José Ber­na­béu impar­tien­do una cla­se magis­tral de los QMP Semi­nars, en el Parc Cien­tí­fic de la Uni­ver­si­tat de Valèn­cia. Foto Adol­fo Pla­sen­cia.

Adol­fo Pla­sen­cia, 7 de 2025

El mun­do cuán­ti­co repre­sen­ta la revo­lu­ción más pro­fun­da en la cien­cia actual con avan­ces con­cep­tua­les y desa­rro­llos tec­no­ló­gi­cos extra­or­di­na­rios. Hoy, ya habla­mos de una segun­da revo­lu­ción cuán­ti­ca, en que los sis­te­mas cuán­ti­cos como áto­mos, elec­tro­nes o foto­nes ya se pue­den mani­pu­lar a nivel indi­vi­dual, lo cual abre nue­vas y gran­des pers­pec­ti­vas en compu­tación, comu­ni­ca­ción o metro­lo­gía.

Cuan­do uno habla con un gran cien­tí­fi­co, en cada con­ver­sa­ción casi inevi­ta­ble­men­te sur­ge el asom­bro, no solo por la fuer­za de su saber, que tam­bién, sino por las cons­tan­tes nue­vas for­mas crea­ti­vas con que estos cien­tí­fi­cos sue­len ser capa­ces de ver las cosas de la natu­ra­le­za y el mun­do. Emer­gen en cada diá­lo­go con per­so­nas así cosas que, apar­te de diver­ti­das, –un afi­la­do buen humor es una señal tem­pra­na de la gran inte­li­gen­cia–, hacen de estas con­ver­sa­cio­nes algo gozo­so. Ase­gu­ro que esto me pasa en cada con­ver­sa­ción que ten­go con el físi­co José Ber­na­béu, cuya vida como cien­tí­fi­co, ha esta­do liga­da, ade­más de al Ins­ti­tu­to de Físi­ca Cor­pus­cu­lar (IFIC), y como Cate­drá­ti­co de la Facul­tad de físi­ca a la Uni­ver­si­dad de Valen­cia, –don­de es con­si­de­ra­do un legen­da­rio pro­fe­sor–; y, tam­bién al CERN (Labo­ra­to­rio Euro­peo de Físi­ca de Par­tí­cu­las), sien­do el pri­mer espa­ñol que for­mó par­te del staff de la Divi­sión de Físi­ca Teó­ri­ca del CERN don­de des­pués, for­mó par­te del Comi­té de Finan­cia­ción de Expe­ri­men­tos en los Labo­ra­to­rios CERN de Gine­bra y DESY de Ham­bur­go, ade­más de for­mar par­te del Comi­té del CERN para el nue­vo Ace­le­ra­dor LHC des­de 1994 a 1997.

En la oca­sión actual –esta­mos en la mitad del Año Inter­na­cio­nal de la Cien­cia y la Tec­no­lo­gía Cuán­ti­cas–, he dia­lo­ga­do con él pocos días antes de que Ber­na­béu se vaya de nue­vo al CERN en Gine­bra, como lle­va hacien­do inde­fec­ti­ble­men­te cada verano des­de hace déca­das. Esta últi­ma con­ver­sa­ción, ha ocu­rri­do tras la publi­ca­ción de una nue­va apor­ta­ción del físi­co, publi­ca­da como «artícu­lo des­ta­ca­do» por EUROPHYSICS NEWS la Revis­ta de la Socie­dad Euro­pea de Físi­ca, el pasa­do 6 de mayo de 2025, con el títu­lo: Fin a 100 años de mis­te­rio sobre la «dua­li­dad onda-par­­tí­­cu­­la» en físi­ca cuán­ti­ca. Tam­bién ha publi­ca­do esta apor­ta­ción de Ber­na­béu, en un artícu­lo en espa­ñol con ese títu­lo, la Revis­ta de la Socie­dad Espa­ño­la de Físi­ca en su pri­mer núme­ro de 2025. En el preám­bu­lo de dicho tex­to ya se vis­lum­bran los des­te­llos del genio cien­tí­fi­co de José Ber­na­béu, que se ini­cia con afir­ma­cio­nes rotun­da­men­te valien­tes:

«Como la quin­tae­sen­cia aris­to­té­li­ca para el cie­lo, el flo­gis­to para expli­car la com­bus­tión, el flui­do caló­ri­co para los esta­dos de la mate­ria o el éter para las ondas elec­tro­mag­né­ti­cas, las «ondas de mate­ria» de la físi­ca cuán­ti­ca son un remi­nis­cen­te his­tó­ri­co sin corres­pon­den­cia real en el mun­do natu­ral. El con­cep­to cuán­ti­co —no clá­si­co— fun­da­men­tal es la ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad, sin impor­tar que haga refe­ren­cia a pro­pie­da­des espa­cia­les o inter­nas de los sis­te­mas físi­cos».

