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- Herausgeber: National Geographic
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Spanisch
Erwin Schrödinger planteó la famosa paradoja del gato para evidenciar el absurdo de la interpretación física de la teoría cuántica que defendían contemporáneos como Niels Bohr y Werner Heisenberg. El gato de Schrödinger, atrapado en un limbo a la espera de un observador que le dé la vida o le condene a la muerte, se ha convertido en el paradigma de todo aquello que hace que la mecánica cuántica sea profundamente contraria a la intuición. Schrödinger perdió esa particular batalla, pero su nombre estará por siempre escrito con letras de oro en la historia de la ciencia gracias a su ecuación de onda, un instrumento fundamental en la descripción del mundo físico a escala atómica.
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Seitenzahl: 219
Veröffentlichungsjahr: 2017
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© David Blanco Laserna por el texto, 2017.
© de esta edición digital: RBA Libros, S.A., 2017. Diagonal, 189 - 08018 Barcelona.
www.rbalibros.com
REF.: ODBO150
ISBN: 9788482986876
Composición digital: Newcomlab, S.L.L.
Queda rigurosamente prohibida sin autorización por escrito del editor cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra, que será sometida a las sanciones establecidas por la ley. Todos los derechos reservados.
Sumario
Introducción
Luz y materia
La ecuación de ondas
La búsqueda del sentido
El gato encerrado
Lecturas recomendadas
Introducción
Erwin Schrödinger fue el magnífico ejemplar de una especie ya extinguida, hijo de la gran cultura centroeuropea que floreció a orillas del Danubio y que exterminaron o dispersaron a los cuatro vientos las guerras mundiales y la política extrema del siglo XX. Vivió en la Viena de Freud, Klimt, Schönberg y Wittgenstein y en el Berlín de Mann, Grosz o Brecht. Se bañó en la claridad de sus luces, pero también lo cubrieron sus sombras. Participó en la Primera Guerra Mundial, como oficial de artillería en el frente italiano, conoció la ruina material y anímica de la posguerra, asistió al despojamiento de los judíos y se vio obligado a emigrar en dos ocasiones, cuando Hitler subió al poder en Alemania y tras la anexión de Austria. Fue testigo del desmoronamiento de dos grandes épocas, que determinaron su formación: una histórica, de paz en Europa, y otra científica, de física clásica.
Hijo único de una familia acomodada, se educó con todos los privilegios que el dinero y un entorno cultivado pueden otorgar. Entre la comodidad inicial y las dificultades posteriores, se construyó una personalidad apasionada, tan atractiva como contradictoria. En ella confluyeron una vena rebelde, que se manifestó sobre todo en sus relaciones sentimentales, que rompieron el estrecho marco del matrimonio burgués, y otra más conservadora, en lo político y en lo científico.
Su fascinación por el misticismo hindú obedeció a principios más estéticos que prácticos, ya que no mostró ninguna inclinación hacia los ejercicios ascéticos. La filosofía vedanta, que conoció a través de la lectura de Schopenhauer, tampoco condicionó su obra científica, aunque inspiró en gran medida su concepción del mundo. Se le puede imaginar como un Visnú de cuatro brazos, dada la cantidad de intereses y habilidades que supo desarrollar a lo largo de su vida. Alimentó una cultura de una amplitud asombrosa, espoleado por una curiosidad que no se conformó dentro de los límites de la ciencia. Schrödinger era capaz de escribir un artículo sobre mecánica cuántica donde, con la misma soltura, saltaba de los Principia de Newton a un episodio del viaje de Darwin a bordo del Beagle o introducía un análisis sobre la evolución de la poesía de Luis de Góngora. Aprovechaba cualquier oportunidad para acudir al teatro, fue un lector compulsivo, en sus ratos libres dibujaba, esculpía o tejía tapices. Estuvo a punto de abandonar la ciencia para dedicarse a la filosofía y en algún momento reconoció que su primera vocación había sido la poesía. El escritor Stefan Zweig estimaba que la literatura no había perdido gran cosa con el cambio y en cierta ocasión le comentó con malicia: «Espero que su física sea mejor que su poesía». Entre sus aficiones la única ausencia reseñable es la música, que cultivaron casi todos los físicos teóricos de la época.
