La Teorâia atâomica y la descripciâon de la naturaleza : cuatro ensayos precedidos de una introducciâon

151 Pages·1988·3.307 MB·Spanish

by  Niels Bohr

G,
alardonado en 1922 con el
Premio Nobel de Física, NIELS BOHR (1885-1962) fue uno de los
grandes científicos de nuestro siglo; su teoría de la constitución del
átomo y de los espectros atómicos (1913), sus investigaciones sobro
la tabla periódica de los elementos (1921-1922), su modelo nuclea
de la gota líquida (1936) y su teoría de la fisión (1939) constituye
momentos importantes en la historia de la física contemporáneí
Pero, además de un maestro de las técnicas de su disciplina, Niels
Bohr fue también un filósofo de la naturaleza; así lo demuestran los
cuatro ensayos recogidos en este volumen (originalmente publicados
entre 1925 y 1929), que analizan mediante un lenguaje accesible al
público en general las implicaciones epistemológicas de la teoría
cuántica. LA TEORIA ATOMICA Y LA DESCRIPCION DE LA
NATURALEZA reproduce la famosa conferencia pronunciada en el
Congreso de Como de 1927, en la que Bohr formuló por vez primera
su interpretación de la física cuántica como parte de un sistema más
amplio y general que denominó «filosofía de la complementaridad».
La introducción de MIGUEL FERRERO MELGAR suministra las
claves necesarias para entender el pensamiento de Bohr, que tan
grande influencia ha ejercido sobre la filosofía del siglo XX y que
resulta imprescindible para comprender la historia de esa gran
y--' . t ^ .
síntesis del microcosmos que es la mecánica cuántica.
Alianza Editorial
Cubierta Daniel Gil
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Titulo original:
Atomic Theory and the Description of Nature — Four Essays with
Introductory Survey
© Professor Aage Bohr
© Prólogo, traducción y notas: Miguel Ferrero Melgar
© Ed. cast.: Alianza Editorial, S. A., Madrid, 1988
Calle Milán, 38, 28043 Madrid; teléf. 200 00 45
ISBN: 84-206-2525-6
Depósito legal: M. 2.782-1988
Compuesto en Fernández Ciudad, S. L.
Impreso en Lavel. Los Llanos, nave 6. Humanes (Madrid)
Printed in Spain
INDICE
Prólogo....................................................................................... 9
La teoría atómica y la descripción de la naturaleza 47
Prefacio a la reimpresión de 1961....................................... 50
Introducción.............................................................................. 52
I. La teoría atómica y la mecánica................... 72
II. El postulado cuántico y el desarrollo reciente de la
teoría atómica................................................................. 97
III. El cuanto de acción y la descripción de la naturaleza 133
IV. La teoría atómica y los principios fundamentales de
la descripción de la naturaleza...................... 142
PROLOGO
Cuenta Jorge Luis Borges en Ficciones que es un desvarío
laborioso y empobrecedor escribir vastos libros para explicar
una sola idea que cabe expresar en unos pocos minutos. Mejor
es, dice, simular que esos libros existen y hacer una breve re­
seña de ellos. Así, nos relata la siguiente historia.
Encontrándose en cierta ocasión él y Bioy Casares cenando
en un bar que solían frecuentar, dieron con un libro pertene­
ciente a un viejo conocido de su padre fallecido meses antes.
El libro en cuestión era el tomo XI de La primera enciclopedia
de Tlón, «vasto fragmento metódico de la historia total de un
planeta desconocido».