Es una atre­vi­da anti­ci­pa­ción de la valen­tía de su nue­va pro­pues­ta. Y tam­bién, una vez más, apa­re­ce su decla­ra­ción de inten­cio­nes que sue­le anti­ci­par en los abs­tracts o resú­me­nes pre­vios a sus publi­ca­cio­nes por quien, ade­más de un físi­co de par­tí­cu­las extra­or­di­na­rio, tam­bién es un espe­cia­lis­ta de la cos­mo­lo­gía, como mos­tró en nues­tra con­ver­sa­ción en mi libro publi­ca­do por el MIT, la Univ. de Oxford y la Univ. de Valèn­cia, titu­la­da «Uni­fi­car la físi­ca de par­tí­cu­las con la cos­mo­lo­gía del uni­ver­so pri­mor­dial.»

En aque­lla con­ver­sa­ción, Ber­na­béu tam­bién puso en con­tex­to de ini­cio el mar­co de su pen­sa­mien­to al res­pec­to, unas pala­bras que pue­de enten­der cual­quie­ra, pese a la car­ga téc­­ni­­co-cie­n­­tí­­fi­­ca de sus apor­ta­cio­nes con­cre­tas. En dicha intro­duc­ción anti­ci­pó cómo cree él que fun­cio­na la cien­cia en su bús­que­da de nue­vas metas en el des­cu­bri­mien­to, sobre lo cual me impro­vi­só el siguien­te párra­fo:

«El ser humano siem­pre ha esta­do intere­sa­do en las gran­des cues­tio­nes sobre la exis­ten­cia huma­na. Pode­mos, con pre­gun­tas bien plan­tea­das, inten­tar enten­der la natu­ra­le­za. Este tipo de pre­gun­tas son las que han con­du­ci­do, des­de el pun­to de vis­ta de la civi­li­za­ción occi­den­tal basa­da en la anti­gua cul­tu­ra de los grie­gos, a eso que lla­ma­mos teo­ría del cono­ci­mien­to, o epis­te­mo­lo­gía, como lo ha inten­ta­do tam­bién la reli­gión en otros aspec­tos. Creo que la curio­si­dad por cono­cer ha sido el motor que está detrás del desa­rro­llo del pen­sa­mien­to y la razón por la que, hace qui­nien­tos años, apa­re­ció la cien­cia moder­na con una meto­do­lo­gía bien defi­ni­da. La cien­cia pre­ten­de, com­pa­gi­nan­do la teo­ría con la expe­ri­men­ta­ción, con­se­guir un méto­do por el cual poda­mos pre­gun­tar a la natu­ra­le­za cuá­les son los secre­tos que con­tie­ne y redu­cir­los a cier­tas leyes, en unos com­por­ta­mien­tos regu­la­res con­cre­tos. Esto es lo que defi­ne el avan­ce del cono­ci­mien­to. Y ello, efec­ti­va­men­te, tie­ne un com­po­nen­te epis­te­mo­ló­gi­co o de filo­so­fía natu­ral. Ese com­po­nen­te está aso­cia­do con la curio­si­dad huma­na sobre las gran­des pre­gun­tas, que siem­pre han esta­do pre­sen­tes y que, aho­ra, están cana­li­za­das a tra­vés de la cien­cia moder­na, o lo que lla­ma­mos el sis­te­ma cien­tí­fi­co».

El físi­co Ber­na­béu pone fin a 100 años del mis­te­rio “dua­li­dad onda-par­­tí­­cu­­la” en la físi­ca cuán­ti­ca

Como decía, este 2025 ha sido decla­ra­do Año Inter­na­cio­nal de la Cien­cia y la Tec­no­lo­gía Cuán­ti­cas por la Asam­blea Gene­ral de las Nacio­nes Uni­das. En este con­tex­to se ha dado la con­ver­sa­ción con el físi­co José Ber­na­béu que aca­bo de tener que, resu­mi­da, trans­cu­rrió en estos tér­mi­nos:

Adol­fo Pla­sen­cia: ¿Está liga­da la publi­ca­ción del cita­do artícu­lo a este cen­te­na­rio?

José Ber­na­béu: En par­te sí. Con moti­vo del cen­te­na­rio, muchas revis­tas cien­tí­fi­cas dedi­can un núme­ro espe­cial al mun­do cuán­ti­co. Pen­sé que era la oca­sión para dise­mi­nar en la comu­ni­dad cien­tí­fi­ca los argu­men­tos con­cep­tua­les y expe­ri­men­ta­les que pro­por­cio­nan una inter­pre­ta­ción con­sis­ten­te cuán­ti­ca sin nece­si­dad de per­du­rar en el mis­te­rio de poner jun­tos dos con­cep­tos clá­si­cos con­tra­dic­to­rios como son ondas y par­tí­cu­las.