Le gustaba presentarse envuelto en un aura romántica, como si acabara de dar media vuelta en un paisaje de Caspar David Friedrich, en lo alto de un precipicio. Su vestimenta desenfadada destaca en multitud de fotografías, donde una chaqueta luminosa, unos pantalones bombachos o una pajarita sobresalen entre un mar de trajes y corbatas oscuras. Era un conversador formidable, que disfrutaba seduciendo, ya fuera a las mujeres o al auditorio de sus clases y conferencias. Su encanto solo le acarreaba problemas por exceso, dando alas a una exuberante vida sentimental que en ocasiones lo asfixiaba. Tuvo tres hijas con tres mujeres distintas, ninguna de ellas su esposa, de la que no se separó jamás. La llegada de Schrödinger a Oxford del brazo de dos consortes levantó una polvareda. A pesar de sus incontables aventuras y del empeño con el que persiguió a algunas mujeres, su perfil se aleja de un conquistador a ultranza. Era un enamorado del amor, alguien para quien el subidón romántico se había convertido en una droga, un estímulo creativo que jugaba un papel decisivo en su obra. O al menos, él así lo pensaba. La inconstancia, o visto desde el ángulo opuesto, la constancia en su inconstancia, también dominaría su carrera como científico, impulsándole a saltar sin descanso de una indagación a la siguiente.
Un breve repaso a su obra produce vértigo. Se interesó por el estudio de los materiales dieléctricos, el magnetismo, el movimiento browniano, la termodinámica, la espectroscopia, la mecánica cuántica, la relatividad general, la cosmología, los calores específicos, las teorías de unificación, la radiactividad, los rayos cósmicos, la tensión superficial, la acústica, la superconductividad y la fisiología de la visión. Su destreza matemática innata no lo mantuvo apartado del laboratorio ni del trabajo de campo.
Los primeros trabajos de Schrödinger estuvieron muy condicionados por los intereses de sus maestros en Viena. Se especializó en enmendar errores ajenos, antes que en hacer aportaciones originales. Iniciaba muchos de sus artículos repasando los enfoques previos, exponiendo con perspicacia y claridad cada desacierto, para a continuación ofrecer su propia explicación. Arrojaba entonces la imagen de un estudiante extraordinariamente dotado que todavía no había encontrado ni su voz ni su lugar. La primera ruptura con la tradición se produjo con su incursión en la relatividad general, con la que se familiarizó durante su servicio en la Primera Guerra Mundial. Escribió en el frente un artículo que apuntaba a uno de los flancos más delicados de la teoría: la ambigüedad a la hora de definir la energía gravitatoria. Siempre sintió una profunda admiración por Einstein.
Produjo su gran obra maestra, la mecánica ondulatoria, a los treinta y nueve años, cuando ya nadie la esperaba, ni siquiera él mismo, después de una larga sequía y a una edad en la que muchos físicos ya estaban liquidando las últimas reservas de creatividad. La ecuación de Schrödinger llegó en un momento en el que cundía el desánimo entre los físicos, ante una maraña de resultados experimentales que los teóricos no terminaban de desenredar. Muchos habrían suscrito las palabras del austriaco Wolfgang Pauli, que en 1925 se desesperaba: «En este momento la física resulta decididamente confusa. En cualquier caso, es demasiado difícil para mí y ojalá nunca hubiera oído hablar de ella». En este ambiente de perplejidad, Schrödinger situó una ecuación familiar, con una factura clásica irreprochable, en el centro de la áspera e inhóspita mecánica cuántica.
