¿Materialismo deconstruido?

Por Victor Stanger:
En mí último blog me opuse a una afirmación hecha por el físico David Tong en Scientific American en Diciembre de 2012 quién expresó que es una "mentira" que los bloque constructivos de la naturaleza sean partículas discretas tales como electrones o quarks. Mas bien, Tong afirmó, los bloques constructivos de nuestras teorías son campos cuánticos.
Aquí quiero explicar por qué esto no es sólo un asunto pedagógico, una disputa trivial entre dos intelectuales. Tiene consecuencias reales sobre cómo los especialistas fuera de la física, así como también sobre el público lector, interpretan los dramáticos desarrollos en la física fundamental, tanto experimental como teórica, que comenzó a principios del siglo XX y que aún continúa. Se crea o no, el debate partícula-campo afecta fuertemente las discusiones sobre teología, espiritualidad y la interacción de la religión con la ciencia.
Aquellos que leen la literatura popular sobre ciencia y religión, como el artículo de Tong, pueden recibir la impresión que la física moderna ha refutado la imagen de los átomos y del vacío propuesta por Demócrito y los demás filósofos Griegos de hace milenios. Por ejemplo, en The New Sciences of Religion: Exploring Spirituality From the Outside in and Bottom Up, el apologeta cristiano William Grassie dice, "El concepto del materialismo se ha deconstruido a sí mismo con el advenimiento de la mecánica cuántica y la física de partículas."
Para ser ecuménico, Grassie cita al físico hindú Varadaraja V. Raman: "Los físicos han penetrado en el substrato de la realidad percibida y han descubierto allí un reino enteramente nuevo de entidades, más allá de la imaginación de las mentes más creativas del pasado."
Bien, quizá Demócrito no imaginó los quarks. Pero sí imaginó las partículas de materia y los quarks, por lo menos en el modelo actual, son partículas de materia. "El reino nuevo de entidades" descubierto en la física moderna está apenas más allá de la imaginación. Se imaginan en la teoría cuántica de campos, aunque con solo imaginar algo no lo hace real --a pesar de lo que algunos teólogos afirmen y de lo que algunos físicos parecen creer.
La afirmación de que la mecánica cuántica ha revelado una realidad más allá de la materia se fundamenta en la noción de que existen dos realidades separadas: discreta, partículas y un espacio lleno (plenum) que es el reminiscente del ya desacreditado éter. No obstante, al menos el éter electromagnético era material. El nuevo éter es más abstracto, más en consonancia con la dualidad de mente y cuerpo que se haya incrustrado en todo el pensamiento religioso. Como era de esperar, los teólogos y espiritualistas se deleitan en este nuevo dualismo --puesto en bandeja de plata para ellos por los físicos teóricos.
La idea de que los campos cuánticos abstractos y holísticos son la realidad más profunda mientras que las partículas son simplemente las excitaciones de los campos no comenzó con David Tong. En realidad, se ha convertido casi en un mantra. Por ejemplo, en The Atom in the History of Human Thought, el historiador Bernard Pullman escribe,
En la medida en que la influencia de Demócrito ha formado nuestra concepción del mundo, ha habido una tendencia en enfatizar el aspecto corpuscular del modelo estándard y a introducir una cierta distinción formal entre partículas de materia y las partículas intermediarias asociadas con los campos de fuerza. Como resultado, podemos haber dado la impresión de que este aspecto corpuscular suministra la descripción más exacta de la realidad. Tal punto de vista sería desafortunado, ya que podría obscurecer lo que consideramos hoy como el cuadro más plausible de la realidad, que no sólo unifica los conceptos de partículas y campos, sino que incluso considera a los campos preeminentes sobre las partículas... La realidad fundamental y subyacente del mundo está incorporada en la existencia de un montón de campos y en sus interacciones.
Pullman está aplicando la visión platónica de la realidad, que, como ya he discutido previamente, es la hipótesis de trabajo de la mayoría de los físicos teóricos y matemáticos. Para probar sus modelos, los físicos suponen que los elementos de estos modelos se corresponden de alguna manera con la realidad. Pero están comparados contra los datos que fluyen de nuestros así llamados "detectores de partículas" sobre el piso de un acelerador. Son los datos los que forman los cimientos de nuestro conocimiento. Lo que es fundamental en nuestros modelos no es necesariamente fundamental a nuestro conocimiento. Los modelos son garabatos sobre los pizarrones dentro de la teoría de la construcción física. Esos garabatos se borran fácilmente; los datos no.
