XI. LA NUEVA FÍSICA

NEWTON propuso un modelo corpuscular de la luz apropiado para la óptica geométrica que trata con rayos. Los fenómenos luminosos de interferencia y de difracción, típicamente ondulatorios, requieren que la luz sea una onda. Maxwell nos hace ver que los entes que oscilan son los campos eléctricos y magnéticos. Einstein recupera el viejo modelo corpuscular, pues en el efecto fotoeléctrico y en otros, como el efecto descubierto por Compton, la luz se comporta como una partícula de energía y momento lineal bien definidos. Estamos, pues, frente a la dualidad partícula-onda de la luz.

¿Qué pasaría -se preguntó Louis de Broglie- si esta dualidad partícula-onda se diera también para otros entes microscópicos, como el electrón? En este caso, si repetimos el experimento de difracción, es decir, si hacemos pasar un rayo de electrones por una abertura apropiada, veremos patrones de difracción. El experimento fue realizado por los físicos norteamericanos Davison y Germer, quienes lanzaron electrones lentos contra la superficie de un cristal de níquel. Sus observaciones podían explicarse usando la hipótesis de De Broglie, al asociar al electrón una onda cuya longitud de onda era inversamente proporcional al momento lineal del electrón, es decir, al producto de su masa por su velocidad. La constante de proporcionalidad, como en el caso de Planck y de Einstein, era otra vez la constante de Planck h.

Poco después, Erwin Schrödinger, físico vienés, generalizó las ideas de De Broglie que trataban sólo con electrones aislados, y asoció una onda también a los electrones dentro del átomo. Las órbitas estacionarias de Niels Bohr correspondían ahora a aquellos valores de la energía y del momento del electrón, tales que con un número entero de longitudes de onda se cubría toda la órbita. Schrödinger obtuvo, para los electrones en el átomo, la ecuación que hoy lleva su nombre. En este caso, el electrón se encuentra sujeto al campo eléctrico que produce el núcleo, que está cargado positivamente y que lo atrae. Pero la ecuación de Schrödinger es más general; de hecho, es aplicable a todos los sistemas microscópicos que no se muevan muy rápidamente, es decir, aquellos cuya velocidad es mucho menor que la de la luz.

Antes de De Broglie y Schrödinger teníamos la paradoja partícula-onda para la luz; luego de ellos, esta dualidad se manifestó omnipresente en el mundo microscópico. A veces debíamos hablar de una partícula y su trayectoria; otras, de una onda y su difracción e interferencia. Todo ello no ocurría en el movimiento de los cuerpos macroscópicos: planetas, proyectiles, locomotoras. Algo había en el mundo de lo pequeño que no habíamos tomado en cuenta y que podría dar la salida a esa situación paradójica. Werner Heisenberg lo encontró. Al hacer una partícula más y más pequeña, la hacemos más y más sensible a perturbaciones. ñY el proceso mismo de observación para medir sus propiedades, es una perturbación! Así, cuando deseamos "ver" al electrón, habremos de iluminarlo y esperar que la luz se refleje en él; pero esta luz está formada de cuantos, que al chocar con el electrón alteran su estado inicial. Mientras mayor sea la precisión con que queramos localizar al electrón, menor deberá ser la longitud de onda de la luz que empleemos para iluminarlo y, por tanto, mayor será su frecuencia. En consecuencia, los corpúsculos de la luz son más energéticos y al chocar con el electrón alteran mas su velocidad. El análisis de Heisenberg nos dice, pues, que no es posible definir con tanta precisión como deseemos y simultáneamente, la posición y la velocidad (o el momento lineal) de una partícula. Pero un poco de reflexión nos lleva a concluir de inmediato que, entonces, el concepto de trayectoria o de órbitas no tiene sentido en el microcosmos. Las paradojas empiezan a diluirse.

Si en una teoría se elimina un elemento, otro ha de reemplazarlo. Si ya no existen trayectorias sino ondas de De Broglie o de Schrödinger, ¿cómo es que éstas reemplazan al viejo concepto de órbita? La respuesta la dio Max Born, poco después que Schrödinger y Heisenberg inventaron la mecánica cuántica. Lo que indica, según él, la onda que es solución de la ecuación de Schrödinger, es la probabilidad de encontrar a la partícula. Es decir, en aquellas regiones del espacio en que la solución de Schrödinger sea nula, es imposible hallar a la partícula. Pero en las zonas del espacio en que esa onda sea distinta de cero, sólo sabemos que es probable encontrarla, aunque nunca tengamos la certeza absoluta. El principio de Heisenberg destruye la certidumbre y el determinismo clásicos. Por ello se le llama el principio de incertidumbre; es sin duda uno de los pilares básicos de la física actual.