Las conclusiones sobre
el mundo subatómico a las que mediante matemáticas llega la mecánica cuántica son bastante contra-intuitivas;
la interpretación física y su expresión mediante palabras no son fáciles, y aún
hoy son objeto de debate. Tanto es así, que podemos decir que la mecánica
cuántica es una de las fronteras de la ciencia. Porque sí, la ciencia también
tiene límites, y más allá de la frontera de la ciencia empiezan la filosofía y
la religión.
En química, la
partícula subatómica más interesante es el electrón.
Para que los átomos se mantengan unidos unos con otros, los electrones son
imprescindibles. Aunque podrían hacerse matizaciones, estas que menciono a
continuación son resumidamente las principales propiedades más sorprendentes de
los electrones, según la mecánica cuántica ondulatoria y asumiendo que la
interpretación de Copenhague sea correcta.
1)
Existencia
dual (onda-partícula). El electrón tiene masa y, por lo
tanto, es una partícula. Pero los electrones producen interferencias, difractan
y, por tanto, también son ondas. Si sólo fuera una onda, el electrón no tendría
masa. Si únicamente fuera una partícula, no podría producir interferencias como
hacen las ondas. Es decir, unas veces es conveniente describir al electrón como
una partícula y otras como una onda. En realidad esto equivale a decir que nuestro conocimiento de lo que es
un electrón, una partícula y una onda es limitado. La dualidad onda-partícula
estaría de acuerdo con la teoría de Einstein, ya que materia y energía vendrían
a ser la misma cosa cuando las partículas son muy pequeñas. Es decir, todo,
incluidos nosotros, estamos hechos de luz comprimida en pequeños paquetes, algo
así como luz o energía solidificada, y esos paquetes se unen entre sí.
2)
Don
de la ubicuidad. Un electrón puede estar en varios
sitios a la vez (superposición). No podemos localizar la posición exacta de un electrón en un
tiempo determinado, sino que sólo podemos hablar de probabilidad de encontrarlo
en una u otra región del espacio. Esto no se debe a nuestra incapacidad de
hacer la medida experimental más precisa, ni al “efecto del observador”, sino a
la propia naturaleza del electrón. Estrictamente hablando, para tener el 100%
de probabilidad de encontrarlo tenemos que extendernos hasta el infinito.
Cuando hablamos de probabilidad, solemos decir que algo es “fruto del azar”,
que es lo mismo que decir que no sabemos la causa que ha provocado el efecto
que estamos describiendo. Así, por ejemplo en un átomo con un solo electrón y
en ausencia de influencias externas, nadie sabe por qué el electrón en un
orbital en un determinado tiempo se mueve hacia uno u otro sitio en vez de hacia
otro.
3)
Sin
forma definida. Aunque algunas teorías concluyen que
su forma es aproximadamente esférica, como no se puede localizar con precisión
la posición exacta de un electrón, tampoco se puede “ver” experimentalmente su
forma geométrica. Tampoco sabemos con total certeza si su tamaño es realmente
finito.
4)
Teletransporte.
Cuando
describimos el estado de un electrón en un átomo mediante las funciones
matemáticas que llamamos orbitales, resulta que hay regiones (superficies
nodales) donde la probabilidad de encontrar el electrón es cero. En algunos
orbitales de un átomo hay superficies nodales en las que no puede estar el
electrón (está prohibido que esté allí). Está permitido que el electrón esté a
un lado del nodo, al otro lado del nodo, o en ambos lados del nodo a la misma
vez, pero jamás puede estar en el nodo. Es decir, el electrón puede ir de un
sitio a otro de un orbital pero sin haber pasado por el espacio que hay en
medio.
5)
Saltos
cuánticos. El electrón en un átomo o en una molécula no pude
tener cualquier valor de energía, sino que sólo puede tener ciertos valores
discretos de energía, o estados “permitidos”. Entre un estado y el siguiente
más próximo permitido, el electrón no puede existir. Un electrón en un átomo o
molécula puede absorber un cierto fotón (luz) sólo si la energía del fotón es
igual a la diferencia de energía entre dos de los estados permitidos del
electrón. Cuando un electrón absorbe un fotón, el electrón aumenta su energía y
el fotón desaparece (deja de existir). Inversamente, un electrón puede disminuir
su energía, pasando de un estado permitido a otro permitido de menor energía, y
emitiendo (creando) un fotón con energía igual a la diferencia de energía entre
los dos niveles electrónicos.
6)
Desaparición/aparición.