Dejemos de lado, por el momento, la pregunta de quién in­
ventó Tlon. Lo que ahora nos interesa es saber qué rasgos dis­
tintivos lo caracterizan. El primero y más importante de todos
es que sus habitantes no conciben el mundo como un concurso
de objetos en el espacio, sino como una serie heterogénea de
actos independientes que se desenvuelven de modo sucesivo en
el tiempo. No entienden que lo espacial pueda perdurar en el
tiempo. Dicho a la manera de Borges: «La percepción de una
humareda en el horizonte y después del campo incendiado y
9
10 Miguel Ferrerò Melgar
después del cigarro a medio apagar que produjo la quemazón
es considerada un ejemplo de asociación de ideas.» De ahí que
en la literatura de Tlon abunden los objetos que se convocan
y se disuelven en un momento, lo que no impide que en las
situaciones de simultaneidad se combinen entre sí para deter­
minar otros objetos en un proceso prácticamente infinito.
Cree Borges que este planteamiento invalidaría toda cien­
cia, porque explicar un hecho es unirlo a otro y esa vincula­
ción, en Tlon, es un estado posterior del sujeto que no puede
iluminar para nada el estado anterior. No obstante, añade, la
paradójica verdad es que las ciencias existen allí en casi innume­
rable número.
Algo parecido acontece con las escuelas filosóficas. Una
niega el tiempo: razona que el presente es indeterminado, que
el futuro no existe porque aún no es y que el pasado no tiene
realidad sino como presente o como futuro Otra declara que
en cada interacción nos desdoblamos, y así cada universo es
una multiplicidad de universos y cada hombre una multiplici­
dad de hombres, uno en cada universo 2. Otra, en fin, que todos
los procesos tienen lugar única y exclusivamente en nuestro
cerebro; las operaciones con los objetos simultáneos se decla­
ran aquí imposibles: sólo el concurso de nuestra conciencia pue­
de generar nuevos fenómenos 3.
Entre las doctrinas de Tlon, comenta Borges, la que ha me­
recido mayor escándalo es el materialismo. Con el objeto de ex­
ponerlo de la manera más clara posible y eliminar así toda reti­
cencia contra él un heresiarca ideó —por supuesto, sin éxito—
el sofisma de las nueve monedas de cobre, que en su versión
más común —juzgue el lector— dice:
1 Vease, por ejemplo, R. Feynman, La nature de la Physique, Editions du
seuil, Paris, 1980, pags. 137 y 138.
2 B. de Witt y N. Graham, The Many-Worlds Interpretation of Quantum
Mechanics, Princeton University Press, Princeton, 1973.
3 Véase E. P. Wigner, Symmetries and Reflections, Indiana U. P. Blooming­
ton, Ind. 1967.
Prólogo 11
El martes, X atraviesa un camino desierto y pierde nueve
monedas de cobre. El jueves, Y encuentra en el camino cuatro
monedas, algo herrumbradas por la lluvia del miércoles. El
viernes, Z descubre tres monedas en el camino. El viernes de
mañana, X encuentra dos monedas en el corredor de su casa.
Parece ser, comentaban los jerarcas de Tlón, que de se­
mejante historia el pérfido heresiarca quería deducir ni más ni
menos que la realidad — id est la continuidad— de las nue­
ve monedas recuperadas. Este, por su parte, argumentaba que
era «absurdo imaginar que cuatro monedas no habían existido
entre el martes y el jueves, tres entre el martes y la tarde del
viernes, dos entre el martes y la madrugada del viernes. Es lógico
pensar, añadía, que han existido siempre —siquiera de algún
modo secreto, de comprensión velada a los hombres— en to­
dos los momentos de esos tres plazos».
No obstante la clara formulación de la paradoja y los es­
fuerzos del «heresiarca», los habitantes de Tlon se limitaron a
negarla o ignorarla. En su opinión, todo era fruto de una fa­
lacia verbal basada en el uso inadecuado de unos conceptos
que habían sido construidos fuera del dominio en el que ahora
se aplicaban. En estas circunstancias, decían, nada tenía de ex­
traño que nos llevasen a conclusiones erróneas. Por ejemplo, los
verbos encontrar y perder deberían utilizarse teniendo muy pre­
sente su limitado rango de validez, porque —de lo contrario—
su mismo uso presupondría la permanencia de las monedas, es
decir, la identidad entre las perdidas y las encontradas, asunto
que por lo demás es el que se discute. Algo parecido añadían
de la circunstancia herrumbradas por la lluvia del miércoles:
semejante frase presupone lo que se trata de demostrar, a saber,
la persistencia de las cuatro monedas entre el martes y el jue­
ves. El problema es pues y, en definitiva, un problema deri­
vado de la necesidad de decir a los demás lo que hemos hecho
y lo que hemos aprendido: es un problema metodológico y de
lenguaje, no de la realidad.
