Anoche retomé un tema que había dejando en el tintero , el de las interpretaciones de la mecánica cuántica. Pero como casi siempre que pienso en ese tema, y que empiezo a perderme con visiones ontológicas, epistemológica, positivistas, etc, me topo con la pregunta:
¿Sé interpretar la física?
En esta entrada voy a expresar mi opinión, mis dudas y mis confusiones. Solo es un intento de poner por escrito lo que pienso de algunas cosas y cuales son las dudas que me surgen cuando me paro a pensar sobre ellas.
Interpretar, entender, explicar
Cuando uno se enfrenta a una teoría física lo primero que piensa es: ¿La entiendo?
La pregunta tiene su miga, especialmente porque nos enfrentamos a la cuestión de qué es entender, que no es trivial. Para mí, entender es asociar unos conceptos a ideas de las que ya tengo experiencia y puedo buscar analogías con las mismas. Esto me parece que es el paso esencial para poder explicar un nuevo concepto.
Sin embargo, en cuántica los comportamientos están sumamente alejados de nuestras experiencias cotidianas y nos enfrentamos al sentimiento de que no entendemos la teoría.
¿Qué hacemos en este caso?
Pues nos ponemos a buscar una interpretación. Una interpretación no es más que un diccionario entre los nuevos conceptos y conceptos que ya entendemos (o creemos entender).
Así pues, nos ponemos a discutir sobre qué es medir, qué es un estado cuántico, por qué tal o cual fenómeno, etc. Nos metemos en harina y nos planteamos si la cuántica no es más que una herramienta que nos ayuda a describir fenómenos o está describiendo algo real y tangible, si los estados son reales (en el sentido filosófico, sea eso lo que tenga que ser), etc.
Pero, como ya he comentado, muchas veces tengo la sensación de que no es únicamente la cuántica la teoría que no sabemos interpretar. Puede que los fenómenos cuánticos sean mucho más sorprendentes, raros o estrafalarios, pero… ¿entendemos la base de la física?
La base de la física, según yo
Seguramente este es un tema complicado, unos podrán decir que la base de la física son las simetrías que se tienen que preservar, o los principios de relatividad (también simetrías), o tal o cual estructura. Y algunos coincidirán conmigo en que la base de la física es el principio de acción.
¿Por qué?
Esencialmente porque este principio te da la dinámica de los sistemas a partir de un único objeto, la denominada acción (ahora hablaremos de eso). Y este objeto se construye de forma casi unívoca a partir de imposición de invariancias o simetrías, con lo cual, este objeto contiene todas esas informaciones en su seno. De hecho, se podría decir que el uno sin el otro no tiene sentido.
El principio de acción extremal
A trazos gruesos, podemos decir lo siguiente:
- Cuando una partícula está en una posición inicial y va a una posición final (en un intervalo de tiempo) describe una trayectoria.
- Las ecuaciones de la física nos dicen cuál es esa trayectoria y podemos sacar de ellas toda la información disponible, posiciones, velocidades, momentos, energías, etc.
¿Cómo se llegan a las ecuaciones de movimiento? ¿qué las determina?
- Esencialmente lo que hacemos es considerar las infinitas trayectorias que serían posibles entre los dos puntos de interés.
- A cada una de estas trayectorias posibles, le asignamos una cantidad que llamamos acción.
- Esta se construye de forma que se satisfagan las simetrías espaciotemporales requeridas (principios relativistas) y las simetrías gauge que queramos tener en la teoría.
- Para determinar cuál es la trayectoria física, la que de verdad se ve en el proceso, tenemos buscar dónde se hace la acción mínima o máxima (generalmente se exige que sea un mínimo, pero no siempre). Es decir, dónde tiene la acción un extremo.
Esto que hemos explicado con trayectorias y partículas se puede generalizar al caso de campos.
En tal situación lo que se hace es considerar todas las posibles configuraciones de un campo (electromagnético por ejemplo), a cada configuración se le asocia un valor de la accion y luego se busca su extremo. Esto nos da las ecuaciones de evolución del campo.
Este principio no sabe de clásica o cuántica, se aplica en toda la física sin distingos.
Para mí, es la piedra sobre la que se construye la física.
¿Entiendo el principio de acción extremal?
No, no lo entiendo. Sé que funciona, en todos los casos, sé como se construye la acción, sé calcular su extremo, sé analizar sus simetrías, etc. Pero no puedo explicar por qué la física ha decidido que los fenómenos se rijan por este principio de manera universal.
En el caso de la partícula, ¿por qué de entre todas las (físicamente) posibles trayectorias, la que se da realmente es la que tiene un mínimo/máximo de acción? (analogamente para el caso de los campos).
¿Por qué la física olvida todas las opciones y se queda con la que es compatible con el principio de acción extremal?
Esto suena un poco como colapso, ya sé que es diferente al problema de la mecánica cuántica, pero tiene ese tufillo por algún sitio.
¿Cómo tengo que interpretar esto?
Posiblemente, haya una respuesta a todas estas preguntas, yo no la conozco. Simplemente sé que el principio funciona y su aplicación técnica, pero no puedo dar una interpretación.
Conclusión
A pesar de que cuando uno habla de un problema de interpretación en física de inmediato piensa en la mecánica cuántica tengo la sensación de que no tenemos una interpretación para muchas cosas de la física.
El detalle únicamente es que con algunas cosas hemos tenido más tiempo para acostumbrarnos, pero no tenemos una idea clara del por qué o el cómo funcionan.
Sin duda todo esto no es más que un instante mental.
Nos seguimos leyendo…
P.D. He estado tentando a meter un apartado sobre la formulación de integrales de camino de Feynman de la mecánica cuántica porque viene al pelo. Sin embargo, he considerado que merece una entrada propia y una discusión más extensa de la que podría hacer en esta. No tardará en aparecer.
