Bohr y la teoría cuántica

Paul Strathern, José A. Padilla Villate

• Editorial: Siglo XXI
• Año: 2014
• ISBN del libro electrónico: 9788432316869
• Edición: 1
• Categoría: Physical Sciences
• Categoría: Physics

Los descubrimientos de Niels Bohr en el campo de la teoría cuántica llevaron a avances monumentales en la física y en nuestra comprensión de la estructura atómica. Bohr ganó el premio Nobel por su labor en 1922 y sus ideas, aún hoy, siguen impulsando a la física hacia nuevos descubrimientos. ¿Pero qué es la teoría cuántica? La mayoría de nosotros no entendemos ni los conceptos más básicos aunque en ella reside la clave para comprender realidades tan complejas como los agujeros negros o la bomba atómica. Bohr y la teoría cuántica presenta un brillante relato de la vida y obra de Bohr, y ofrece una explicación clara y accesible del significado e importancia de su descubrimiento y de lo que implica para nuestras vidas y para el futuro.

Vida y obra

Niels Bohr nació el 7 de octubre de 1885 en Copenhague, en el seno de una distinguida familia danesa. Su padre, Christian Bohr, era profesor de fisiología en la Universidad de Copenhague, y casi ganó el Premio Nobel por sus trabajos pioneros sobre la química del sistema respiratorio. Sin embargo, su impronta más duradera en la sociedad danesa se debió a su amor por Inglaterra y todo lo inglés.

Christian Bohr era un gran creyente en el fútbol, y desempeñó un papel misionero en la propagación de esta religión popular en Dinamarca. La madre de Niels, Ellen, era de origen judío, y venía de una familia prominente en los círculos bancarios y políticos.

Pese a su nombre, Bohr padre no era un hombre religioso, y la atmósfera familiar era progre­sista, liberal e intelectual. Según todos los tes­timonios, los Bohr eran una familia agradable, comprensiva y tolerante. Uno tras otro sus amigos recordarían más tarde lo agradables, comprensivos y tolerantes que eran. Suena demasiado bonito para ser verdad, o demasiado aburrido; resulta difícil decidir cuál de las dos cosas.

Prácticamente la única anécdota que conocemos de la infancia de Niels es, como es usual, poco reveladora. Un día Christian Bohr mostró un árbol a su pequeño, explicándole de qué manera tan bella el tronco se dividía en ramas, que luego se dividían en ramas más finas, de las que luego salían hojas. Se dice que la respuesta de Niels fue: «Sí, pero si no fuera así no habría árbol». Desde el punto de vista psicológico y simbólico, así como literal, esto no dice prácticamente nada. O por el contrario, podemos pensar que rebosa de toda clase de significados. Escojan ustedes: es todo lo que tenemos.

Después de una infancia en blanco y una sosa juventud, Niels se convirtió en un joven callado y tímido. Las fotos de la época muestran a un adolescente alto y bien vestido, pero de aspecto algo torpe, con el cuello almidonado y cara de pocos amigos. Sus rechonchos mofletes cuelgan, sus labios son gruesos, y hay un aire de culpa en sus ojos pequeños y algo juntos. Hablaba de forma titubeante, y poco había en sus maneras que pareciera indicio de una mente de primer orden. En la escuela era otra historia. Era un alumno aventajado, aunque no brillante, muy dispuesto a hacer uso de su tamaño si se trataba de pelear. No tardó en ser conocido por su fuerza, testarudez y aptitud para los deportes. Para orgullo de su padre, fue seleccionado para el equipo de fútbol del colegio. Siguiendo los pasos paternos, se interesó por la ciencia. Le atraía en particular el trabajo experimental de laboratorio, en el que consiguió combinar una habilidad excepcional con una natural torpeza. Destrozar tubos y recipientes de cristal era su especialidad. En cierta ocasión, al oírse una serie de explosiones procedentes del laboratorio, su profesor, ya curado de espanto, comentó: «Ese debe de ser Bohr».

Pero lo más importante en la vida de Bohr era, con mucho, su hermano menor Harald, quien ingresó con él en el prestigioso Gammelhom Gymnasium de Copenhague. Un compañero dijo de ellos: «Nunca había visto dos personas tan compenetradas». Los hermanos eran inseparables. Harald era año y medio menor que Niels, pero no tardó en alcanzar a su avispado y deportivo hermano.

