que tanto las antiguas teorías sobre la estructura de la materia como las actuales, también lo estén, incluyendo propuestas como la homeopatía, la parapsicología y demás posturas “supersticiosas”? Para un postmoderno la respuesta es afirmativa, lo que daría paso a un anarquismo, donde todas las teorías e hipótesis son plausibles, pero no es esto lo que se pretende justificar, sino que para evitar dicho anarquismo, las hipótesis, modelos, teorías metafísicas y los principios mismos de la ciencia que se proponen (ya que la física moderna no es solamente física de imágenes sino también física de principios*), deben ser contrastadas con la experiencia científica y tecnológica, y las que no se ajusten de forma más precisa a los resultados obtenidos, las apartamos de nuestra investigación, quedándonos con las que más se muestren acorde a los fenómenos que estudiamos, con esto no se trata de descartar los conceptos metafísicos, como ya se ha dicho, porque ninguna ciencia puede prescindir de dichos conceptos, más bien se trata de establecer con qué clase de conceptos metafísicos estamos trabajando, si es una cómoda e incómoda metafísica. Los conceptos de materia, átomo y energía, centrales de este trabajo, son conceptos y categorías metafísicas, ojo, no entes, pero dan cuenta de manera aproximativa a los resultados de la experiencia científica y tecnológica, como los conceptos metafísicos de espacio y tiempo en física, llamado por los seguidores de Mach (circulo de Viena) términos teóricos.

 

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[1] Ibíd. P. 177.

[2] Boltzman Ludwig, Escritos de mecánica y termodinámica, Madrid, Alianza, 1986, P. 62.

* Esta concepción se llama Instrumentalismo, es antigua pero se acentúa cuando la física penetró el micromundo; el filósofo más conspicuo en ésta línea, en la época de Boltzmann y Ostwald fue Pierre Duhem, energetista.

[3] Ibíd. P. 152-3.

[4] Bunge Mario, Crisis y reconstrucción de la filosofía, Barcelona, Gedisa, 2002, P. 66.

[5] Ibíd., P. 37.

[6] Ibíd., P. 110-11.

[7] Mach Ernst, Análisis de las Sensaciones, Madrid, Biblioteca Científico-filosófica, 1925.

[8] James, William. Pragmatismo.

[9] Davies Paul, Dios y la nueva física, Barcelona, Salvat, 1986, P. 121.

[10] Heisenberg Werner, La imagen de la naturaleza en la física actual, Barcelona, Seix Barral, 1957, P. 204

[11] Hawking Stephen, Historia del tiempo, Barcelona, Crítica, 1988, P. 207.

[12] Ibíd., P. 210.

* Para este tema recomiendo el libro; "el problema del conocimiento" tomo IV de Ernst Cassirer, especialmente el capítulo titulado "fin y método de la física teórica."