lunes, diciembre 11, 2006

Causalidad y Mecánica Cuántica

¿Ocurren los fenómenos físicos por puro azar o existen causas que los generan?

El físico actual busca causas cuando estudia la dinámica de los cuerpos cotidianos, los movimientos planetarios o la mecánica de fluidos, pero se abstiene de hacerlo cuando observa el mundo a escala atómica. En ese momento, admite que los resultados obtenidos en las diferentes medidas se deben estrictamente al azar, del todo incontrolado, aunque –eso sí- dentro de un espectro de posibilidades que podemos calcular.

Pensemos en un fenómeno atómico muy sencillo:
la desintegración de neutrones.

Estas partículas dan estabilidad a los núcleos atómicos, pero fuera de ellos se desintegran con una vida media de 900 s, dando origen a un protón, un electrón y un antineutrino. Esto quiere decir, que un neutrón se desintegrará a los 700 s, 950 s, o tal vez a los 1210 s. Si estudiamos el fenómeno con un número elevado de neutrones, el tiempo medio de desintegración será de unos 900 s.
¿Qué hace que unos neutrones se desintegren antes y otros después? ¿Son acaso neutrones diferentes o es que están sometidos a variables o causas diferentes?

La respuesta, desde hace casi unos 80 años es que, no sólo no existe causa alguna para ello, sino que la búsqueda misma de las causas contradice el formalismo matemático vigente y es considerada, por lo tanto, estéril y no-científica. Es importante observar que esta limitación de base no es debida a una limitación del instrumental o de nuestra capacidad de investigación. No se espera que con el avance tecnológico se describan las causas, sino que sencillamente, éstas no existen, en tanto que este tipo de fenómenos sólo pueden ser descritos mediante un lenguaje de probabilidades. De existir las causas, el formalismo que tan bien ha funcionado durante 80 años debería ser necesariamente incorrecto (según la postura oficial) y llegaríamos por tanto a una contradicción de gran embergadura.
La visión de la Naturaleza se vuelve, así, un tanto oscura y pesimista, en relación a la filosofía realista que en mayor o menor medida siempre había imperado durante las épocas anteriores a la Mecánica Cuántica.
La ausencia de causas, la Acausalidad es una de las bases de la interpretación imperante de esta teoría, denominada de Copenhague, debido a que el centro neurálgico de su desarrollo (al menos la parte epistemológica) se situó en aquella ciudad y fue liderado principalmente por Niels Bohr durante los años 20 y 30 del siglo XX.
En la práctica, el físico común experimenta lo que se llama una huída al formalismo matemático. Ante cualquier duda o paradoja de tipo epistemológico relacionada con el problema de la causalidad, se aferra al formalismo que es, por otro lado, muy consistente y eficaz y se muestra como uno de los mayores éxitos en la historia de la ciencia. De existir causas en los fenómenos cuánticos, deberíamos admitir la existencia de variables o parámetros desconocidos hasta ahora (en ellos se situaría la información de esas causas). Son las llamadas teorías de las variables ocultas, en actual desarrollo, aunque con muy poco asentamiento. Un ejemplo de estas teorías es la de David Bohm con su mecánica bohmiana.

¿Debemos pues, admitir la inutilidad de la búsqueda de causas a los fenómenos atómicos?
Tal vez, la llamada ley de causalidad no sea más que un producto de nuestra gramática y condición humanas muy útil para entender el mundo que nos rodea pero que se diluye al observarlo a una escala tan alejada como la atómica. De ser así, ¿en qué punto debemos situar la transición entre los fenómenos acausales descritos por la mecánica cuántica y los causales descritos por el resto de teorías clásicas?

10 comentarios:

Edmundo V dijo...

Hola Ender,

Me parece muy interesante y me ha gustado mucho este ensayo tuyo.

El científico por lo general, así como el ciudadano común tiende a reificar sus conceptos, esto es, a hacer del concepto una cosa. Confunde el plano abstracto, perteneciente al ámbito del pensamiento, con el plano concreto, el de la cosa misma.

