Qed, la extraña teoría de la luz y de la materia, de Richard Feynman

“Mis estudiantes de Física tampoco lo entienden. Yo tampoco. Nadie lo entiende”[1]

“Hay que reeducar entonces a los científicos y hacerlos verdaderos buscadores de la verdad. Hay que modificar la mentalidad y hacerla más abierta, partiendo de que el ser humano jamás posee la verdad absoluta y que todo lo que considera verdad, sólo lo cree así hasta que no se demuestre lo contrario. Y cuando se demuestre lo contrario hay que saber tirar por la borda los viejos conceptos y los viejos esquemas y métodos que llevaron al error. La antigua y atemporal Sabiduría no es pan de todos los días, pero puede acompañar a los nuevos conocimientos y guiarlos en sus orientaciones eclécticas. No hay que despreciar a priori ningún camino que pueda ser recorrido y tratar de llegar por él hasta el final, dejando los intereses creados de lado.”[2]

Acabo de terminar de leer el libro de Richard P. Feynman: “QED, la extraña teoría de la luz y de la materia”. QED es Quantum Electro Dynamic, la Teoría Cuántica Electro Dinámica, la que estudia la interacción de la luz con la materia, más en concreto, fotones con electrones. El libro es la edición de cuatro conferencias impartidas por el Físico americano en 1983 en la Universidad de California, Los Ángeles, para un público general. A pesar de la enorme capacidad didáctica del Nobel, la gracia de sus explicaciones y el humanismo que desborda en cada una de sus reflexiones, al público no especializado no le debió ser nada fácil seguir los razonamientos y ejemplos de Richard Feynman. En la segunda conferencia comenta, medio en broma, que prácticamente no había nadie de la primera, asunto difícil, pues él no se detiene a reexplicar el asunto ya tratado. La culpa la tiene también, desde luego, el misterio incomprensible de la teoría cuántica, que desafía todo esfuerzo de la razón para comprenderla, o de hacerse una imagen mental de qué está sucediendo realmente, pues incluso la relación causa efecto es quebrada y las partículas, en sus famosos diagramas viajan hacia atrás en el tiempo.

En la primera conferencia describe las propiedades de los fotones y las probabilidades que tienen de atravesar o reflejarse en un vidrio. El hecho de poder medir el paso de un solo fotón con un fotomultiplicador es lo que ha permitido la verificación experimental de toda esta teoría cuántica. Sabemos, por ejemplo, que salen 100 de una fuente de luz y que llegan 4 después de reflejarse en un cristal transparente, se analizan pues las probabilidades de que un fotón concreto se refleje o no y por qué.

En la segunda, describe según la Electrodinámica Cuántica, en qué consiste la reflexión y refracción de la luz. En esta teoría, corroborada una y otra vez por precisos datos experimentales, la luz no viaja en línea recta, sino que sigue infinitos caminos para llegar de un punto a otro, cada uno de ellos con una diferente probabilidad, que es la que se estudia con flechas de una magnitud x que van girando según la frecuencia del fotón que se desplaza (como en los números complejos).

En la tercera conferencia explica en qué consisten los llamados diagramas Feynman y cómo trabajar con ellos, sin entrar en la formulación matemática de las ecuaciones de onda, que dice, lleva varios años de la carrera. Con estos diagramas, de uso extendido en todo el mundo, se resumen geométricamente difíciles cálculos de matrices y con ellos explica todas las formas posibles de interacción entre fotones y electrones (incluida la de los que viajan al contrario en el tiempo, que en nuestro tiempo real serían positrones, la antipartícula del electrón). Se describen, como naturales en esta teoría (y la imposibilidad fáctica de comprender qué pasa exactamente) los fenómenos de la doble rendija y el principio de incertidumbre de Heisenberg.

En la cuarta se explican algunas de las dificultades de esta teoría y se habla sobre el misterioso número 137.035 o constante de estructura fina, que en esta teoría cuántica mide la fuerza de interacción entre electrones y fotones y es llamada constante de acoplamiento de ambos. Es un valor que sólo puede deducirse experimentalmente, no de la teoría. Como dice el mismo Feynmann: “¿Les gustaría saber de dónde viene este número para un acoplamiento: está relacionado con Pi o tal vez con la base de los logaritmos naturales? Nadie lo sabe. Constituye uno de los más malditos misterios de la física: un número mágico que llega hasta nosotros sin que el ser humano sepa cómo. Podemos decir que “la mano de Dios” escribió este número, pero “no sabemos cómo Él usó el lápiz”.

En esta conferencia describe también las partículas del núcleo atómico y las interacciones que las vinculan (las llamadas fuerza fuerte que une a los quarks y la débil que permite la desintegración del neutrón, por ejemplo), asunto de la llamada Cromodinámica cuántica, y en que se multiplican por cientos las partículas que surgen en experimentos de altas energías. Al final reflexiona sobre la posibilidad de una teoría de la  gravedad semejante a la QED, pero de la cual dice no hay ni experiencias precisas ni una teoría razonable.