Acep­té publi­car­lo en la Revis­ta de la Socie­dad Euro­pea de Físi­ca por­que lle­ga a todos los intere­sa­dos actual­men­te en los dife­ren­tes ámbi­tos de la físi­ca y de hecho es la revis­ta que yo leo para infor­mar­me sobre cam­pos que no cul­ti­vo. La aco­gi­da a mi tex­to fue exce­len­te, con sor­pre­sa inclui­da de los res­pon­sa­bles, que juz­ga­ron que la con­clu­sión era cla­ra y con­tun­den­te. Una ver­sión en cas­te­llano tam­bién se ha publi­ca­do en la Revis­ta de la Socie­dad Espa­ñol de Físi­ca, en la que me expla­yo más. Yo creo que el len­gua­je para muchos cien­tí­fi­cos es solo len­gua­je, pero, para algu­nos, el len­gua­je es algo que con­di­cio­na su con­cep­ción de las ideas cien­tí­fi­cas y eso supo­ne, en algu­nos casos, un freno a la crea­ti­vi­dad cien­tí­fi­ca de algu­na mane­ra. En el caso que nos ocu­pa, a base de hablar duran­te años de la fun­ción de onda, la gen­te aca­ba cre­yen­do que de ver­dad hay una onda. Cuan­do en reali­dad la expre­sión fun­ción de onda lo que sig­ni­fi­ca es una ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad de que la posi­ción de la par­tí­cu­la esté aquí. Cuán­ti­ca­men­te hemos de admi­tir que su posi­ción no está bien defi­ni­da en cier­tos casos, por ejem­plo, si tie­ne ener­gía defi­ni­da. No es que la par­tí­cu­la se con­vier­ta en una onda no-loca­­li­­za­­da y «com­par­ti­da» entre alter­na­ti­vas. Es que «no tie­ne sen­ti­do» pre­gun­tar dón­de está en esas situa­cio­nes de super­po­si­ción.

Es difí­cil dige­rir esa idea en una lógi­ca clá­si­ca ordi­na­ria, pero ha que­da­do cla­ri­fi­ca­do rotun­da­men­te en expe­ri­men­tos en que la super­po­si­ción no es entre estar aquí o allí, sino entre tener una car­ga inter­na u otra que no tie­ne nada que ver con ondas en el espa­cio.

Físi­ca y filo­so­fía: encuen­tros y disen­sio­nes

A.P.: Ya sabes, José, que entre filó­so­fos y físi­cos hay con­ver­gen­cias y disen­sos cuan­do se habla del mun­do natu­ral, y de su autén­ti­ca reali­dad.

J.B.: Yo soy muy malo para dis­tin­guir físi­ca de filo­so­fía. En físi­ca, pre­ten­de­mos des­cri­bir el com­por­ta­mien­to del mun­do natu­ral cuan­do se obser­va. Sin cuan­do se obser­va, no es físi­ca. Y otra cosa dis­tin­ta es la filo­so­fía que, a par­tir de eso, yo pue­do infe­rir, –y solo infe­rir–, cuál es la reali­dad natu­ral. Pero la reali­dad natu­ral no pue­do saber cómo es si no la obser­vo. Enton­ces, en mecá­ni­ca cuán­ti­ca, el cómo es esa reali­dad natu­ral, pue­de depen­der de que yo la obser­ve, –lo cual sigue sien­do un mis­te­rio–. Resu­mien­do, hay una dife­ren­cia; la físi­ca hace refe­ren­cia a hechos, a leyes con­tras­ta­das cuan­do la natu­ra­le­za es obser­va­da. La filo­so­fía eli­mi­na esa últi­ma par­te. El filó­so­fo pre­ten­de saber lo que el mun­do natu­ral es. Pero cuan­do los físi­cos pre­ten­de­mos des­cri­bir la reali­dad…, a veces, nos encon­tra­mos con que la reali­dad pue­de ser extre­ma­da­men­te sutil. Eso suce­de, por ejem­plo, en mecá­ni­ca cuán­ti­ca.

La lógi­ca cuán­ti­ca es una lógi­ca que ven­dría muy bien a la socie­dad actual por­que, en ella, no siem­pre hay que ele­gir entre dos alter­na­ti­vas. Entre una o la otra, como aho­ra pare­ce ser un impe­ra­ti­vo. Esa lógi­ca pro­por­cio­na todas las alter­na­ti­vas de la «super­po­si­ción».

A.P.: Vol­vien­do al mis­te­rio que ha dura­do cien años y al que tu artícu­lo pro­po­ne dar tér­mino… José, ¿de don­de vie­ne ese mis­te­rio?

J.B.: Vie­ne de una idea a la que yo doy mucho méri­to por lo que des­en­ca­de­nó, aun­que aho­ra renie­gue de ella. Hay ideas… que tie­nen que ver con una fra­se del ita­liano que a mí me gus­ta mucho: si non è vero, è ben tro­va­to (si no es ver­da­de­ro, está bien inven­ta­do) …Aun­que una idea no sea ver­dad, pue­de esti­mu­lar que tú, o mucha gen­te, pien­se más y mejor sobre el tema. Y eso pasó con la idea del físi­co fran­cés Louis de Bro­glie quien pre­sen­tó por pri­me­ra vez hace un siglo, en un tra­ba­jo suyo, la idea de que la úni­ca mane­ra de poder enten­der el com­por­ta­mien­to de las par­tí­cu­las era median­te la dua­li­dad onda cor­púscu­lo, carac­te­rís­ti­ca de la mecá­ni­ca cuán­ti­ca. Y sigue pre­sen­te en el len­gua­je cuán­ti­co.