Niels no dio muestra alguna de resentimiento por ello. Para cuando estaban terminando la escuela, el joven Harald sobrepasaba ya a su hermano en todos los frentes. No solo era un matemático brillante, sino también un excelente futbolista. Como elegante mediocampista, Harald no tardó en superar las ocasionales gestas acrobáticas de su hermano en la portería. Desde el principio el joven Harald fue el hermano vivaz e ingenioso, mientras que el estilo de Niels era más callado y prosaico. Pese a tales rivalidades y diferencias de temperamento, el profundo entendimiento entre los dos hermanos no fue perturbado. Nunca tuvieron diferencias.

O eso se nos ha hecho creer. Bohr se ha convertido en monumento nacional en Dinamarca, y el ser humano de carne y hueso ha quedado aplastado bajo el sólido edificio de la leyenda Bohr. Resulta difícil creer que no hubiera alguna tensión oculta en esta relación fraterna inusualmente estrecha. Pocos hermanos mayores ceden su papel estelar sin alguna muestra de resentimiento, pero al parecer los dos hermanos se acomodaron el uno al otro con extraordinaria sensibilidad e intuición psicológica. Se repartieron entre los dos el campo del conocimiento científico. Harald se encargó de las matemáticas, mientras que Niels se dedicó a la física. De este modo po­dían consultarse el uno al otro e incluso ayudarse sin rivalidad alguna. Asimismo, el portero ocupa una posición única en el equipo, que no se ve amenazada por ningún otro jugador por brillante que sea.

Incluso en el seno del hogar parece que la re­lación de los Bohr estuvo libre de los piques y puñetazos habituales en los afectos fraternales normales. Este cuadro idílico se completa con su hermana mayor Jenny, igualmente brillante.

Jenny estudió en la Universidad de Copenhague y en Oxford, para luego regresar a Dinamarca y convertirse en una profesora «inspiradora» conocida por su «calidez». Pese a esta «calidez» nunca se casó, y sabemos, tristemente, que «los nervios le dieron problemas más adelante». La verdad no es tan agradable. La amada hermana y primogénita de la familia Bohr se convirtió en una ruina psicológica incurable, y acabó encerrada en un manicomio provincial. Según su certificado de defunción, murió de «psicosis maníaco-depresiva en su fase maníaca», fórmula clínica evocadora, a su pesar, de algo escalofriante. Como admitiría Harald en su funeral: «desde su más temprana juventud se veía impedida, a menudo impotente, por un mal que consumía todas sus fuerzas». La presencia de una figura tan inquietante en el hogar familiar de los Bohr arroja una luz algo diferente sobre la relación inusualmente cercana entre Niels y Harald.

Esta insistencia sobre una dimensión psicológica en la relación entre Niels y su hermano no es gratuita. Seguro que no es casual que la obra posterior de Niels se caracterizara por su esencial ambigüedad. La teoría cuántica trata de la compatibilidad de dos opuestos aparentemente irreconciliables. Dos de las concepciones teóricas más importantes de Niels fueron la Teoría de la correspondencia y el Principio de complementariedad, los cuales se concentran en la semejanza a pesar de las diferencias subyacentes. Niels Bohr comprendía la noción de ambigüedad al más profundo nivel, y su gran obra científica buscaba resolverla en armonía.

En 1903 ambos hermanos entraron en la Universidad de Copenhague. Era una época estimulante. Empezaba un nuevo siglo, y el mundo estaba a punto de cambiar hasta lo irreconocible. Ese mismo año aparecieron los primeros taxis motorizados en las calles de Copenhague. En Estados Unidos los hermanos Wright realizaban su primer vuelo, y Marie Curie recibía el Premio Nobel por el descubrimiento de la radiactividad.

Los dos Bohr entraron pronto en el equipo de fútbol universitario, el Akademisk Boldklub, uno de los equipos más fuertes del país. Después se conocería con el nombre de AB, y hoy día suele figurar aun en los primeros puestos de la liga danesa. Niels se lucía de vez en cuando en la portería, pero cuando el juego se desarrollaba en el extremo opuesto del campo solía pasar el tiempo haciendo cálculos a lápiz sobre los palos de la portería. De hecho, fue su absorción en estos empeños matemáticos, tanto como la pericia artillera de sus oponentes, lo que le llevó a hacer algunas de sus paradas más espectaculares. Harald, por otra parte, brillaba sin necesidad de tales ayudas, y acabó jugando más tarde para Dinamarca en unos juegos olímpicos (en los que ganaron a Francia en semifinales por 17-1, para luego caer ante Inglaterra por 2-0) .