A quien esto escribe, no le cabe duda de que esta espléndida
historia es fruto de la mente prodigiosa de Borges, y no de
12 Miguel Ferrerò Melgar
«sociedad» alguna dirigida por un obscuro hombre de genio.
Dicho con otras palabras: Borges inventó Tlón. Lo que será
para siempre una incógnita es saber si cuando escribió este
relato el escritor argentino tenía in mente la teoría cuántica
y algunas interpretaciones de su formalismo o si todo se debe
a la casualidad. Porque, como comprobará el lector al ir pasan­
do las páginas de este libro, el mundo real, nuestro mundo, se
parece demasiado a Tlón; la «sociedad» que diseñó su compren­
sión en el dominio microscópico tenía su sede en Copenhague;
y el hombre de genio —nada obscuro en este caso— que los
dirigió se llamaba Niels Bohr. El escribió este libro. Y como
habían hecho ya antes Aristóteles, Newton y Einstein, fue ca­
paz de alumbrar una nueva concepción del mundo: el mundo
de la complementaridad4.
Secuencias para una imagen
Niels Henrik David Bohr nació el 7 de octubre de 1885
en el seno de una acomodada familia danesa. Hijo de un famoso
fisiólogo, profesor de la Universidad de Copenhague, y de una
mujer inteligente y liberal creció, junto con sus hermanos Jenny
y Harald, en un ambiente culto y estimulante que les sumergió,
desde la más tierna infancia, en un mundo donde las ideas y los
puntos de vista conflictivos se examinaban racionalmente, fa­
4 Existen ciertas dudas respecto a si el término adecuado a utilizar es el
de complementaridad o si debería ponerse en su lugar el de complementa-
riedad. Si examinamos la correspondiente bibliografía en lengua castellana nos
encontraremos, como una cuestión de hecho, que una mitad de las traduc­
ciones emplean uno de ellos y la otra mitad el otro. Nosotros hemos seguido
aquí las indicaciones del prólogo del Vocabulario científico y técnico (Real
Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Madrid, 1983), en el
que se solicita «la colaboración de autores, traductores y escritores a fin de
que el auge de la Ciencia no deteriore con su terminología la pureza del idio­
ma patrio» (sic, pág. VIII). Pues bien, en la página 390 del mencionado dic­
cionario de la Real Academia de Ciencias puede leerse: «principio de comple­
mentaridad. Aserto según el cual las contradicciones que se presentan al des­
cribir fenómenos cuánticos mediante conceptos clásicos son sólo aparentes y
representan aspectos complementarios de una misma realidad física».
I 'l ólogo 13
voreciendo así en ellos el desarrollo de la capacidad de análisis
necesaria para profundizar en el conocimiento.
A pesar de que Niels admiraba las cualidades de su herma­
no, dos años más joven, lo cierto es que todos lo veían como
el «especial de la familia» y siempre esperaron alguna contribu-
i ión excepcional de él5. La realidad parecía, sin embargo, con-
tradecir esta esperanza: Harald obtuvo su doctorado dos años
antes que Niels —a los veinticuatro años—, fue reconocido muy
joven como un distinguido matemático y ganó una medalla de
plata jugando de medio con el equipo de fútbol danés en las
Olimpiadas celebradas en Londres en 1908. Todo un récord.
Niels, por su parte, hizo un bachiller notable, excepción hecha
del lenguaje —asunto al que nos referiremos por extenso más
adelante—, acabó con éxito una carrera que no obstante no
cabe calificar de extraordinaria y aunque era un buen depor­
tista nunca pasó de suplente en el equipo nacional.
