sábado, 19 de julio de 2014

BUNGE CUÁNTICO





















BUNGE CUÁNTICO

Fermín Huerta Martín

Y lo he hecho después de haber sido yo mismo copenhagueniano –mea culpa, mea culpa—después de haber enseñado a varias generaciones de inocentes alumnos toda esa filosofía falsa. Pero espero haber hecho las penitencias necesarias para que se me perdone.
Actas del I Congreso de Teoría y Metodología de las Ciencias. Mario Bunge.

Nosotros como últimos observadores de todo sistema físico, somos objetos esencialmente clásicos, por cuanto nuestros sentidos sólo pueden percibir directamente fenómenos macroscópicos. Este hecho impone, probablemente, severas restricciones no sólo a las cosas que podemos percibir de un sistema microscópico, sino también a cómo podemos interpretar lo que percibimos. A consecuencia de ello, resulta muy discutible que podamos descartar por completo la “muleta” de la Mecánica clásica en el nivel microscópico.
Introducción a la mecánica cuántica. D. T. Gillespie

La mecánica cuántica, probablemente la más potente de todas las teorías científicas, es también la de filosofía más débil. (…)
El metafísico debería sentir un reto similar. Hasta ahora se le había dicho que la mecánica cuántica prueba que la materia es más parecida a la mente que a la materia, sintiéndose según los casos desconcertado o encantado. Debería advertir ahora que la materia no ha sido desmaterializada por la mecánica cuántica sino que la imagen que la física dibuja de ella es mucho más compleja de lo que la mecánica clásica y las teorías clásicas de campo habían supuesto: los cuantones son cosas proteicas que no pueden dibujarse en términos clásicos. Más, en cualquier caso, ahí están, a la puerta de la ontología, solicitando una nueva ojeada a ciertas categorías ontológicas básicas tales como las de sustancia, forma, movimiento, causación, azar y ley. Ojalá la nueva física, una vez limpia de una filosofía obsoleta, estimule nuevos desarrollos en la epistemología y la ontología.
Filosofía de la física. Mario Bunge.

Después de un año leyendo libros relacionados con la mecánica cuántica (incluye 7 libros leídos y 5 artículos escritos sobre el tema), podría sacar dos conclusiones rápidas, la primera es lo fascinante del tema y la segunda es que de una manera o de otra la temática de estos libros y sus autores orbitan en torno a la denominada interpretación de Copenhague en mayor o menor medida, justifica D. T. Gillespie tal cosa en el libro arriba mencionado de la siguiente manera: “Al seguir la interpretación de Copenhague no se pretende que sea necesariamente mejor o más correcta que cualquier otra; pero el hecho es que si se pretende una comprensión completa de la Mecánica Cuántica, no es posible evitar el adoptar, aun cuando sea a título de ensayo, un cierto punto de vista y parece razonable, a estas alturas, adoptar el más comúnmente aceptado” pág. XI.
Frente a esta postura podemos encontrar los razonamientos (expuestos en libros y artículos) del filósofo Mario Bunge que declara en su Diccionario de filosofía: “La teoría fue inicialmente interpretada como una afirmación de que todos los hechos microfísicos están creados por actos de observación o medición: ésta es la esencia de la interpretación de Copenhague, que ha prevalecido en los libros de texto hasta hace muy poco. (…) Todo esto sugiere que la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica es incompatible con su formalismo matemático y señala la necesidad y la posibilidad de una interpretación realista de la misma.”
Dice asimismo Bunge en Filosofía de la física:
“La doctrina de Copenhague es tan oscura como la doctrina de la trinidad, según la cual  el Padre (Aparato), el Hijo (Microsistema) y el Espíritu Santo (Observador) quedan unidos en la Divinidad (Fenómeno cuántico).”
“La doctrina de Copenhague es científica y filosóficamente insostenible por ser incoherente y no enteramente física”
“La doctrina de Copenhague es lógicamente incoherente y este defecto deriva de su adopción de una filosofía subjetivista”
El presente artículo pretende exponer en forma de pinceladas las propuestas de la interpretación de Copenhague por boca de algunos de los autores de los libros leídos en el último año contraponiendo posteriormente la propuesta de Bunge sobre el mismo tema. He elegido 3 apartados para tal exposición y dejo para un artículo aparte el tema del postulado de proyección de von Neumann o colapso de la función de onda.