Curiosamente "causa" viene de "cosa", es más, la causa vendría a ser lo que da explicación del quid de la cosa. Usualmente se distinguen diferentes formas causales tales como el azar, la eficiencia y la teolología. Hoy la mayoría de los científicos, con vistas a descartar escatologías, únicamente se quedan con la causa contingente (azar) y la causa eficiente (necesidad).

Lo importante es que todas estas distinciones, a mi modo de ver, pertenecen al ámbito abstracto, esto es, son categorías del pensamiento y ello a pesar de que históricamente, dado el carácter metafísico de los universos espirituales a lo largo de la historia, se creía que pertenecían a la cosa misma (de ahí su origen), esto es, que estaban en el plano de lo concreto.

Delimitada esta cuestión lo importante ahora no es si tal o cual causa pertenece a la cosa, como parece preocuparte, sino si es capaz de dar cuentas de la cosa. Lo realmente importante es si los conceptos en general, entre los cuáles se encuentran las diferentes nociones de causa, explican cómo funciona la cosa. Luego lo importante es dar explicación del "qué" de la cosa al margen de si nuestro aparato conceptual recoge o no uno u otra o varias o ninguna noción-concepto de causa.

Esta escisión entre el plano abstracto y el plano concreto se denomina nominalismo. A mi modo de ver es el punto de partida de todo pensar antimetafísico.

La cuántica, así como esa "escapada al formalismo" propio de los actuales científicos que aludes, tiene un marcado carácter nominalista en la medida que evita la trampa de entrar en el debate metafísico de si hay o no causas cosificadas.

Ahora bien, ojo porque igualmente la cuántica podría caer en la metafísica desde el momento en que se confunda el formalismo lógico-matemático y sus consecuencias con la cosa misma. Por ejemplo, cuando el físico cuántico habla de "indeterminación", tendría que percatarse que no hay manera de determinar si dicha "indeterminación" pertenece o no de suyo a la cosa y, por tanto, tendría que conformarse sólo con afirmar que a través del concepto de "indeterminación" nos las habemos mejor con la cosa. La clave está en mantener siempre esa distancia, ese paralaje, entre plano abstracto y plano concreto.

Saludos,
Edmundo V

Ivan dijo...

La verdad es que yo debo de estar muy contaminado gramaticalmente por la concepción metafísica dominante, porque me cuesta aceptar la idea de azar frente a causa. Me cuesta aceptar la concepción de que un proceso se realize sin causa alguna (independientemente de que podamos o estemos capacitados para encontrar las causas.

Edmundo V dijo...

Hola Iván,

Es lógico que nos sea difícil entender la causa como una simple categoría más del pensar. Ello se debe -como diría Hume- a la costumbre. Si una y otra y otra y otra vez percibimos que de esto se sigue aquello acabamos por asumir cierta "idea" que expresa dicha conexión entre una cosa y la otra. Ahora bien, eso no significa que dicha noción causal sea inherente a la cosa.

Ojo... el azar no es falta de causa, es una noción causal más junto a la causa eficiente (esta es la causa a la que nos referimos usualmente) y la teleológica.

La ausencia de causa entiendo se encontraría en un formalismo lógico-matemático que de cuentas de la cosa sin entrar directamente en la cuestión de la conexión entre diferentes estados. Si entre uno u otro estado cuántico, pongámos por caso, hubiere una explicación en términos de necesidad o azar esto ya sería una explicación causal. No sé si Bohr descartaba también esto.

A ver que nos dice JL...

Saludos,
Edmundo V

Ender el Xenocida dijo...