No existe una relación directa entre la motivación de un científico y el éxito de los descubrimientos que le impulsa a conquistar. Esta circunstancia llama poderosamente la atención en el caso de Schrödinger. Su mecánica ondulatoria surgió como una reacción ante la pretensión de Werner Heisenberg de destruir cualquier imagen intuitiva en el dominio de los átomos. Schrödinger trató de preservar el espíritu clásico, creando un imaginario nuevo basado en las ondas, en lugar de las partículas: «El objetivo de la investigación atómica es encajar las experiencias que adquirimos de ella en nuestra forma de pensar cotidiana». Un propósito en el que fracasó. Es famosa su reacción ante la posibilidad de que, después de todo, las criaturas cuánticas no se sometieran a un comportamiento razonable: «¡Entonces lamento haber perdido el tiempo con la mecánica cuántica!». «Pero los demás le estamos muy agradecidos de que lo haya hecho —le replicó Niels Bohr—, ya que la claridad matemática y la simplicidad de su mecánica ondulatoria suponen un gran avance frente a toda la mecánica cuántica anterior». Si bien es cierto que Schrödinger dedicó sus mejores esfuerzos a una causa perdida, por el camino forjó la que sería la llave maestra de gran parte de la física moderna: la ecuación de ondas, que serviría de faro en la oscuridad, como había hecho en la física clásica la expresión Fm·a de Newton.
El nacimiento de la mecánica cuántica introdujo una tensión entre modos y sensibilidades contrapuestas. La que se terminaría imponiendo fue el fruto colectivo de una serie de científicos excepcionales, agrupados en torno a dos centros de investigación, en Copenhague y Gotinga: Niels Bohr, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli y Pascual Jordan, a los que se sumaría Paul Dirac, desde Cambridge. Frente a ellos, Schrödinger, como Einstein, trabajó en solitario:
En mi trabajo científico (y por lo demás, también en mi vida) nunca he seguido una línea maestra, un programa que definiera una dirección durante mucho tiempo. A pesar de que solo puedo trabajar mal en colaboración, y por desgracia tampoco con estudiantes, mi obra a este respecto tampoco llega a ser del todo independiente, ya que si una cuestión ha de interesarme, a otros debe pasarles lo mismo.
Aunque no fue el fundador de ninguna escuela ni congregó a su alrededor un círculo de discípulos, fue autor de uno de los libros científicos más inspiradores del siglo XX: ¿Qué es la vida?, que recogía un ciclo de conferencias que pronunció en el Trinity College de Dublín, en 1943. Con él persuadió a toda una generación de científicos de que la física tenía una perspectiva original que ofrecer al estudio de los seres vivos. Intuyó los rasgos estructurales que debía adoptar la molécula hereditaria dentro del cromosoma e introdujo el concepto moderno de código genético.
Uno de los rasgos más sobresalientes del legado de Schrödinger es lo sugerente de su lenguaje. Su capacidad para poner en pie imágenes o situaciones evocadoras, que estimulan el pensamiento hasta en sus adversarios científicos. Concibió la paradoja del gato, que también lleva su nombre, y que se ha terminado convirtiendo en el gran icono de la mecánica cuántica, en la suma de sus enigmas y dificultades. Un animal encerrado en una cámara de acero ve cómo su destino depende, a través de un mecanismo perverso, de una desintegración nuclear. En cuanto esta se desencadene, se liberará el gas venenoso que acabará con él. Las leyes físicas son incapaces de fijar una fecha para la ejecución, porque solo pueden asignar probabilidades al suceso. Mientras no se abra la cámara, la desintegración, al mismo tiempo, tiene y no tiene lugar. El gato suspendido en un estado alucinatorio, entre la vida y la muerte, se erige como un desafío, una prueba de fuego con la que cada interpretación de la teoría debe medirse. Schrödinger también contribuyó al léxico científico, acuñando el término «entrelazamiento», para dar nombre al que quizá sea el más enigmático entre todos los enigmáticos fenómenos de la mecánica cuántica.
Él mismo supo resumir mejor que nadie, en tan solo seis palabras, las virtudes y defectos de su obra: «Antepongo la belleza a la ciencia». Esta concepción estética de Schrödinger arrojó una de las imágenes más cautivadoras y plásticas que se hayan proyectado sobre los dominios del átomo. Por desgracia, la naturaleza eligió otra senda. Paul Dirac se sentía tocado por la misma debilidad: «De todos los físicos que he conocido, tengo la impresión de que Schrödinger es el que más se me parece […]. Pienso que esto se debe a que tanto Schrödinger como yo sentimos un profundo aprecio hacia la belleza matemática, que ha dominado nuestro trabajo».