Todo el pro­ble­ma, en mi opi­nión, vie­ne del momen­to en que varía el pun­to de vis­ta algo que tú iden­ti­fi­ca­bas las par­tí­cu­las como algo que tie­ne pro­pie­da­des bien defi­ni­das, com­pac­tas, en un pun­to y en un ins­tan­te. Pero resul­ta que, eso, es algo que con­tras­ta con lo que enten­de­mos como onda. Por ejem­plo, lo que enten­de­mos como ondas elec­tro­mag­né­ti­cas, o las ondas de las olas del mar, que son per­tur­ba­cio­nes que se pro­pa­gan en el espa­cio y en el tiem­po, don­de no están loca­li­za­das en un pun­to y un ins­tan­te, sino que se tra­ta de per­tur­ba­cio­nes que se des­pla­zan en un medio. Por, ejem­plo, el soni­do, que es una onda que nece­si­ta el aire para pro­pa­gar­se. Si hace­mos el vacío y no hay aire, no nos oire­mos. El soni­do es una pro­pa­ga­ción ondu­la­to­ria a tra­vés de las molé­cu­las de aire, o de la made­ra, o de un sóli­do, etc.

Esbo­zo sobre la inter­fe­ren­cia basa­do en las obser­va­cio­nes de las ondas de agua, del famo­so tra­ba­jo que Tho­mas Young, pre­sen­tó en 1801 a la Royal Society titu­la­do “Sobre la teo­ría de la luz y los colo­res”, que des­cri­be diver­sos fenó­me­nos de inter­fe­ren­cia.

Cuan­do se des­cu­brie­ron las ondas elec­tro­mag­né­ti­cas en el siglo XIX, se nece­si­tó una expli­ca­ción plau­si­ble. Hace fal­ta que haya un medio. Y la expli­ca­ción de enton­ces fue: tie­ne que haber nece­sa­ria­men­te un medio… La solu­ción para esta idea fue algo que lla­ma­ron el éter y que se supo­nía que lle­na­ba todo el espa­cio para hacer posi­ble que exis­tie­ran y fun­cio­na­rían las ondas elec­tro­mag­né­ti­cas. Por ejem­plo, la velo­ci­dad de la luz, –como onda elec­tro­mag­né­ti­ca–, es la mis­ma en todos los sis­te­mas de refe­ren­cia, algo que iba en con­tra de la mecá­ni­ca o físi­ca de siem­pre. Pero el inven­to del éter jugó un papel pri­mor­dial por­que pro­vo­có mul­ti­tud dis­cu­sio­nes filo­só­fi­cas y cien­tí­fi­cas, has­ta que al final se con­clu­yó que no hacia fal­ta ese éter por­que lo que, en reali­dad, se esta­ba pro­pa­gan­do era el pro­pio cam­po elec­tro­mag­né­ti­co. Es decir, exis­te un con­cep­to más allá de par­tí­cu­las que es el cam­po. Así que pasa­mos a decir que hay un cam­po elec­tro­mag­né­ti­co como enti­dad real que se pro­pa­ga trans­por­tan­do ener­gía. Así se aban­do­nó la idea del éter, que ya no era nece­sa­ria. Pero inven­tar este tipo de meca­nis­mos con­cep­tua­les se hizo cuan­do fue nece­sa­rio hacer­lo para avan­zar… has­ta que los expe­ri­men­tos demues­tran que no exis­ten y enton­ces se aban­do­nan.

Todos esos con­cep­tos han esta­do en la físi­ca o en la quí­mi­ca como, por ejem­plo, el del fue­go que fue un mis­te­rio des­de la anti­güe­dad duran­te mucho tiem­po y, para resol­ver­lo, se inven­tó la idea del flo­gis­to, con la que expli­car por­qué se pro­du­ce la com­bus­tión, que lue­go tam­bién se aban­do­nó por­que, fina­men­te, se vio que no era cier­ta. O, para pasar de hie­lo a agua. Si calien­to no cam­bia la tem­pe­ra­tu­ra, ten­go hie­lo a cero gra­dos y ten­go agua a cero gra­dos. Pero para pasar de hie­lo (esta­do sóli­do) a agua (esta­do líqui­do) nece­si­to aña­dir ener­gía. Un día por fin, supi­mos por qué. Hay que rom­per los enla­ces del esta­do sóli­do para que pase del esta­do soli­do al líqui­do. Pero duran­te mucho tiem­po no lo ima­gi­ná­ba­mos por­que esa idea iba en con­tra de lo cono­ci­do has­ta el momen­to. Y hay mul­ti­tud de ejem­plos de este tipo.

Pues a ese nivel pon­go yo la dua­li­dad onda-cor­­pús­cu­­lo, un con­cep­to que ha juga­do un papel pri­mor­dial por­que des­en­ca­de­nó la ava­lan­cha para cons­truir la arqui­tec­tu­ra de la mecá­ni­ca cuán­ti­ca. Eso, en aquel momen­to, fue así por­que ponien­do jun­tas la idea de onda y cor­púscu­lo apa­re­cían pro­pie­da­des nue­vas. Lo que pasa es que hoy en día enten­de­mos esas pro­pie­da­des sin tener que poner jun­tas dos cosas tan con­tra­dic­to­rias. Hoy, enten­de­mos cómo las ondas elec­tro­mag­né­ti­cas se pro­pa­gan en el espa­­cio-tie­m­­po sin que deba haber de por medio un éter mate­rial para que se pro­pa­guen.