En su tesis de licenciatura y en su tesis doctoral (1911) es­
tudió la teoría electrónica de los metales. Parece ser que fue
aquí, trabajando sobre ellas, cuando Bohr empezó a darse cuenta
tanto de las limitaciones de las teorías clásicas al utilizarlas para
estudiar el comportamiento de los electrones, como de la nece­
sidad de introducir un modo radicalmente distinto en la des­
cripción de los procesos atómicos. Algunos autores sitúan tam­
bién en la física el nacimiento del interés de Bohr por las cues­
tiones filosóficas en general y gnoseológicas en particular, aun­
que la verdad parece ser que esa preocupación tiene un origen
muy anterior, en el entorno familiar —al que ya nos hemos
referido— y en ciertas lecturas tempranas. La opinión del au­
tor de este prólogo es que Bohr fue, ante todo, un gran gnoseó-
5 Este rasgo anecdótico se resalta en todas las biografías de Niels Bohr
que hemos consultado y en particular en R. Moore, Niels Bobr. The man, bis
science and the world they changed, MIT Press, Cambridge, Massachusetts,
1966; S. Rozental ed., Niels Bohr. His life and work as seen by his friends and
colleages, North-Holland, Amsterdam, 1967, y A. P. French y P. J. Kenne­
dy eds., Niels Bohr. A centenary volume, Harvard U. P. Cambridge, Massa­
chusetts, 1985.
14 Miguel Ferrerò Melgar
logo6, y precisamente por esa razón trataremos de precisar
ahora esos antecedentes.
Christian Bohr, su padre, era uno de los personajes en torno
a los cuales giraba la vida intelectual de la ciudad de Copenha­
gue. Como fisiólogo estuvo involucrado en una de las disputas
filosóficas cruciales de su tiempo: la que enfrentó a los vitalis-
tas con los mecanicistas, y en la que terminó inclinándose a fa­
vor de los primeros. Miembro de la Real Academia Danesa de
Ciencias y Letras y amante de la polémica, decidió continuar las
discusiones de ésta, en unión del filósofo Harald Hóffding y
del físico C. Christiansen, en una tertulia de café. Cansados
pronto de esas reuniones, trasladaron los encuentros a sus res­
pectivas casas con el motivo de cenar juntos cada quince días.
Poco después se incorporó al grupo el filólogo Vilhelm Tomsen
y ocasionalmente algún que otro profesor extranjero que visi­
taba Copenhague. Bien, lo que aquí nos interesa es que Niels y
Harald asistían a esas discusiones cuando la cita tenía lugar en
la casa de Christian Bohr. Es muy probable que Niels haya em­
pezado a apreciar ahí el significado de la discusión como me­
dio de clarificación —en lo que llegó a ser un verdadero maes­
tro, ayudando incluso a los demás a expresar sus propias ideas
gracias a la gran capacidad de inspirar afecto y confianza que
tenía—, la necesidad de considerar con rigor los temas impor­
tantes y, quizás, las limitaciones del lenguaje ordinario en la
descripción de ciertos fenómenos. Lo que sí es seguro es
que más tarde, ya en la Universidad, Niels siguió los cursos de
Historia de la Filosofía y los de Lógica que dictaba el profesor
Hóffding, se sintió atraído por Espinosa y leyó con entusiasmo
los Estadios de la vida de Kierkegaard. Las otras raíces del
interés de Niels Bohr por la filosofía deben buscarse —más
que en William James— en el librito Las aventuras de un es­
tudiante danés, escrito por el poeta y filósofo danés Paul Mar-
6 Una pluma tan autorizada al respecto como puede ser la de Heisenberg,
dice lacónicamente «Bohr was primarely a philosopher, not a physicist». Véa­
se el artículo de W. Heisenberg en S. Rozental Niels Bohr..., loc. cit., pág. 95.