En el aspecto técnico la mecánica cuántica es una de las teorías más productivas creadas por la ciencia. En cada dispositivo con un circuito integrado, ya sea un ordenador, un teléfono móvil o un reproductor de MP3, late un corazón cuántico. Puede decirse lo mismo de la resonancia magnética, los superconductores, los láseres o el microscopio electrónico. La fábrica matemática de la teoría fue completada por Heisenberg, Born, Jordan y Schrödinger en la década de 1920. Sin embargo, sus implicaciones para nuestra comprensión del mundo siguen siendo objeto de debate. Para muchos científicos, más interesados por la vertiente operativa, las cuestiones filosóficas ocupan un plano muy secundario. Otros, sin embargo, ven en ellas su faceta más atrayente. Resulta poco probable que la polémica sobre la interpretación de la teoría se resuelva de un modo que satisficiera a Schrödinger, pero su búsqueda de la belleza en la construcción de la ciencia seguirá sirviendo de estímulo a las futuras generaciones de físicos.
Luz y materia
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger vino al mundo bajo los mejores auspicios, un 12 de agosto de 1887, en la ciudad de Viena. Si las biografías del Renacimiento se abrían precisando las posiciones de los astros en el momento del parto, en el caso de Schrödinger no hace falta remontarse hasta el firmamento para buscar presagios. Se puede decir que la ciencia hizo guardia junto a su cuna. Su abuelo materno, Alexander Bauer, fue catedrático de química y solo moderó su pasión investigadora después de perder un ojo en un accidente de laboratorio, al reventarle un matraz. La ciencia actuó también de celestina entre los padres: Rudolf Schrödinger fue alumno de Alexander en la Technische Hochschule de Viena (la actual Universidad de Tecnología) y así vino a tratar a una de sus hijas, Georgine Bauer, que se convertiría en su mujer en 1886. Poco podían imaginar el padre y el abuelo que el pequeño Erwin crecería para explicar, con una sola ecuación, toda la química que ellos habían aprendido.
Rudolf heredó una modesta empresa familiar dedicada al comercio de linóleo, que le procuró una vida desahogada hasta que el desastre austriaco de la Primera Guerra Mundial lo arrastró a la quiebra. Para él supuso un regalo envenenado, del que renegaba cada mañana al levantarse, por las horas que le robaba a sus verdaderos intereses: la pintura italiana, la cerámica oriental y el estudio de la filogenia. Schrödinger atribuyó a sus padres el origen de sus dos principales fascinaciones, la pasión por el conocimiento y el universo femenino:
Para un hijo en pleno desarrollo, [mi padre] fue un amigo, un maestro y un infatigable interlocutor, la corte de apelación para cualquier asunto que de verdad pudiera interesarle […]. Al margen de su entrega sacrificada, le debo agradecer [a mi madre], según creo, mi estima hacia las mujeres.
La familia de la abuela materna, de apellido Russell, era de origen anglosajón. Una de las tías de Schrödinger, Minnie, quiso preservar los genes insulares en suelo austriaco y, esgrimiendo un libro con historias de la Biblia, le enseñó al niño la lengua de Shakespeare antes de que aprendiera a escribir en alemán. Su madre también podía decretar en cualquier momento que durante el resto del día se hablara en inglés. Esta disciplina improvisada resultó providencial décadas después, cuando la ola nacionalsocialista barrió Alemania y Austria.
El abuelo Alexander aprovechó su carrera académica como trampolín para introducirse en la alta sociedad vienesa, donde se hizo merecedor de dos títulos, uno de ellos oficial, de Hofrat, o consejero de Estado, y otro, más informal pero no menos distinguido, de salönlowe («león de los salones»), que señalaba a quienes sobresalían por su gracia y maneras en los círculos elegantes. Su buena fortuna le permitió comprar un edificio de cinco plantas en uno de los mejores barrios de la ciudad. El último piso lo alquiló a su yerno y allí vivió Schrödinger mientras permaneció en Viena, hasta 1921. En este espacio privilegiado, con dos habitaciones para él solo, que daban a un patio interior, Erwin, hijo único, se crió en un entorno emocional entregado, servido por su madre, sus tías Minnie y Rhoda, y una corte de criadas y niñeras.