Estoy bastante de acuerdo con tu primer comentario, Edmundo. Habría que añadir que entre la teoría cuántica y el resto de teorías hay una diferencia crucial.
Cualquier mención a los conceptos atribuidos a un sistema debe pasar necesariamente por describir un experimento en el cual se obtenga una medida de ese concepto. No tiene sentido hablar de la energía o la posición de una partícula para emitir juicios predictivos o situaciones imaginarias. Debemos describir el cómo para hablar del que y del qué. Es aparentemente, una renuncia a toda metafísica, pero no sólo a la metafísica. En el momento en que aceptamos que sólo mediante esas limitaciones tenemos una visión coherente de la naturaleza, debemos asumir que esas limitaciones no son tales, sino que es ésa realmente la manera como funcionan las cosas. Para compaginar esto con la idea de una Realidad, tenemos que reformular el concepto mismo de Realidad.
Este marco teórico es sin duda lo que Kuhn llama un nuevo paradigma científico, y en ese sentido creo entender tu alerta con el ejemplo de la indeterminación. Desde luego, los conceptos utilizados en ciencia, ahora más que nunca -en mi opinión- se discuten en términos de utilidad para describir a la cosa. Nadie afirmaría que son la cosa misma, aunque en la práctica nos sería imposible vivir si no creamos mentalmente esa igualdad. Como apunte a tu favor, no obstante, estoy convencido de que muchos físicos creen íntimamente que los electrones existen realmente antes de que se efectúe sobre ellos una medida, porque de otro modo les resulta muy difícil hablar de ellos, a pesar de que esto les hace caer en una contradicción permanente con la teoría.

En mi opinión, en el sentido en el que Bohr no se plantea que pueda existir una explicación más completa de la realidad, sí aceptaría que el azar es una explicación causal de los fenómenos. (En el sentido causal que utilizas, aunque causa casi siempre se utiliza como causa eficiente aristotélica)

Iván, no te desanimes! Sabios como Planck, Einstein, De Broglie e incluso Schrödinger sentían tu misma repulsión por una explicación acausal de los fenómenos. De todas formas, ¿por qué debería el ser humano entender el funcionamiento del Universo?

Edmundo V dijo...

Creo que con vistas a evitar metafísicas de diversa índole un buen enfoque es la distinción que realiza Lacan entre realidad y lo Real.

Lo Real vendría ser la cosa misma, lo Otro en sentido radical y, por tanto, lo inaccesible por definición sin que medie la pantalla conceptual, simbólica, de por medio.

La realidad sería, en términos heideggerianos, la casa del Ser, o siguiendo con los términos lacanianos, la representación simbólica e imaginaria de lo Real.

Me permito apuntar que, al margen de la Física, de cara a pensar lo social ésta distinción entre lo Real y realidad se muestra crucial para entender, por ejemplo, la dinámica y función de la Ideología. Restringirnos a lo Real en el plano social sería algo similar a la escena de Matrix en que Morpheo le explica a Neo lo que es Matrix y le dice "bienvenido al desierto de lo real" para acto seguido mostrarle que somos poca cosa más que una pila, energía al servicio de las máquinas.

Saludos,
Edmundo V

Ender el Xenocida dijo...

Esa distinción es ciertamente muy importante en la filosofía experimental de la física.
No podemos decir nada acerca de lo Real. Lo Real está fuera de nuestra gramática y no puede ser definido con las herramientas lógicas. (Esto siempre me recuerda al Teorema de Gödel, que afirma que cualquier teoría matemática contiene siempre supuestos que no pueden definirse mediante la misma teoría) Lo Real, el Todo, la Nada...
Ahora bien, sí podemos hablar de realidad, y Einstein hizo un gran esfuerzo por llegar a una definición experimental sobre ella.
Más o menos sería:
"Si podemos predecir con certeza, es decir, probabilidad igual a la unidad, el valor de una cantidad física sin perturbar el sistema, entonces existe un elemento de realidad física que corresponde a esta cantidad"

Ésta es la premisa de la Paradoja EPR que intenta encontrar elementos de realidad simultáneos en dos cantidades físicas que no pueden ser medidas simultáneamente según la mecánica cuántica.
La solución a la paradoja es adoptar básicamente la siguiente postura: aunque pueda predecirse un valor a una cantidad, esto no implica que podamos asignarle un elemento de realidad. Es preciso realizar una medición de esa cantidad para hablar de realidad.

¡Por eso, nuestro concepto de realidad ha cambiado radicalmente!

Saludos.

Ender el Xenocida dijo...

