Un mundo altamente interactivo
Desde casi el principio de la física con Galileo, ésta ha sido una ciencia de individualidades, y basta para convencerse con abrir cualquier libro de física de bachillerato o primer curso de carrera donde los capítulos son: La caída de un grave, el tiro parabólico, el oscilador armónico, …, el átomo de hidrogeno, …. .
El problema es que a lo largo de los siguientes cursos de la carrera muy pocas veces se amplía la visión a: La caída de una palada de bolas, los tiros parabólicos en ambientes densos, los osciladores acoplados, un conjunto de 10^(24) átomos de hidrogeno en un recinto de 1 mm³, etc. Solo Maxwell, Gibbs y Boltzmann empezaron a interesarse por los sistemas interactivos, que si bien se mira, son todos los de la Naturaleza, es decir, de la Física.
La interacción de muchos objetos se va dejando de lado poco a poco, hasta casi desaparecer. En muy pocas facultades de Física se estudia el movimiento de los fluidos, un sistema altamente interactivo.
Pero los sistemas aislados no existen. La Física es un mundo de objetos siempre interaccionando con otros, hasta dentro de los protones y neutrones, hasta las partículas más «elementales».
¿Cómo es la interacción?
Para empezar podemos usar un juguete, un péndulo doble:
El péndulo simple es lo más regular que encontramos en la naturaleza, se ha utilizado desde que hay relojes para marcar el tiempo. Pero basta con colgar de un péndulo simple otro similar a él para que el movimiento se convierta en caótico. Pero esto no se enseña en las facultades de Físicas. Si colgamos otro péndulo del segundo, el movimiento pasa de caótico a aleatorio.
Si tenemos tres cuerpos de masas similares en interacción bajo sus campos centrales, gravitatorios o eléctricos, los movimientos son caóticos, con un tiempo de retorno a la situación original mayor que la supuesta edad del Universo. Pero eso con condiciones iniciales fijas, pero las condiciones iniciales nunca son fijas, sino con indeterminaciones notables. De los tres cuerpos se sabe algo. Si tenemos 4, 5 o más cuerpos, los movimientos son no calculables. Cada movimiento genera condiciones iniciales aleatorias para los movimientos siguientes.
Incluso los movimientos planetarios bajo la acción de la gravedad, de una gran masa central y planetas de masas pequeñas relativamente a la del centro, los movimientos tienen componentes aleatorias pequeñas, lo que hace que sus movimientos sean deterministas en escalas de tiempo no excesivamente largas, pero aleatorias finalmente.
Y así con casi toda la naturaleza. Los movimientos deterministas solo existen, y con problemas, en las máquinas creadas por el ser humano. Esos problemas son que las máquinas acaban fallando aleatoriamente, internamente o de nuevo por interacción con otras máquinas. Los mejores ejemplos son los coches: Aleatoriamente se rompe alguna de sus piezas, o sufren choques u otros accidentes.
Exactamente lo mismo ocurre a niveles moleculares o atómicos. Las cadenas de ADN sufren constantemente errores moleculares al duplicarse, los átomos están sometidos a las interacciones de números astronómicos de otros átomos, hasta en el espacio profundo, lleno de radiación electromagnética procedente de estrellas y galaxias.
Usualmente se dice que la función ψ de la Mecánica Atómica es una función de amplitud de probabilidad propia de cada partícula, de cada electrón. Pero nunca se explica de donde sale una probabilidad en el movimiento de un electrón aislado. En los gases, y en la radiación del cuerpo negro, la probabilidad surge de las interacciones entre átomos o moléculas, o entre la interacción entre los átomos de carbono mediada por la radiación de alrededor de más de 10^24 átomos.
Los tres ejemplos más característicos de la función ψ siendo una amplitud de probabilidad son la dispersión de un chorro de electrones al impactar sobre un conjunto de protones (Born, 1926), el experimento de la doble rendija en un cristal periódico, y el biprisma, de los cuales hemos hablado antes. En todos ellos los resultados para UN electrón son una dispersión tipo ondulatoria con interferencia de ondas en caminos dobles o múltiples.
Pero imaginemos una esfera con, digamos tres agujeros a un lado de su ecuador (azules) y otros tres en el lado contrario (rojos). La esfera recibe cada minuto una bola de diámetro menor que los agujeros. La esfera gira aleatoriamente, a veces en un sentido, a veces en el sentido contrario. Las bolas salen, una a una, a veces desde los agujeros azules, otras veces desde loa agujeros rojos e impactan sobre una pantalla, dejando una marca negra en la misma. El máximo de impactos se produce en el centro de la pantalla frente al ecuador. Los impactos se reparten de manera aleatoria dejando huecos en la pantalla con muy pocos impactos y otros lugares con muchos impactos. Un esquematización de interferencia de ondas, que puede modelarse mediante amplitudes de probabilidad.
Tanto la esfera «clasica» como los movimientos de electrones, están controlados, no por nada peculiar de bolas o electrones, sino por las condiciones de contorno dentro de las cuales se mueven, sean esferas en movimiento, biprismas o cristales metálicos con rendijas.
Cambiamos la «Visión del Mundo» , la «Weltanschauung»: De «propiedades» de electrones y bolas, a las interacciones entre partículas (electrones y bolas) y sus entornos, de la magia, a la racionalidad de la física.
Max Born, 1926, «Zur Quantenmechanik der Stossvorgänge», Zeitschrift für Physik, 37, 863–867.
https://doi.org/10.1007/BF01397477