La enseñanza de Schrödinger se confió a tutores privados hasta los once años. Cuando llegó la hora de someterse a la educación pautada por el Estado, no halló ningún problema para integrarse, aunque era un año mayor que el resto de los alumnos. En el otoño de 1898 ingresó en el Akademisches Gymnasium, donde recibió una sólida formación humanística, que en su madurez le permitiría traducir a Homero del griego al inglés y a los trovadores provenzales, al alemán. Ya entonces su endiablada facilidad para la física y las matemáticas llamó la atención de uno de sus compañeros de clase:
[…] poseía un don para la asimilación que le permitía, sin necesidad de estudiar en casa, comprender y aplicar la materia de forma inmediata y directa durante las horas de clase. Después de que nuestro profesor Neumann […] completara su exposición, podía llamar de inmediato a Schrödinger a la pizarra y plantearle problemas que él resolvía con una facilidad festiva. A los estudiantes normales, las asignaturas de física y matemáticas nos resultaban aterradoras, pero él las consideraba sus áreas de conocimiento preferidas.
Desde muy joven Schrödinger alimentó inquietudes muy diversas, entre ellas la afición por el teatro, en particular por las obras del dramaturgo austriaco Franz Grillparzer. Le gustaba coleccionar los programas de las funciones a las que asistía y cubrir los márgenes de notas con sus impresiones. Su padre lo introdujo, no del todo convencido, en la teoría de la evolución, una materia que se estigmatizaba en las escuelas. Después de devorar las casi mil páginas de El origen de las especies, Schrödinger se declaró «un darwinista entusiasta, naturalmente».
Al calor de la pubertad despegó su carrera de donjuán. Aunque nunca pudo presumir del repertorio que desgranaba Leporello al admirar las conquistas de su amo Don Giovanni en la ópera de Mozart, durante toda su vida Schrödinger llevó por escrito la cuenta de las mujeres que seducía. La lista llegó a ser casi tan extensa como la de los artículos científicos que publicó. El primer amor del que nos queda constancia era la hermana de su mejor amigo del instituto y se llamaba Lotte.
En el otoño de 1906 Schrödinger comenzó sus estudios de física en la Universidad de Viena, donde de nuevo atrajo la atención la facilidad de su inteligencia. Los demás alumnos descubrieron en él «un espíritu de fuego en acción, que siempre sabía abrirse camino hasta algo original en cualquier investigación». Su mejor amigo durante los años de universidad fue Franz Frimmel, un estudiante de botánica, con quien debió de recorrer entera la ciudad de Viena, mientras discutían hasta el agotamiento sobre el sentido de la vida, que siempre se les terminaba escapando al doblar la última esquina. La capital del Imperio austro-húngaro, por la que paseaban, era un caldero donde se cocinaban toda clase de revoluciones. Los aficionados a la pintura podían escandalizarse ante los desnudos de Klimt y Schiele; los melómanos, criticar las sinfonías de Mahler o silbar a Schoenberg; cualquier ciudadano de a pie, exigir la demolición de las casas cubistas de Adolf Loos; y todos ellos podían exorcizar sus demonios interiores en el diván de Sigmund Freud. Las clases acomodadas se arrimaban a la lumbre de un esplendor cultural sin precedentes, que también iluminó a la ciencia.
BOLTZMANN: EL ÁTOMO O LA VIDA
Ludwig Boltzmann (1844-1906) compartía con Schrödinger la afición desde niño por las ciencias naturales y una admiración sin límites hacia la obra de Charles Darwin. Así la expresó, por ejemplo, en una conferencia que pronunció en la Academia de Ciencias de Berlín, en 1886:
Si me preguntasen cuál es mi convicción íntima, si el siglo XIX será recordado algún día como el siglo del acero, o el siglo de la máquina de vapor, o el siglo de la electricidad, respondería sin la menor vacilación que se llamará el siglo de la concepción mecanicista de la naturaleza, el siglo de Darwin.