Dicho de otro modo, porque me parece crucial:
La Mecánica Cuántica nos dice que, si pretendemos describir eficientemente el modo como actúa la Naturaleza, no podemos hacer representaciones simbólicas de lo que consideramos Real de cualquier manera, sólo podemos hacerlas siguiendo los principios de Indeterminación y de Complementariedad.
Éste es el quid de la filosofía experimental de la teoría.
Por vez primera -según creo-, una teoría experimental genera un nuevo modo de ver la filosofía imponiendo reglas muy claras a nuestra capacidad de conocimiento...
Saludos.

Edmundo V dijo...

Hola,

La contradicción que resulta del Teorema de Gödel resulta de llevar el pensamiento al límite es una contradicción del pensamiento mismo.

En efecto hoy parece que sólo podemos habérnosla con la cosa misma a partir del Principio de Indeterminación y Complementariedad.

Pongo en negrita "hoy" porque es importante remarcar lo siguiente, a saber,que no es exclusivo de la Mecánica Cuántica fijar las reglas del pensar si no se quiere perder la cosa misma, también en el contexto histórico y cultural de Newton, había reglas que marcaban la forma de jugar con la cosa. Éstas cambian con el tiempo y también según el nivel de realidad que se quiere estudiar, tanto es así que, por ejemplo, si aumentamos nuestra lente para alejarnos del nivel nuclear, se revela útil -cognoscitivamente hablando- tanto la causa eficiente (necesidad) como la contingente (azar) al tratar de, pongamos, la genética.

Las reglas vienen marcadas por la experiencia correspondiente a una determinada época histórica y concreta, esto es, a una cultura, un ambiente espiritual, una forma de producir, etc. En este punto convendrían tanto Marx como Kuhn.

Saludos,
Edmundo V

Iñaki dijo...

Es muy interesante descubrir que en principio de la o de una unidad física clásica de un mismo elemento. Descubrimos que cuánticamente ese mismo elemento está formado por varios componentes. Sin dejar de pertenecer a esa misma Unidad inicial. A la que siguen perteneciendo. Ya bien sean electrones, fotones, que reaccionan de forma diferente, si se relacionan con otros componentes clásicos de sí mismos, de su mismo entorno, elementos, o materia como es la luz, Al igual que un elemento se mueve a diferente velocidad si está seco o mojado. Ya que el agua es un componente propio que reconoce el mismo elemento o unidad física clásica Y que físicamente o cuánticamente como la luz afecta en su movimiento a los fotones. La unidad física clásica al interactuar también con el agua etc... Luego los fotones, que son distintos componentes de una misma unidad física clásica, se comportan de igual forma sin dejar de ser una misma unidad física clásica al interactuar con otro componente propio de si mismo como es el mismo haz de luz que le interfiere o con el que se relacionan. Formando una nueva Unidad Física Clásica. Si no interactuara con ese otro componente característico y propio del fotón que es el haz de luz. Actuaría sin forma definida o como una Unidad misma en sí misma o físicamente cuántica. Luego mantiene la forma de Unidad inicial del elemento al que pertenece. Ni se modifica Ni se transforma. Es una parte de la misma Unidad anterior física clásica. Antes de cualquier ínter actuación con otro componente o con otra Unidad Física Clásica.
Y así cada vez que la Unidad Física Clásica crezca o se mantenga o no interactúe con más elementos entre sí. También en un medio de ínter actuación de equilibrio gravitacional. Además del componente o medio material. O de la luz en su desplazamiento como Unidad Física Clásica. Antes de cualquier interacción con otros elementos O Unidaddes Físicas Clásicas. Ya que sería Una Unidad Nueva Clásica. Posterior a la Cuántica. Situación espacial y temporal y Física Anterior A la creación de una Nueva Unidad Física Clásica.Ya que en ausencia de luz, medio de unidad de tiempo y de distancia, Y de su misma Unidad Clásica anterior. Y de cualquier interacción con otros componentes de la misma Unidad Física Clásica O de otras Unidades diferentes. Luego es Una Unidad. ESTO ES 1 = 1 Que no es igual a que 1 = ( 1 + 1) = 2
Luego Uno Siempre Será Una Unidad. Hasta Que No Sumemos al menos Otra Unidad a la Unidad Anterior. Y el espacio y el tiempo y las unidades antes de formar una nueva Unidad Nueva. Esto es la Física Cuántica.
Ya que todos los anteriores elementos y medios de estos mismos elementos son componentes del Conjunto de Unidades y de elementos de la Física Clásica.