Un electrón puede interaccionar con su antipartícula, el positrón, y las dos
partículas se aniquilan mutuamente, desparecen y en su lugar aparecen dos
fotones (luz, y que no tienen masa en reposo). El proceso inverso también puede
suceder: fotones de alta energía pueden producir electrones y positrones. Es
decir, de la luz pueden surgir partículas, como posiblemente ocurrió en el
inicio del universo con el Big-Bang. Aunque esto no significa que los
electrones puedan aparecer de la nada absoluta.
7)
Mundo
interior. Cada electrón tiene dentro de él su propio
“espacio interno”, que es un “espacio de Hilbert”, y que tiene unas propiedades
distintas de lo que hay fuera de él. Una consecuencia del espacio de Hilbert del
electrón es que el electrón tiene una propiedad que no tiene analogía en el
mundo macroscópico y que llamamos espín. O dicho de otra manera, la propiedad
experimental que llamamos espín la explicamos matemáticamente mediante el
especio interno del electrón; y, por cierto, la analogía con una esfera
magnética girando sobre sí misma y creando un momento magnético no es correcta.
Aunque no sabemos muy bien por qué, el caso es que el espín existe y es la
justificación de que en un orbital pueda haber como máximo dos electrones y,
consecuentemente, de que la Química sea como es.
8) Telepatía. Dos electrones, incluso separados por una distancia muy grande (intergaláctica), pueden interaccionar entre sí, lo cual se denomina entrelazamiento cuántico.
Estas propiedades de
los electrones son inexplicables por la física clásica, y muchísimo menos justificables por el
atomismo de Demócrito, pero son indispensables para entender el comportamiento
de los átomos, las moléculas y la materia en general. Para el filósofo griego
Demócrito, lo único que tenía existencia real eran los átomos. Demócrito era
ateo y materialista, y negaba que pudiera existir nada real que no fuera la
materia, la cual estaba constituida por las partículas que llamaba “átomos”,
los cuales eran inmutables y eternos. En el atomismo de Demócrito, las
sensaciones y el pensamiento eran sólo efectos de los átomos, y el alma no
existía. Otros filósofos griegos, como Platón y Sócrates, eran teístas. Las
ideas de Demócrito permanecieron casi olvidadas durante siglos, hasta que
explotaron con el desarrollo de la Química y la Física particularmente en los
siglos XVIII y XIX, y por entonces pudo parecer que el materialismo podría
triunfar. Desde el siglo XX sabemos que la teoría de Demócrito era demasiado
simplista, y que lo átomos están formados por partículas más pequeñas donde el
significado mismo de materia se vuelve impreciso y se diluye con el de energía.
En realidad, nadie sabe exactamente qué cosa es la energía, ni hasta qué punto
es real o más bien un concepto abstracto que hemos creado. Si el atomismo/materialismo
de Demócrito, y el de nuestros días, pretende que la religión no es necesaria
para entender el mundo, con la mecánica cuántica parece que es difícil entender
el mundo sólo con ciencia. Todo lo que vemos a simple vista está formado por
cosas que no podemos ver, y que ni tan siquiera sabemos con certeza el tamaño y
la forma que tienen. La misma existencia de la materia es algo confusa, y es la
luz comprimida lo que en cierto modo mantiene a las partículas materiales
unidas entre sí. Las consecuencias de la mecánica cuántica no se aprecian a
simple vista, ni se suele pensar en ella en la vida cotidiana, pero es parte
fundamental de la ciencia moderna. Hace más de un siglo, una visión totalmente
materialista del mundo tal vez podría tener más justificación en la física
clásica, pero hoy en día la mecánica cuántica ha mostrado que mucho de lo que
se daba científicamente por probado era erróneo, al menos en ciertos casos. La
relación causa-efecto se va diluyendo al hacerse las partículas más pequeñas.
No podemos hablar de certezas, sino de probabilidades. Entonces, ¿qué
argumentos tienen los ateos/materialistas? ¿Acaso la conciencia está sostenida
únicamente en luz? ¿Cómo se puede pedir a los creyentes la demostración
material e innegable de la existencia de Dios, si ni tan siquiera estamos
seguros de qué cosa es realmente la materia? ¿Cómo puede nadie sostener hoy en
día que Dios no puede intervenir en la naturaleza, si el mismo comportamiento
de la materia a escala atómica es incierto por sí mismo? ¿Se podría pensar en
otra forma más elegante de intervención divina, a la vez que se preserva el
libre albedrío, que la que sugiere la
mecánica cuántica?