A.P.: Sí, el méri­to de esa visión hay que dár­se­lo a de Bro­glie. Por­que la idea de que las par­tí­cu­las tam­bién son ondas al pro­pa­gar­se fue plan­tea­da, ya hace un siglo, en 1924, como con­tra­par­ti­da a la idea de que la radia­ción elec­tro­mag­né­ti­ca está for­ma­da por foto­nes como paque­tes de ener­gía, los cuan­tos de luz, por el físi­co fran­cés Louis de Bro­glie, gana­dor del Nobel de Físi­ca en 1929. Pero, …José, ¿No fue esa uni­fi­ca­ción un gran paso ade­lan­te en el camino a cons­truir la físi­ca cuán­ti­ca?

J.B.: En efec­to, lo fue, inclu­so si la natu­ra­le­za de esas «ondas de mate­ria» no era cono­ci­da. Y fue una idea muy impor­tan­te. No solo fue un con­cep­to que impul­só la cons­truc­ción de la teo­ría cuán­ti­ca a par­tir de las for­mu­la­cio­nes de Hei­sen­berg y Schro­din­ger, sino que dio una expli­ca­ción de reglas de cuan­ti­za­ción expe­ri­men­ta­les ad-hoc pro­pues­tas en el perío­do pre-cuá­n­­ti­­co para sin­te­ti­zar los des­acuer­dos expe­ri­men­ta­les con la físi­ca clá­si­ca en los áto­mos y la radia­ción. Por acla­rar­lo, en físi­ca, una cuan­ti­za­ción es un pro­ce­di­mien­to mate­má­ti­co para cons­truir un mode­lo cuán­ti­co para un sis­te­ma físi­co a par­tir de su des­crip­ción clá­si­ca. Hoy se cono­ce a esas reglas como la Anti­gua Teo­ría de los Cuan­tos

La teo­ría cuán­ti­ca sur­gió de aba­jo hacia arri­ba

A.P.:  Tam­bién hay algo curio­so al res­pec­to, creo. Se dice, que la teo­ría cuán­ti­ca sur­gió «de aba­jo hacia arri­ba», ¿pero esto qué sig­ni­fi­ca, exac­ta­men­te, en tér­mi­nos que poda­mos enten­der los no-ini­­cia­­dos? Y, en estos 100 años, ¿cuál ha sido su desa­rro­llo?

J.B.: La teo­ría cuán­ti­ca sur­gió des­de la con­tra­dic­ción duran­te muchas déca­das entre la obser­va­ción y las pre­dic­cio­nes clá­si­cas de fenó­me­nos nove­do­sos. Sin la tram­pa a la físi­ca clá­si­ca median­te la regla de cuan­ti­za­ción de Bohr, los áto­mos no serían esta­bles. Pero era con­tra­dic­to­rio con las leyes de la físi­ca clá­si­ca. Se nece­si­ta­ba nue­va físi­ca. Ade­más, la obser­va­ción pos­te­rior con elec­tro­nes de fenó­me­nos ondu­la­to­rios como la inter­fe­ren­cia y la difrac­ción en cris­ta­les die­ron sopor­te a la dua­li­dad onda-par­­tí­­cu­­la. El len­gua­je de fun­ción de onda se iden­ti­fi­ca por muchos con que un fotón, elec­trón o áto­mo, al pro­pa­gar­se, es una onda y, al detec­tar­se, es una par­tí­cu­la.

A.P.:  Enton­ces el fenó­meno de inter­fe­ren­cia que ha sido cru­cial en la his­to­ria de la físi­ca cuán­ti­ca para su bue­na inter­pre­ta­ción, ¿en qué con­sis­te?

J.B.: Si una onda de luz se apro­xi­ma a un obs­tácu­lo con dos ren­di­jas, éstas se con­vier­ten en dos fuen­tes en la pro­pa­ga­ción por detrás. Pode­mos decir que la luz pasa por una y otra ren­di­ja al ser la onda una per­tur­ba­ción NO-LOCALIZADA en el espa­­cio-tie­m­­po. La «per­tur­ba­ción» tie­ne una AMPLITUD de la onda cuyo cua­dra­do da su INTENSIDAD en cada pun­to en cada ins­tan­te. Pro­ve­nien­te luz de dos fuen­tes la onda resul­tan­te pre­sen­ta una SUPERPOSICIÓN LINEAL que suma las ampli­tu­des, diga­mos A1 y A2. La Inten­si­dad es, por tan­to, el cua­dra­do de la suma (A1+A2)**2, que sabe­mos todos des­de la escue­la que NO es la suma de cua­dra­dos y por tan­to NO es la suma de las Inten­si­da­des indi­vi­dua­les.