Antes de entrar en la exposición creo que merece la pena por su interés para lo que se va a leer, traduciros del catalán un fragmento de un texto que si no estoy equivocado no se ha publicado en otro lugar y que se titula Mi trayectoria epistemológica, concretamente el trozo que dedica a la filosofía de la física, se encuentra en el libro Deu assaigs filosófics i una diatriba exasperada de 2007:
“Mi trabajo en filosofía de la ciencia dio un giro cuando me di cuenta, a principios de los años sesenta, que la única manera de resolver las polémicas sobre las interpretaciones rivales de las teorías cuánticas  y relativistas era axiomatizarlas. Por ejemplo, las interpretaciones subjetivistas de las famosas desigualdades de incertidumbre de Heisenberg se refutan de forma concluyente mostrando que son fórmulas que derivan de suposiciones que no hacen ninguna referencia a observaciones, como la ecuación de Schrödinger (que no contiene coordenadas de observador) y la desigualdad de Schwart (una fórmula puramente matemática).
A continuación, axiomaticé algunas de las teorías más básicas de, la física: la mecánica clásica (tanto la de partículas como la del continuo) la electrodinámica clásica, las dos relatividades, y la mecánica cuántica. Este trabajo, así como sus motivaciones y consecuencias está incluido en Foundations of Physics (1967). “Estructura y contenido de una teoría física” (1967) es un complemento de ese libro. También lo es “La teoría relacional y objetiva del tiempo físico” (1968) que presenta una teoría axiomática  del tiempo así como una serie de críticas a las ideas sobre el tiempo de Adolf Grünbaum, a la metáfora de la flecha del tiempo, y a la confusión habitual entre reversibilidad e invarianza bajo inversión del tiempo. Material adicional sobre estos temas, pero a un nivel más elemental, puede encontrarse en Filosofía de la física (1973), y en el capítulo 2, volumen 7, parte I del Tratado de filosofía (1985). Recientemente, Pérez-Bergliaffa, Vucetich y Romero (1993) han actualizado mi axiomatización de la mecánica cuántica, y Covarrubias (1993) ha hecho lo mismo con mi trabajo sobre relatividad general.
Estos resultados refuerzan el realismo filosófico, aunque solo sea porque la relatividad y los cuanta habían sido los únicos soportes científicos del subjetivismo. Por cierto, la refutación experimental del teorema de Bell fue saludada como una derrota del realismo, cuando en realidad lo que va refutar fue la familia de teorías de variables ocultas (o neoclásicas) como la de Bohm. La motivación inicial de estas teorías se desvanece cuando nos damos cuenta que el realismo puede salvarse simplemente reinterpretando la vieja mecánica cuántica. El teorema de Bell no es pertinente  para la cuestión del realismo: el realismo es tan defendible ahora como lo era antes de Bell. Lo que Bell hizo fue dar al clasicismo (trayectorias definidas y separabilidad) el tiro de gracia.
Otras implicaciones filosóficas de todo este trabajo son las siguientes. Primero, la lógica cuántica no es más que un juguete académico: la axiomatización de la mecánica cuántica muestra bien claramente que hace servir la matemática, la cual se basa en la lógica clásica. Segundo, la teoría cuántica de la medición es igualmente un material para académicos, dado que no puede haber un instrumento general de medida: todas las teorías de la medida que se usan actualmente en física son específicas tanto por las magnitudes como por los instrumentos. (Además, los supuestos de von Neumann sobre la medida no son realistas: ver Bunge y Kálnay 1983). Tercero, algunas paradojas cuánticas pueden resolverse adoptando una interpretación realista del principio de superposición (Bunge y Kálnay 1983). Otras se resuelven rechazando usar el principio cuando involucra funciones de estado no definidas (o sea, símbolos no denotativos), como aquellas que pretenden describir el estado vivo y muerto del gato de Schrödinger.
Mi trabajo en axiomática física me llevo de manera natural tanto a la semántica formal como a la ontología matemática. La primera es necesaria para clarificar la noción de suposición o hipótesis semántica, que confiere un significado factico (o sea, físico) a un formalismo matemático. Digo “factico” y no “empírico”, porque para los realistas la experiencia humana es un pequeño subconjunto de la totalidad de  los hechos. Mi supuesto semántico substituye la “regla de correspondencia” de R. Carnap, C. Hempel y H. Marganeu, que supuestamente apareja símbolos matemáticos con ítems empíricos. Uno primero interpreta y después se preocupa de los test empíricos.