En el famoso experimento de la doble rendija, el siempre práctico Feynmann no entra en las elucubraciones onanismáticas de si el observador determina qué sucede con la trayectoria del electrón, pues parece que al no ser mirado se desdobla en dos, pasa por las dos rendijas a la vez e interfiere ondulatoriamente consigo mismo, y al hacerlo ya no. En realidad no hay ningún observador o sujeto, simplemente hay medición o no la hay, es el hecho de la medida lo que determina lo uno o lo otro. De ahí que una de las teorías actuales es que simplemente la onda colapsa y se comporta sólo como partícula cuando se mide, pues evidentemente toda medición tiene que ser una forma de interacción de lo que se quiere medir con el instrumento que mide, si no, no podríamos medir.

Es asombroso cómo en esta teoría, la QED, lo que mantiene a los electrones confinados en el átomo en sus orbitales es el intercambio continuo de fotones entre los electrones y el núcleo. Y es que, según ella, salvo lo que sucede en el interior del átomo, y la gravedad; la luz y sus interacciones con la materia determinan, dice Feynman todas las que llamamos “leyes de la naturaleza”, las propiedades de todos los elementos químicos, sus interacciones y formación de moléculas (o sea la química entera de la vida), en fin, todo lo que existe. La luz es así, no sólo el aglutinante, sino la “gran madre” donde se gesta la naturaleza de todo lo que existe (la gravedad y física del núcleo atómico quedan excluidas, dice, en esta Teoría). Podríamos ver entonces la historia del universo en un diagrama de Feynman colosal, donde pasado, presente y futuro son los movimientos zigzagueantes de un solo punto, el electrón en un océano inmóvil de luz, un concepto muy semejante al Fohat de la cosmogonía hindú.

De todos modos la lectura de esta obra deja un cierto desasosiego. Parece como si la Física hubiese renunciado a explicarse el por qué de los fenómenos, a comprender el significado de las leyes de la naturaleza y se hubiera quedado en el cómo funciona.

“La razón siguiente por la cual podrán pensar que no me están entendiendo se funda en que, mientras les describo cómo funciona la Naturaleza, en no entender por qué Ella lo hace de esta manera. Pero nadie lo comprende. Y no puedo explicar por qué la Naturaleza funciona de este modo peculiar. (…) En vez de eso lo importante es que la teoría dé o no previsiones importantes de acuerdo con la experiencia. No es una cuestión de que la teoría sea filosóficamente agradable, fácil de entender o perfectamente razonable desde el punto de vista del sentido común. La teoría de la electrodinámica cuántica describe a la Naturaleza como absurda desde el punto de vista del sentido común. Y está completamente de acuerdo con la experiencia. Espero, por tanto, que acepten a la Naturaleza como Ella es, absurda.”