Si pone­mos una pan­ta­lla, habrá pun­tos oscu­ros con «inter­fe­ren­cia des­truc­ti­va» y pun­tos muy bri­llan­tes de «inter­fe­ren­cia cons­truc­ti­va» cuya Inten­si­dad es más del doble. Luz + Luz pue­de pro­du­cir en algu­nos pun­tos oscu­ri­dad. Ese expe­ri­men­to de doble ren­di­ja lo reali­zó Tho­mas Young en 1801 demos­tran­do que la luz es una onda. Pues bien, sabe­mos des­de 1928 y en mul­ti­tud de expe­ri­men­tos pos­te­rio­res que ese com­por­ta­mien­to tam­bién se da, –si no hay posi­bi­li­dad de saber por qué ren­di­ja pasan las par­tí­cu­las–, para elec­tro­nes, foto­nes o áto­mos. No se com­por­tan como par­tí­cu­las clá­si­cas, pasan­do por una u otra ren­di­ja suman­do las Inten­si­da­des. La físi­ca clá­si­ca no pue­de dar cuen­ta de prin­ci­pio, al ser las par­tí­cu­las obje­tos LOCALIZADOS que no pue­den pasar por una Y otra ren­di­ja. De ahí la dua­li­dad, a pesar de que al obser­var­las son obje­tos loca­li­za­dos.

Expe­ri­men­to de la Doble Ren­di­ja de Tho­mas Young y, a la dere­cha, simu­la­ción moder­na del mis­mo con elec­tro­nes

A.P.:  Enton­ces, ¿qué son esas ondas «dua­les» aso­cia­das a las par­tí­cu­las cuán­ti­cas?

J.B.: En 1926 Max Born dic­ta­mi­nó que la fun­ción de onda que daba solu­ción a la ecua­ción de Schro­din­ger, era la ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad de encon­trar la par­tí­cu­la en cada pun­to del espa­cio a cada ins­tan­te de tiem­po. En con­se­cuen­cia, la pro­ba­bi­li­dad de encon­trar­la aquí y aho­ra, vie­ne dada por el cua­dra­do de la fun­ción de onda. Ten­dría­mos que hablar de «ondas de pro­ba­bi­li­dad». Para escán­da­lo de Eins­tein y su Dios no jue­ga a los dados, hay que resal­tar que estas pro­ba­bi­li­da­des cuán­ti­cas no son ade­más como las pro­ba­bi­li­da­des clá­si­cas en que, fren­te a dos alter­na­ti­vas, se suman las pro­ba­bi­li­da­des. Cuán­ti­ca­men­te se suman las ampli­tu­des de pro­ba­bi­li­dad.

El deba­te Niels Bohr-Albert Eins­tein, fue visua­li­za­do sobre todo en las cele­bra­das Con­fe­ren­cias Sol­vay alre­de­dor de 1930, uno de los capí­tu­los glo­rio­sos de la his­to­ria de la físi­ca. Fren­te a una inter­pre­ta­ción esta­dís­ti­ca, y por tan­to de teo­ría «no com­ple­ta», defen­di­da por Eins­tein, Bohr insis­tió en que esa inter­pre­ta­ción pro­ba­bi­lís­ti­ca para cada par­tí­cu­la pro­por­cio­na la máxi­ma infor­ma­ción que le pue­de ser asig­na­da, con­den­sa­do en la lla­ma­da inter­pre­ta­ción de Copenha­gue. La con­fron­ta­ción fue for­mu­la­da en tér­mi­nos de un expe­ri­men­to pen­sa­do en que las par­tí­cu­las se enfren­tan a la doble ren­di­ja una a una sin posi­bi­li­dad de inter­fe­rir­se entre ellas.

El pun­to, lo nue­vo, es que aho­ra se pue­de hacer el expe­ri­men­to par­­tí­­cu­­la-a-par­­tí­­cu­­la. Un expe­ri­men­to impo­si­ble en los años 30, que aho­ra ya se está rea­li­zan­do, comen­zan­do por el MIT en los años 90, y se ha repe­ti­do muchas veces des­de enton­ces en otros labo­ra­to­rios, y al que se lla­ma El expe­ri­men­to más bello de la físi­ca (sin­gle par­ti­cle inter­fe­ren­ce). Y que es asom­bro­so.

A.P.: ¿Y qué dice el resul­ta­do de los expe­ri­men­tos par­­tí­­cu­­la-a-par­­tí­­cu­­la?

J.B.: El resul­ta­do no es una sor­pre­sa, con la evi­den­cia ya exis­ten­te en favor de la mecá­ni­ca cuán­ti­ca. Pero es cla­ro y con­tun­den­te. En esos expe­ri­men­tos cada par­tí­cu­la, diga­mos un fotón, se detec­ta en un pun­to de la pan­ta­lla antes de que el siguien­te sal­ga de la fuen­te. Con la acu­mu­la­ción de detec­cio­nes indi­vi­dua­les en los dis­tin­tos pun­tos apa­re­ce níti­da­men­te la figu­ra de inter­fe­ren­cia. La con­clu­sión es que cada fotón tie­ne toda la infor­ma­ción. Aho­ra bien, la onda dual YA NO PUEDE SER ASOCIADA A TODO EL SISTEMA DE FOTONES, como ori­gi­nal­men­te era la onda de luz en tér­mi­nos de foto­nes a par­tir de Planck (1900) y Eins­tein (1905). La dua­li­dad onda-par­­tí­­cu­­la se tras­la­da­ría a cada par­tí­cu­la indi­vi­dual que se detec­ta, aquí y aho­ra, loca­li­za­da.