La necesidad de una ontología compatible con la ciencia, en particular con la física, resulta obvia cuando reflexionamos sobre el carácter omnipresente de la relación parte-todo y de la noción asociada de adición o yuxtaposición física (tal y como aparece, por ejemplo, en el axioma que dice que la carga eléctrica de la adición (o yuxtaposición) (física) de dos cuerpos es igual a la suma de sus cargas. En suma, mi semántica formal y mi ontología fueron motivadas por mi trabajo sobre los fundamentos de la física.”
Primer tema: causalidad/determinismo.
“La teoría cuántica no explica la causalidad, y de hecho causa y efecto se confunden en el mundo cuántico y no tienen explicación o significado.”
“La teoría cuántica  destruye la noción de causalidad”
“El mundo cuántico es aleatorio por naturaleza”
Entrelazamiento, Amir D. Aczel.
“Con la aparición de la Mecánica Cuántica desapareció totalmente la idea de cualquier determinismo en el devenir del mundo microscópico”
Del determinismo clásico al delirio cuántico, Luis García Pascual.
Argumenta Bunge:
“Habitualmente se acepta que la teoría cuántica es indeterminista. ¿Lo es? La pregunta tiene trampa, porque el término “determinismo” es ambiguo. Si indeterminismo se hace igual a probabilismo, entonces la mecánica cuántica es, como resulta obvio, indeterminista, y lo es, básicamente, porque en ella aparecen probabilidades (o más bien distribuciones de probabilidad) fundamentales o irreducibles. Pero, como las probabilidades mecánico-cuánticas pueden interpretarse (erróneamente) de forma subjetivista, la respuesta anterior es insatisfactoria: no nos dice si la propia naturaleza ser rige por el azar. Para obtener una respuesta adecuada a la cuestión originalmente planteada, tendremos que adoptar una interpretación objetivista de las probabilidades mecánico-cuánticas (considerándolas, por tanto, como disposiciones o propensiones reales), y tendremos que refinar el concepto de determinación de forma que incluya las leyes probabilistas.
Para decirlo en términos más precisos, parece conveniente exigir que cualquier forma de determinismo se atenga tan sólo a los siguientes principios: a) legalidad (“Todo evento es legal, ninguno es caótico”), y b) transformacionismo o principio de no-magia (“Nada sale de nada y nada termina en nada: toda cosa y todo estado de una cosa tiene precursores y dejan descendientes”). Si se acepta esta definición de “determinismo” puede probarse que la mecánica cuántica es determinista, aunque no plenamente causal. Con más precisión, puede defenderse que la mecánica cuántica es medio estocástica y medio causal”
“El objeto mecánico-cuántico es susceptible de recibir influencias causales”
“La mecánica cuántica no ignora la noción de fuerza que no es sino la cuantificación de la noción de causa. Pero sí modifica el concepto clásico de fuerza, puesto que aquí las mismas fuerzas  (causas) no tienen por qué tener los mismos efectos.”
“Es decir, la mecánica cuántica conserva los conceptos de causa y efecto, pero modifica su relación haciéndola probabilista en vez de causal”
“La evolución autónoma y en forma completamente aleatoria de una cosa cuántica sólo se produce cuando no está actuando sobre ella ninguna causa, como ocurre en el caso de una partícula libre o un fotón libre, y aun entonces la evolución tiene lugar de forma legal y dejando intactas todas las constantes del movimiento.”
“Así, pues, vemos que, si se interpreta en términos realistas, la mecánica cuántica es determinista en un sentido amplio, pero importante de la palabra. Y vemos también que contiene importantes ingredientes causales, concretamente interacciones y acciones del entorno.”
“La física cuántica es un caso de determinismo estocástico”
“Todo evento tiene una causa, pero la relación causa efecto es estocástica, no causal”
“Cuando no intervienen causas, como ocurre en el caso de una partícula libre, la entidad evoluciona por sí misma en forma aleatoria. En resumen, puede decirse que la ecuación de Schrödinger es semicausal y semiestocastica.”
“La  mecánica cuántica no es ni puramente causal ni puramente estocástica, sino algo intermedio”.
Controversias en física, Mario Bunge.
“Ahora bien, la ecuación de Schrödinger es uno de los enunciados nomológicos de la mecánica cuántica. Esta contiene muchos otros, tales como las ecuaciones de autovalores y las ecuaciones de conservación. Por lo tanto la mecánica cuántica no es indeterminista: no afirma que los hechos suceden arbitrariamente, que no hay regularidades. Ciertamente el determinismo en el que se encuadra la mecánica cuántica no es el clásico o laplaciano sino mucho más rico. El determinismo cuántico tiene una fuerte componente estocástica (que se resume en la función de onda) y una fuerte componente causal (representada por el hamiltoniano). Este determinismo cuántico está lejos del indeterminismo radical de la escuela de Copenhague, atribuido al libre albedrio del espectador.”