Schrödinger estiró un poco la denominación para hacer sitio al físico de Viena y hacer del XIX también el siglo de Boltzmann. Fue uno de los fundadores de la mecánica estadística, una disciplina que supo reescribir la termodinámica en torno a la hipótesis de que la materia se compone de átomos. Del caos aparente en el que bulle un pandemónium de moléculas, emerge el orden del mundo que conocemos, ligado por leyes macroscópicas de apariencia continua y determinista. En particular, Boltzmann dotó a la entropía de su interpretación estadística y fundamentó la segunda ley de la termodinámica sobre principios mecánicos. La ecuación que vincula la entropía con el número de posibles configuraciones microscópicas compatibles con un estado macroscópico fue grabada en el monumento funerario que decora su sepultura en un cementerio de Viena.
La pasión por la ciencia
El nombre de Boltzmann adorna leyes y constantes fundamentales, y muchos de los conceptos que forjó fueron herramientas que inspiraron, o sirvieron directamente para armar, la mecánica cuántica. De ahí que los fundadores de la primitiva teoría, como Einstein o el propio Schrödinger, convirtiesen su obra en objeto de culto. A Boltzmann le gustaba relatar que su carácter ciclotímico se fraguó en el mismo instante de su nacimiento, una noche de carnaval. Así, el contraste entre la fiesta de disfraces que se desarrollaba en la taberna situada debajo de su casa y el sufrimiento de su madre durante el parto dejaría una impronta en su temperamento. Su vida tuvo algo de torbellino, en su constante mudanza de un puesto académico al siguiente, de Viena a Graz, pasando por Heidelberg y Berlín, Viena de nuevo, y de vuelta a Graz, después a Múnich, para regresar a Viena, partir hacia Leipzig y retornar a Viena, de la que nunca terminaba de marcharse, y en los vaivenes violentos de su ánimo, que lo mismo lo encumbraban que lo hundían en una sima sin esperanza. Montado en este carrusel de emociones atravesó también sus polémicas científicas. Ciertamente sus puntos de vista encontraron resistencias entre grandes personalidades, como el premio Nobel de Química Wilhelm Ostwald y Ernst Mach, pero tampoco le faltaron los apoyos. Sus adversarios negaban la realidad de los átomos, el cimiento de sus teorías, al considerarlos una licencia excesiva de la especulación, que no se podía verificar mediante un experimento directo. Boltzmann se sintió acorralado, más por un espejismo de su espíritu atormentado que por los motivos que pudiera dictarle la razón. La mala salud también lo hostigaba, con jaquecas frecuentes y una pérdida de visión que le impedía leer. Ya había coqueteado con el suicidio en Leipzig. El 5 de septiembre de 1906, consumó finalmente el idilio en las horas de luz más intensa del verano. Se ahorcó mientras su mujer y su hija se bañaban al pie de las montañas, en la bahía de Trieste.
Dentro de la física, el foco de la polémica se centraba en Ludwig Boltzmann. Después de completar su último año en el instituto, Schrödinger había pasado el verano contando las semanas y los días, anhelando que llegase la inauguración del nuevo curso para atender a sus clases. Las lecciones sobre filosofía de Boltzmann se abarrotaban de un público que desbordaba la sala y se derramaba hasta el arranque de las escaleras. Sin embargo, el encuentro nunca llegaría a materializarse. Hundido en el pozo de un humor sombrío, Boltzmann se quitó la vida nada más comenzar el mes de septiembre.
Aunque no llegaron a conocerse, Schrödinger se inició en la física bajo la tutela espiritual del padre de la termodinámica moderna. Los profesores que ejercieron una mayor influencia en sus años de formación, Fritz Hasenöhrl y Franz Exner, habían sido discípulos de Boltzmann, a los que un golpe del destino encomendaba ahora la tarea de administrar su legado. Una herencia que se podía resumir en un lema de batalla: «los fundamentos atómicos de la materia impregnan toda la física con su naturaleza estadística». En particular, las clases del sucesor en la cátedra de Boltzmann, Fritz Hasenöhrl, fortalecieron la inclinación de Schrödinger hacia la física teórica.
LA VICTORIA DEL DESORDEN
Las leyes de la termodinámica se establecieron de modo empírico a lo largo del siglo XIX, mediante un proceso lento y laborioso. Un repaso a su historia nos enfrenta a un rosario de engranajes, calderas y pistones. Los títulos de los primeros clásicos de la disciplina, como las Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego (1824), de Sadi Carnot, o Acerca de la fuerza motriz del calor