A.P.:  Se adi­vi­na que esta dua­li­dad a nivel indi­vi­dual es el obje­to de tu estu­dio. ¿Cómo resuel­ve enton­ces el resul­ta­do de esos expe­ri­men­tos fotón a fotón?

J.B.: La his­to­ria es que si tú lo haces par­tí­cu­la a par­tí­cu­la ¿que es lo que inter­fie­re? Inter­fe­rir ocu­rre a una cosa con otra. Y en este expe­ri­men­to se esta vien­do el efec­to en cada par­tí­cu­la por sepa­ra­do. Solo hay una. Mien­tras no se detec­ta el pri­mer fotón, no sale el segun­do de la fuen­te. Uno a uno. Ya no es una cosa con­jun­ta de todas las par­tí­cu­las. Y eso aho­ra lo pode­mos hacer. Hoy día, si tú ana­li­zas muy bien qué es lo que dice la mecá­ni­ca cuán­ti­ca, dice lo que yo te estoy dicien­do. Que cuan­do tú tie­nes dos alter­na­ti­vas, pue­de pasar por aquí o pasar por allí, en el sen­ti­do clá­si­co que enten­día­mos de que, o sale cara, o sale cruz. Pero no, en mecá­ni­ca cuán­ti­ca exis­te una cosa que se lla­ma la super­po­si­ción lineal, por­que exis­ten situa­cio­nes en que no es nece­sa­ria­men­te o esto, o lo otro, sino una super­po­si­ción de las dos opcio­nes. Y lo que inter­fie­re no son las par­tí­cu­las sino esas dos alter­na­ti­vas que se lla­man ampli­tu­des de pro­ba­bi­li­dad. No la pro­ba­bi­li­dad. –Pro­ba­bi­li­da­des tam­bién exis­tían ya clá­si­ca­men­te–.

A.P.:  Y que dife­ren­cia hay entre pro­ba­bi­li­dad y ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad?

J.B.: Hay una dife­ren­cia fun­da­men­tal. La ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad es una pro­pìe­dad lineal. Entre dos alter­na­ti­vas, sean ren­di­jas espa­cia­les o dos car­gas inter­nas posi­bles (da igual) se suman las ampli­tu­des de pro­ba­bi­li­dad. La pro­ba­bi­li­dad, en cam­bio, es una pro­pie­dad cua­drá­ti­ca con la ampli­tud, entre dos alter­na­ti­vas no se suman las pro­ba­bi­li­da­des como clá­si­ca­men­te si es una situa­ción de super­po­si­ción. LA INTERFERENCIA CUÁNTICA ES ENTRE AMPLITUDES DE PROBABILIDAD.

¿Qué quie­re decir eso? Pues que, cuan­do yo ten­go esa super­po­si­ción que he cita­do, diga­mos, cada uno de los tér­mi­nos de la super­po­si­ción de uno o el otro tie­ne la ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad del pri­me­ro, o la ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad del segun­do. Y para saber la pro­ba­bi­li­dad de que pase por el pri­me­ro, o por el segun­do ten­go que tomar el cua­dra­do de esa ampli­tud. La ampli­tud es lineal. Super­po­si­ción lineal: una cosa más la otra; lineal.  Enton­ces, cuan­do yo digo que la inter­fe­ren­cia es entre ampli­tu­des de pro­ba­bi­li­dad, está bien cla­ro. Cuan­do yo ten­go dos alter­na­ti­vas en mecá­ni­ca cuán­ti­ca, no se suman las pro­ba­bi­li­da­des, se suman las ampli­tu­des.

Hay que sumar el cua­dra­do del pri­me­ro (pro­ba­bi­li­dad de que pase por el pri­me­ro); más el cua­dra­do el segun­do (pro­ba­bi­li­dad de que pase por el segun­do); más el doble pro­duc­to del pri­me­ro por el segun­do, (el cua­dra­do de la suma, con­cep­to de escue­la infan­til). Y, ese doble-pro­­du­c­­to da como resul­ta­do total la inter­fe­ren­cia, don­de resul­ta que el resul­ta­do no es pro­ba­bi­li­dad de uno más pro­ba­bi­li­dad del otro.

Dis­tri­bu­cio­nes de pro­ba­bi­li­dad de posi­ción del elec­trón de ocho esta­dos esta­cio­na­rios del áto­mo de hidró­geno.

A.P.: ¿Y por­qué no se habían dado cuen­ta entre tan­tos físi­cos y lo has teni­do que decir tú aho­ra?

J.B.: Ah! esto es otra his­to­ria. En mi caso, pro­ba­ble­men­te, ha ayu­da­do mi situa­ción actual en la que ten­go mucho más tiem­po para pen­sar y no solo para cal­cu­lar, ense­ñar o ges­tio­nar.

A.P.: ¿Y, qui­zá por­que aho­ra tie­nes tiem­po de pen­sar sin pri­sa?

J.B.: Sí, aho­ra pue­do pen­sar sin pri­sa y en pro­fun­di­dad.

A.P.: ¿Con qué reac­cio­nes de tus cole­gas te has encon­tra­do al publi­car esta idea dis­rup­ti­va que aca­ba con un siglo de mis­te­rio dua­li­dad onda-par­­tí­­cu­­la?