Esto es desde luego, pero sólo en apariencia, una “puñalada” al concepto de Cosmos de la filosofía griega en que la Naturaleza es un orden manifestado, la cristalización de un Pensamiento divino o Logos, en que todo tiene un sentido implícito en la gran corriente de la Existencia. En realidad no es así, no es tal “puñalada”, pero desde la perspectiva de la Filosofía de la Ciencia, interesa la historia y desarrollo de la misma en relación con el significado de lo que observamos. Siendo la Ciencia la suma del conocimiento aceptado como tal en una época, esto es, la suma de imágenes mentales o conceptos por medio de los cuales entendemos o creemos entender la naturaleza de lo que nos rodea. La ciencia es la búsqueda de la verdad, que incluye mas sobrepasa al “cómo funciona”, y no se puede negar la existencia de esta verdad, en un sentido amplio –no la Absoluta Verdad- pues entonces tampoco podríamos saber “cómo funciona”. “Hipotheses non fingo” dijo Newton, evocando el pensamiento de Ockham con su famoso “principio de la navaja”. Pero este científico, paradigma del buscador de la verdad en la Naturaleza –y el más grande de los Físicos, sin ninguna duda, en la Historia de la Ciencia- buscaba siempre dar respuesta a aquello que observaba o experimentaba, y éste es el verdadero método científico inductivo-deductivo. Ahora, por el contrario, buscamos encontrar en el universo aquello que “hipotetizamos” o hacemos experimentos para hallar tal, y tal es nuestro énfasis y a veces obsesión que generalmente creemos encontrar lo que pensamos que es cierto, por el hecho de pensar que somos geniales. En vez de decir “no sé” y esperar. Cuando Newton elaboró la teoría de la gravedad, de que la fuerza que hace caer los sólidos es la misma que mueve a los planetas en sus orbitas, al principio se encontró con resultados experimentales diferentes de sus deducciones. Él no se empecinó y tampoco cambió inmediatamente su teoría o hipótesis (en la terminología actual), simplemente guardó su teoría en el cajón y se puso a trabajar en otros asuntos, pues tantas infinitas verdades le esperaban. Y seguro que no quemó los papeles pues tenía la serena intuición de que esta teoría era válida, ya que si no la quiso defender a cualquier precio (al precio de la verdad), tampoco la desechó. Hoy nos falta esta ecuanimidad, da igual lo espectral que sea la hipótesis que se le pase por la cabeza al “experto”, ahora, como loco, se pone a intentar verificarla, pues es suya, es su hija, y por tanto más valiosa que la Verdad. El principio de falsabilidad de Karl Popper, de intentar “probar a fuego” la hipótesis con contraejemplos y buscarlos en la naturaleza, es teórico, en realidad rarísima vez se aplica, y la más aparentemente sólida de las teorías tiene terribles contraejemplos incómodos en los que simplemente se mira hacia otro lado. Por ejemplo la del Big Bang, o incluso la de la Gravedad, con miles de testimonios serios de levitación de santos, médiums o endemoniados, a la vista de cientos de personas simultáneamente cada uno de ellos, y con seria experimentación científica al respecto, como la de William Crookes. ¿O es que mentían, por ejemplo Santa Teresa o San Juan de la Cruz cuando decían que levitaban, o los testigos de las levitaciones de Santo Tomas de Aquino cuando estos testimonios fueron los que le otorgaron precisamente la santidad “legal”? Un científico, o cualquier otro sereno buscador de la verdad, nos podría decir que la Luna es cuadrada, y ciertamente que lo es con un determinado achatamiento, o sea un lógico margen de error, y la prueba es que la vemos cuadrada, doblando un poco los lados (ese es el margen de error), y así con decenas de teorías actuales. Hay que leer en los hechos, y no decirle a los mismos que es lo que tienen que decir. Hoy los paradigmas son tan pétreos, más poderosos quizás que nunca en la historia de la Ciencia, y lo hemos visto por ejemplo con el neodarwinismo, que aun imposibilitado de explicar las complejidades y perfecto diseño de la biología molecular, sentenciaba a la muerte académica (hace treinta años, ahora ya no puede) al que dudase de su credo infalible e inefable, porque nadie podía hablar en contra de él. Inventamos constantes nuevas y sin ningún tipo de sentido, para que el hecho se ajuste a nuestra teoría. Inventamos términos nuevos para lo mismo, y ajustamos, por ejemplo, los porcentajes de materia oscura y energía oscura que hay en el universo para no tener que mover ni un milímetro de su pedestal a nuestra teoría actual de la gravedad, que quizás, como decía H.P.Blavatsky, sea una consecuencia muy secundaria del Electromagnetismo, lo que también pensaba Nikola Tesla (en su llamada “Teoría Electrodinámica de la Gravedad”). Algo quizás mejor que la danza nunca encontrada e inexplicable de los gravitones. Repito que hay que leer en los hechos, experiencias y experimentos, pues así avanzó siempre la verdadera ciencia, y no renunciar a elaborar imágenes mentales para explicar la realidad, aunque cuando sea necesario, esperar, y debamos entonces simplemente decir no sé. Pero no decir que no hay causa, ni una explicación, ni una imagen mental con que comprender si no ahora, mañana, lo que sucede. Pues aunque la raíz ultima de lo Real sea quizás irracional, o mejor, pararracional -del mismo modo que la raíz es invisible en un árbol- la presencia de éste es evidente, y la relación de causas y efectos que gestan la realidad de lo que existe debe llegar a ser evidente ante el ojo mental, aunque sea, como decía Platón, después de elevarlo, (quien pueda, claro está, como un Buda o un Cristo) hasta el séptimo cielo o al mundo donde los Arquetipos son presencias verdaderas y estas sí, inefables. Limitarse a afinar el cómo funciona sería lo equivalente, en la obsoleta teoría geocéntrica, a ir afinando los ciclos y epiciclos, para continuar explicando las órbitas de los planetas alrededor de la Tierra, cuando la realidad era, simplemente, que estos giraban en órbitas elípticas en torno al Sol: una imagen mental verdadera, una explicación, un hecho si lo observamos “desde fuera”, efecto de otras causas, causa de otros efectos, en un tejido de realidades reales –por lo menos en nuestro plano de conciencia-que la ciencia debe explicar o si no, por lo menos no renunciar nunca a alguna vez entenderlas y explicarlas, pues como juró el Buda:

“Por incomprensible que sea el Dharman, prometo investigarlo”

Y si no éstas, que son las causas que Platón llama horizontales, o en el devenir, por lo menos sí los modelos en que éstas han sido forjadas, o sea, las causas verticales, el sentido íntimo y en cierto modo absoluto de toda realidad experimentada.

Jose Carlos Fernández

Almada, 23 de diciembre del 2018

[1] En la primera conferencia de este libro

[2] Del artículo “Elementos que constituyen una Cultura y construyen una Civilización”, de Jorge Ángel Livraga (1930-1991)