Anónimo dijo...

Además que dentro de los parámetros relativos del espacio y del tiempo de la Unidad de la Física Clásica O en la que está descrita o inmersa la Unidad tanto de la Física Clásica como de la Física Cuántica. 1 = 1 Tanto en la Física Clásica como en La Física Cuántica. Esta Unidad 1 no deja de serlo Porque descubramos que en una misma Unidad o Elemento de la Física Clásica Haya más elementos que participen o estén dentro del Conjunto de Elementos o de la Misma Unidad de la Física Clásica y de La Física Cuántica. Hasta que no formen una nueva Unidad o se modifiquen y formen por la conjunción con otros elementos Otra Nueva Unidad distinta de la Anterior Unidad (1x+1(x)(y)... (n)) = 2z = ( 1+1+. n ). El transito de la suma de la Unidad 1 a la modificación o al añadido de otra nueva Unidad x Igual o distinta entre si Siendo y < 1...1, 1+1, 1+1+1 ,......1+n-1, 1+n, n)

Es una cuestión de mera probabilidad de n-1 < n resultados posibles también Que es el microespacio anterior a la nueva Unidad de la Física Clásica Que es el ámbito o el tema de estudio o de aplicación en la que se mueve la Física Cuántica. Siendo los diferentes n resultados posibles en el espacio y en el tiempo relativos de la Física Clásica A la suma de una Unidad y de n posibles resultados a x Siendo x = 1 O Una Unidad´de la Física Clásica e y = 1 ( 1 , 1+1 , 1+1+1 ,....1+n-1 , 1+n ) resultados posibles. En el ámbito de estadística de sns posibles combinaciones Y de los n posibles resultados antes de sumar (1x+1y)= n1z resultados posibles desde la Física Cuántica. Si Y = 1......n. Luego la Física Cuántica Tiene que tener en cuanta Siempre los n diferentes resultados posibles Antes de sumar cualquier unidad y a x . Luego la Estadística de la Física Clásica de las posibles combinaciones y resultados de y Al sumarse a la Unidad de la Física Clásica. Luego La estadística de y es paralela o similar A la Teoría de las Cuerdas. Ya que al sumar 1 Unidad x de la Física Clásica a Una Unidad 1 y de la Física Cuántica Con toda la estadística o Teoría de Cuerdas de y de la Física Cuántica Si y = ( 1 , 1+1 , 1+1+1 , ....... 1+n-1 , 1+n , n)

Donde confluyen como en los agujeros negros Todas las Posibles Fuerzas de la Física Tanto Clásica Como Cuántica La Gravitacional, La velocidad de la Luz, La Electromagnética, La Energía Nuclear de los elementos de la Unidad Tanto la Fuerte como La Débil Formando una unidad de elementos Desde o hasta 1 X = (0,1) = 1. Así resolviendo o aclarando más si cabe también; El problema que se le planteaba a Albert Einstein con respecto a la Unidad de la Física Clásica y de La Física Cuántica. Ya que En un principio Sólo Existía x = ( 0+1 ) = 1 . O la Unidad . Tanto en el ámbito de la Física Clásica Como desde el punto de vista de la Física Cuántica. Ambas Coexisten formando a la Unidad. Hasta que aparecen las diferentes fuerzas que intervienen en la cohesión de estas Al igual que existen diversos elementos que pertenecen a una misma Unidad. Antes de O hasta que se modifican Y forman o suman una Unidad totalmente distinta de la anterior Unidad de la Física Clásica.

Ese transito en un espacio temporal relativo y estadístico o de la diferentes posibilidades finales de cualquier nueva Unidad, o suma de unidades , o también teoría de la cuerdas en el campo micro espacial de la Unidad macro espacial . Es el campo de la Unidad en la Física Cuántica.

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