A estas alturas los bien avenidos y simbióticos hermanos se inspiraban (o empujaban) mutuamente hacia su pleno potencial intelectual. El temperamento parsimonioso de Niels parecía ideal para las complejidades de la física, y sus logros en el campo de su elección empezaban a igualar a los de Harald en matemáticas. Incluso sus compañeros de estudios empezaban a emplear la palabra «genio» al referirse a cualquiera de los hermanos Bohr. Niels fue siempre un ávido lector, y hacía lo posible por estar al tanto de los últimos avances científicos. Se labró un nombre enseguida entre sus compañeros por hacer enmiendas a los libros de texto de física. Lo que decían era erróneo, simplemente, y él era capaz de demostrarlo con ayuda de la evidencia de los recientes descubrimientos.

Durante sus años de estudio los Bohr siguieron viviendo en el hogar familiar, al cual su padre invitaba regularmente a cenar a algunas de las mentes más lúcidas de Dinamarca. Copenhague no era ya un remanso provinciano: entre la anterior generación de intelectuales estaban Søren Kier­­ke­gaard, fundador del existencialismo, y el crítico Georg Brandes, el hombre que descubrió a Nietzsche. Después de cenar, Bohr padre y sus colegas intelectuales celebraban una tertulia filosó­fica, a la que Niels y Harald podían asistir como «oyentes silenciosos». (Sería quizá un hogar de ideas avanzadas, pero parece que hasta los hijos mayores debían ser vistos pero no oídos.)

En 1907, durante su último año de carrera, Niels Bohr ganó la medalla de oro de la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras por un ensayo sobre la tensión superficial del agua. Era una gesta asombrosa para un estudiante, y marcó su primera aparición como superintelecto científico. Bohr completó los trabajos experimentales para este ensayo robando tiempo de estudio de sus exámenes finales, y casi se le pasa el plazo fijado por la Academia. (En el manuscrito se aprecia que algunas partes las copió apresuradamente Harald, suponemos que a partir de las notas de Niels.) La parte experimental requería un análisis preciso de las vibraciones de un chorro de agua. Cada uno de los experimentos fue ideado y llevado a cabo por Bohr en solitario, y precisaba un chorro de agua con un radio diminuto, inferior al milímetro. Para conseguirlo necesitó largos tubos de cristal de similares proporciones y de corte transversal elíptico, que él mismo fabricó. La velocidad del agua se medía cortando el chorro dos veces en el mismo punto en un intervalo de tiempo dado, y luego midiendo la longitud del segmento cortado por medio de fotografías. Las vibraciones (las ondas que se forman sobre la superficie del agua) se medían también con ayuda de fotografías.

Había que realizar la mayor parte de los experimentos de madrugada, con las calles vacías, con el fin de evitar la menor vibración perturbadora procedente del tráfico.

Este habría de ser el único trabajo experimental original que Niels Bohr realizara completamente en solitario. Tiene todas las trazas de su proceder parsimonioso y preciso y de su brillante capacidad de análisis, junto con una ausencia casi milagrosa de gazapos. Hasta Bohr se dio cuenta de que se trataba de una excepción. La tensión de trabajar con cristales tan frágiles le pasó factura, evidentemente, y en adelante siempre utilizaría colaboradores físicamente aptos en sus experimentos.

Es cosa sabida hace tiempo que estar obligado a escuchar sin poder replicar es un estimulante para el pensamiento radical. El forzoso silencio de Bohr en las veladas filosóficas organizadas por el padre no fue una excepción. Empezó a pensar por sí mismo. En contraste con las discusiones eruditas, que debía oír en silencio, el pensamiento filosófico de Bohr fue asombrosamente original desde el comienzo. De hecho, incluso anticipa ciertos aspectos del pensamiento de Wittgenstein. A Bohr le llamaba la atención el modo en que una palabra se puede emplear para describir un estado de conciencia («borrachera», por ejemplo) y a la vez utilizarse para describir el comportamiento externo que acompaña a este estado interno. Se dio cuenta de que cuando una palabra se refería a la actividad mental era esencialmente ambigua. (Aquí apareció por pri...

Índice

• Portada
• Portadilla
• Legal
• Introducción
• Vida y obra
• Caprichos y quarks del mundo cuántico
• Vida y tiempo de Niels Bohr
• Otras lecturas recomendadas
• Títulos publicados