XI. LA NUEVA F�SICA

NEWTON propuso un modelo corpuscular de la luz apropiado para la �ptica geom�trica que trata con rayos. Los fen�menos luminosos de interferencia y de difracci�n, t�picamente ondulatorios, requieren que la luz sea una onda. Maxwell nos hace ver que los entes que oscilan son los campos el�ctricos y magn�ticos. Einstein recupera el viejo modelo corpuscular, pues en el efecto fotoel�ctrico y en otros, como el efecto descubierto por Compton, la luz se comporta como una part�cula de energ�a y momento lineal bien definidos. Estamos, pues, frente a la dualidad part�cula-onda de la luz.

�Qu� pasar�a -se pregunt� Louis de Broglie- si esta dualidad part�cula-onda se diera tambi�n para otros entes microsc�picos, como el electr�n? En este caso, si repetimos el experimento de difracci�n, es decir, si hacemos pasar un rayo de electrones por una abertura apropiada, veremos patrones de difracci�n. El experimento fue realizado por los f�sicos norteamericanos Davison y Germer, quienes lanzaron electrones lentos contra la superficie de un cristal de n�quel. Sus observaciones pod�an explicarse usando la hip�tesis de De Broglie, al asociar al electr�n una onda cuya longitud de onda era inversamente proporcional al momento lineal del electr�n, 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 despu�s, Erwin Schrödinger, f�sico vien�s, generaliz� las ideas de De Broglie que trataban s�lo con electrones aislados, y asoci� una onda tambi�n a los electrones dentro del �tomo. Las �rbitas estacionarias de Niels Bohr correspond�an ahora a aquellos valores de la energ�a y del momento del electr�n, tales que con un n�mero entero de longitudes de onda se cubr�a toda la �rbita. Schrödinger obtuvo, para los electrones en el �tomo, la ecuaci�n que hoy lleva su nombre. En este caso, el electr�n se encuentra sujeto al campo el�ctrico que produce el n�cleo, que est� cargado positivamente y que lo atrae. Pero la ecuaci�n de Schrödinger es m�s general; de hecho, es aplicable a todos los sistemas microsc�picos que no se muevan muy r�pidamente, es decir, aquellos cuya velocidad es mucho menor que la de la luz.

Antes de De Broglie y Schrödinger ten�amos la paradoja part�cula-onda para la luz; luego de ellos, esta dualidad se manifest� omnipresente en el mundo microsc�pico. A veces deb�amos hablar de una part�cula y su trayectoria; otras, de una onda y su difracci�n e interferencia. Todo ello no ocurr�a en el movimiento de los cuerpos macrosc�picos: planetas, proyectiles, locomotoras. Algo hab�a en el mundo de lo peque�o que no hab�amos tomado en cuenta y que podr�a dar la salida a esa situaci�n parad�jica. Werner Heisenberg lo encontr�. Al hacer una part�cula m�s y m�s peque�a, la hacemos m�s y m�s sensible a perturbaciones. �Y el proceso mismo de observaci�n para medir sus propiedades, es una perturbaci�n! As�, cuando deseamos "ver" al electr�n, 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 precisi�n con que queramos localizar al electr�n, menor deber� ser la longitud de onda de la luz que empleemos para iluminarlo y, por tanto, mayor ser� su frecuencia. En consecuencia, los corp�sculos de la luz son m�s energ�ticos y al chocar con el electr�n alteran mas su velocidad. El an�lisis de Heisenberg nos dice, pues, que no es posible definir con tanta precisi�n como deseemos y simult�neamente, la posici�n y la velocidad (o el momento lineal) de una part�cula. Pero un poco de reflexi�n nos lleva a concluir de inmediato que, entonces, el concepto de trayectoria o de �rbitas no tiene sentido en el microcosmos. Las paradojas empiezan a diluirse.

Si en una teor�a se elimina un elemento, otro ha de reemplazarlo. Si ya no existen trayectorias sino ondas de De Broglie o de Schrödinger, �c�mo es que �stas reemplazan al viejo concepto de �rbita? La respuesta la dio Max Born, poco despu�s que Schrödinger y Heisenberg inventaron la mec�nica cu�ntica. Lo que indica, seg�n �l, la onda que es soluci�n de la ecuaci�n de Schrödinger, es la probabilidad de encontrar a la part�cula. Es decir, en aquellas regiones del espacio en que la soluci�n de Schrödinger sea nula, es imposible hallar a la part�cula. Pero en las zonas del espacio en que esa onda sea distinta de cero, s�lo sabemos que es probable encontrarla, aunque nunca tengamos la certeza absoluta. El principio de Heisenberg destruye la certidumbre y el determinismo cl�sicos. Por ello se le llama el principio de incertidumbre; es sin duda uno de los pilares b�sicos de la f�sica actual.