Epistemología, Mario Bunge.
Segundo tema: naturaleza de los objetos cuánticos.
“Si llevamos este parecer a su conclusión lógica, los objetos microscópicos no son cosas reales.”
“Según este punto de vista, los objetos a escala atómica existen sólo en algún dominio abstracto, no en el mundo físico.”
“Evitamos la contradicción aparente a base de considerar que el sistema microscópico (el átomo) no existe por sí sólo.”
“La teoría cuántica establece que los átomos y las moléculas no están en ninguna parte hasta que nuestra observación los crea allí donde los detectamos. De acuerdo con Heisenberg, los objetos microscópicos no son “reales”, sino que son meras “potencialidades””
El enigma cuántico, B. Rosenblum y F. Kuttner.
Responde Bunge:
“Incoherencias sintácticas en cuanto se desee construir al observador a partir de microsistemas dependientes del observador”
Quanta y filosofía, Mario Bunge
“Si cada uno de los átomos de mi cuerpo existe sólo en la medida en que yo puedo observarlo, entonces yo (sistema de átomos) no existo.”
 “Es posible reinterpretar la mecánica cuántica tal como se interpreta la física clásica, esto es, asumiendo que los entes a que se refiere existen por sí mismos”
“Por lo regular, un cuantón no tiene una posición puntual ni un valor único del momento, tiene sólo distribuciones de posición momento. En general, estas distribuciones cambian con el tiempo bajo la acción del entorno, esté o no el último bajo control humano. Un cierta distribución objetiva se hace más estrecha, casi puntual, y en este sentido emerge o deviene actual una propiedad clásica, mientras que su conjugada deviene clásicamente menos definida.”
“El cuantón no es ni partícula clásica ni campo clásico sino una entidad sui generis, que en circunstancias extremas, se asemeja a una partícula o a un campo”
“Las analogías de la partícula y la onda son débiles y, sobre todo, mutuamente incompatibles. Los entes a los que se refieren las teorías cuánticas se comportan de modo original, esto es, según leyes no clásicas, por lo que no pueden ser ni cuerpos clásicos ni campos clásicos”
Filosofía de la física, Mario Bunge
“Los experimentos confirmaron la tesis cuántica de que normalmente los entes cuánticos están en estados tales que sus propiedades dinámicas son borrosas, poseen varianzas o dispersiones no nulas. De ordinario los cuantones están es estados que son superposiciones de estados propios de alguna variable dinámica”
“Los objetos que describe las teoría cuántica los cuantones son muy diferentes de los que describe la física clásica los clasones. No sólo difieren por sus leyes sino también por sus propiedades dinámicas. No tienen formas geométricas precisas ni, por consiguiente, trayectorias precisas.”
Racionalidad y realismo, Mario Bunge.
“Los cuantones existen independientemente de la voluntad del observador, de modo que la física cuántica no requiere un cambio de la teoría realista del conocimiento ni de la lógica. Si requiere, en cambio, una transformación de la ontología, tan profunda como las que exigieron en su tiempo la mecánica newtoniana, la física de campos y la biología evolutiva.”
Ser, Saber, Hacer. Mario Bunge.
“Si los objetos físicos no tienen existencia autónoma, sino que están siempre a merced de algún experimentador, entonces no pueden comportarse de acuerdo con leyes físicas estrictas, es decir, no son objetos físicos.”
“Los cuantones son objetos extendidos que carecen de figura y de limites definidos”
“Los elementos constitutivos del universo no tienen por sí mismos ni tamaño, ni forma, ni siquiera velocidad. El tener un tamaño y una forma definidos o el tener un valor preciso de velocidad son propiedades que sólo emergen en el macronivel, lo mismo que el color, la conductividad térmica o la viscosidad.”
“La pretensión de que las cosas adquieren sus propiedades precisamente cuando condescendemos a observarlas es puro antropocentrismo, además de que, si se desea un desarrollo coherente, es preciso, para conservar el mundo en marcha, llenar el cosmos con un plantel de observadores  siempre dispuestos a tomar medidas infinitamente precisas de cualquier cosa imaginable. Y esto no es más que una versión moderna del animismo.”