En realidad, resultados no publicados están empezando a gotear en los garabatos del pizarrón de una generación de teóricos que describen sus especulaciones en una teoría llamada supersimetría que pueden pronto ser borrados por los datos del LHC. Aunque necesitamos esperar y ver, tales resultados suministrarías dosis de humildad a aquellos que piensan que pueden inferir la realidad sólo mediante sus pensamientos, también un ímpetu para explorar acercamientos menos ortodoxos.
La aplicación de la realidad platónica a la física está cargada de problemas. Primero, las teorías son notoriamente temporales. No hay manera de saber  si la teoría cuántica de campos algún día será reemplazada con otra teoría más poderosa que no haga mención de campos (o partículas, para la materia). Segundo, como todas las teorías físicas, la teoría cuántica de campos es un modelo --una invención humana. Comprobamos nuestros modelos al averigüar si funcionan; pero nunca podemos estar seguros de que se correspondan con la "realidad". Eso es metafísica. Si hubiera una manera empírica de determinar la realidad última, ello sería física, no metafísica. Tercero, todos los campos cuánticos tienen cuantos que asociamos con las así llamadas partículas elementales.
En la teoría cuántica de campos relativista, que es la teoría matemática fundamental de la física de partículas y la base del modelo estándard, cada campo cuántico tiene una partícula asociada conocida como el cuanto del campo. Estas son las partículas elementales del extremadamente exitoso modelo estándard desarrollado en los 1970's. La reciente confirmación del bosón de Higgs fue una grandioso triunfo de la teoría. El fotón es el cuanto del campo electromagnético. El electrón es el cuanto del campo de Dirac. El bosón de Higgs es el cuanto del campo de Higgs. No conozco ejemplos empiricamente verificados donde un campo cuántico exista sin su cuanto. Las partículas son tanto bloques de construcción de nuestras teorías como campos. De hecho, son los mismo bloques de construcción.
No hay excepciones. Para cada campo, contamos con una partícula; para cada partícula, tenemos un campo. Así que, es incorrecto pensar que campo y partícula existen como realidades separadas. No tenemos una dualidad campo-partícula. Tenemos, como Pullman dice, una unidad campo-partícula.
Por favor observe que las partículas elementales del modelo estándard no se piensa que sean como los objetos clásicos tales como bolas de billar; ellas obedecen todas las reglas de la mecánica cuántica. Por ejemplo, como Feynman mostró en 1948, los electrones pueden zigzaguear hacia atrás y hacia adelante en el espacio-tiempo y así aparecen en muchos lugares al mismo tiempo. Esto comúnmente se llama "no localidad" pero un mejor término es "multilocalidad". Note que, en esta imagen, el electrón nunca se mueve más rápido que la velocidad de la luz. Ninguna conexión superluminal de cualquier tipo es requerida cuando reconoces que el tiempo es reversible en física. Me extenderé en eso en otra ocasión.
¿Cómo se relaciona todo esto con la dualidad onda-partícula que lees en los libros de mecánica cuántica (libros de texto al igual que libros populares)? Los autores a menudo escriben, "Un objeto es o partícula u onda, dependiendo de lo que decidas medir." Esto es muy engañoso y a conducido a la muy difundida equivocación de que la mecánica cuántica muestra que la consciencia humana tiene la habilidad de controlar la realidad, a saber, decidir si un objeto es una partícula o una onda. Ese objeto podría ser un pulso de luz de una galaxia a 13, 000 millones de años-luz. Así que, la implicación es que podemos controlar la naturaleza de la realidad con nuestras mentes, esto debe ocurrir no sólo aquí y ahora sino a través del universo y en cada momento del tiempo, pasado y futuro. ¿Tú crees esto? Esto es exactamente lo que los espiritualistas cuánticos, quiénes escuchan que las partículas (que no pueden viajar más rápido que la luz) son una mentira, están diciendo.
Para quiénes no se han movido más allá de la mecánica ondulatoria de Schrödinger no relativista, la imagen ondulatoria suministra un modelo perfectamente bueno para computar los efectos cuánticos, sin tener que pensar en que misterioso éter está haciendo la ondeo. Para los físicos nucleares y de partículas que deben tratar con fenómenos de alta energía, la mecánica cuántica relativista y la teoría cuántica de campos proveen las herramientas para sus cálculos, sin tener que pensar en qué es más real --campos o partículas. Ambas teorías son completamente materialistas y constituyen triunfos para el atomismo de Demócrito.
En resumen, la física cuántica no ha acabado con la materia. La materia puede ser definida como cosas que retroceden cuando tú las golpeas. Cuando golpeas una roca, retrocede. Y cuando golpeas un electrón, retrocede. Y eso no es mentira.