J.B.: Resul­ta que los físi­cos de par­tí­cu­las tene­mos una posi­ción pri­vi­le­gia­da. Tú me pre­gun­ta­bas antes… ¿y, por­qué se te ha ocu­rri­do esto a ti?… Los físi­cos de par­tí­cu­las hemos des­cu­bier­to des­de hace cin­cuen­ta años que las pro­pie­da­des que tie­nen los sis­te­mas físi­cos, las par­tí­cu­las, lo que sea, no son solo pro­pie­da­des en el espa­cio y en el tiem­po …sino que tam­bién tie­nen lo que lla­ma­mos pro­pie­da­des inter­nas, empe­zan­do por la car­ga eléc­tri­ca… ¿Qué tie­ne que ver la car­ga eléc­tri­ca con una pro­pie­dad en el espa­cio y en el tiem­po? La posi­ción tie­ne que ver con eso, la ener­gía tam­bién; la velo­ci­dad tie­ne que ver con el espa­cio y el tiem­po, pero la car­ga eléc­tri­ca, no. La car­ga es una pro­pie­dad de la par­tí­cu­la que no es de tipo espa­cial. Sino que exis­ten otras, y lo admi­ti­mos en la carac­te­ri­za­ción de esa par­tí­cu­la. Un elec­trón tie­ne car­ga nega­ti­va y un pro­tón tie­ne car­ga posi­ti­va. La car­ga eléc­tri­ca es una pro­pie­dad inter­na que tene­mos que atri­buir a la par­tí­cu­la.

Enton­ces, des­de hace años, hemos encon­tra­do que hay inter­fe­ren­cia en el espa­cio, pero tam­bién ocu­rre que la par­tí­cu­la pue­de tener una car­ga o tener otra, no en el caso de la car­ga eléc­tri­ca, pero sí para otras car­gas inter­nas de la físi­ca de par­tí­cu­las. Y si no tie­ne que ver con el espa­cio, ya me dirás dón­de está la onda… Por eso verás que, en el artícu­lo, hablo de los neu­tri­nos y de sus osci­la­cio­nes. Por­que son tam­bién, exac­ta­men­te, fenó­me­nos de inter­fe­ren­cia. Hay gen­te que dice: son fenó­me­nos aná­lo­gos. Y yo digo, no. No son aná­lo­gos. Es el mis­mo fenó­meno. Lo que pasa es que, en lugar de afec­tar a pro­pie­da­des espa­cia­les, afec­ta a pro­pie­da­des inter­nas de las par­tí­cu­las. Es decir, que ten­go alter­na­ti­vas en ellas y se pue­de pro­du­cir inter­fe­ren­cia. Pero, en ellas, no tie­ne sen­ti­do hablar de onda por­que no tie­ne que ver con pro­pa­gar­se en el espa­cio.

En cuan­to a la reac­ción de mis cole­gas, esto de este artícu­lo lo ven­go dicien­do des­de hace tiem­po en encuen­tros, con­fe­ren­cias y semi­na­rios, –obvia­men­te, no lo he pen­sa­do en un pis-pas –. Y, algún cole­ga aho­ra me ha dicho… Este es el Año Inter­na­cio­nal de la Cien­cia y la Tec­no­lo­gía Cuán­ti­cas. Pon eso que pro­po­nes por escri­to. Este año es un buen momen­to. Entre ellos, me lo dije­ron algu­nos cole­gas de aquí en el IFIC, o del CERN, o de fue­ra como, por ejem­plo, Anto­nio Di Dome­ni­co, un genial cola­bo­ra­dor de físi­ca expe­ri­men­tal. Y, por fin, así lo he hecho y lo he publi­ca­do como apor­ta­ción indi­vi­dual.

A.P.: ¿Y esto que aca­bas de pro­po­ner, tie­ne con­se­cuen­cias lógi­cas en el entorno cien­tí­fi­co del mun­do cuán­ti­co? Se tra­ta, nada menos, que de poner fin a la idea de la dua­li­dad onda-par­­tí­­cu­­la como algo real exis­ten­te en la natu­ra­le­za, una visión que se había man­te­ni­do sos­te­ni­da­men­te en la físi­ca duran­te un siglo…

J.B.: Las tie­ne, y son con­sis­ten­tes y uni­ver­sa­les. El con­cep­to fun­da­men­tal cuán­ti­co es el de ampli­tud de pro­ba­bi­li­dad, que no exis­te en el mun­do clá­si­co, sin impor­tar que se refie­ran a pro­pie­da­des espa­cia­les o inter­nas. En el caso de dos alter­na­ti­vas en super­po­si­ción, no tie­ne sen­ti­do pre­gun­tar cuál de ellas –John Bell lo lla­ma uns­pea­ka­ble (inde­ci­ble)–. En esa lógi­ca cuán­ti­ca las cosas no son nece­sa­ria­men­te una u otra, y, en reali­dad, no es cier­to el cita­do “o estás con­mi­go o estás con­tra mí”, no es cier­to el “cara o cruz”. Así que la reali­dad es cuán­ti­ca.

Qui­zá, un día, hable­mos de tras­la­dar este com­por­ta­mien­to del mun­do natu­ral al mun­do social: la Socio­lo­gía Cuán­ti­ca.

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