“La física estudia sistemas físicos, y los sistemas físicos son, también por definición, entidades cuya existencia es independiente de que haya observadores.”
Controversias en física, Mario Bunge.
Tercer tema: realismo.
“Como el teorema de Bell y los experimentos nos han enseñado tales elementos de realidad sencillamente no existen,  la alternativa a esos elementos de realidad es la mecánica cuántica”
Entrelazamiento, Amir D. Aczel.
“El reto es explicar observaciones que nos fuerzan a negar la realidad física directa”
“Si llevamos este parecer a su conclusión lógica, los objetos macroscópicos mismos no son cosas reales. Esto es lo que dice Heisenberg: En los experimentos sobre sucesos atómicos tenemos que tratar con cosas y hechos, con fenómenos que sean tan reales como cualquier fenómeno de la vida cotidiana. Pero los átomos o las partículas elementales en sí no son reales: constituyen un mundo de potencialidades o posibilidades y no de cosas o hechos.”
El enigma cuántico, B. Rosenblum y F. Kuttner.
A lo que Bunge nos dice:
“Un examen cuidadoso de las teorías de variables ocultas que resultaron refutadas por los experimentos mencionados muestra que lo que estos ponían a prueba era la conjunción de la suposición de variables ocultas con el postulado de separabilidad o localidad: esta conjunción implica las desigualdades de Bell. Por lo tanto, al refutarse dichas desigualdades se refuta, sea el postulado de las variables ocultas, sea el de la separabilidad, pero el realismo sigue incólume.”
“Es posible y conveniente interpretar su formalismo matemático en términos estrictamente realistas, esto es, en función de cosas en sí. Los experimentos que confirman la teoría son manipulaciones que suponen la realidad de las cosas manipuladas.”
Racionalidad y realismo, Mario Bunge.
“Aspect, posiblemente influido por la confusión de Einstein entre realismo y clasicismo, así como por el fenomenismo de su compatriota Bernard d´Espagnat, interpretó el resultado de su experimento como una refutación del realismo.
El presunto realismo no es otro que el clasicismo que había defendido Einstein. Un aspecto del clasicismo es la exigencia de predictibilidad de cada acontecimiento individual que Einstein confundió con el realismo.”
“La física no es fenomenista sino realista. Pero no es totalmente causal ni local: no es clásica.”
“El realismo no puede ser afectado por ningún experimento físico”
Ser, Saber, Hacer. Mario Bunge.
“A menos que estemos dispuestos a abrazar el solipsismo debemos suponer que nuestro conocimiento es verdadero en la medida en que modeliza cosas, relaciones y acaecimientos reales.”
Filosofía de la física, Mario Bunge.
Como se ve la posición de Bunge es radicalmente enfrentada a la interpretación de Copenhague, sin embargo quizás existe alguna afinidad, por ejemplo en la cita de Heisenberg, quizás esas “potencialidades” serian traducibles a cuantones y la actualización de esa potencialidad podría ser la partícula o la onda.
De cara a completar las ideas de Bunge sería interesante que se pudiera traducir y publicar su libro Foundations of Physics de 1967.
Bunge es un claro ejemplo de la circulación de ideas entre la filosofía y la física, en este caso con una autoridad comprobada por su doble condición de físico y filósofo, con resultados fructíferos desde mi punto de vista. Bunge ha relatado alguna vez el origen de sus intereses intelectuales, dice por ejemplo en el libro Encuentros con Mario Bunge de Raúl Serroni-Copello:
“¿Ya en el secundario supo qué hacer con sus estudios?
No, yo no sabía qué quería hacer. Recién cuando me echaron del Buenos Aires y tuve que estudiar por mi cuenta, empecé a estudiar vorazmente de todo y comenzaron a gustarme varias cosas, entre ellas la psicología, la física, la filosofía. Desde luego estas tres fueron mis intereses principales, aparte de la política y de la literatura. Recuerdo nítidamente que el 1 de enero de 1937 me propuse estudiar metódicamente una cantidad de problemas y, en particular, la historia de la filosofía. Ahí empecé, digamos, a ponerme bien serio.
Sin embargo al año decide seguir física.
Sí, porque debido a mis lecturas en filosofía de la física, en particular los libros de Eddington y de Jeans, intuí muchos errores. Pero, ¿cómo hacía para refutarlos si no sabía física? De modo que me impuse aprender física para poder hacer filosofía  de la física.”
Espero que la lectura de estos fragmentos os estimule para leer alguno de estos libros, todos ellos son muy interesantes.

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