Estudiar física fue para mí un proceso en el que repetidamente sacaba la alfombra de mis ideas actuales sobre el mundo físico.
Como la mayoría de los niños, primero aprendí a pensar en objetos físicos de una manera ingenua y realista. Las cosas eran grupos de materia, que existían en lugares particulares en ciertos momentos. Tenían propiedades como ser sólido o líquido, frío o caliente, blando o duro, etc. Todo era bastante vago y cualitativo.
Cuando estudié física en la escuela, aprendí que detrás o debajo de mis ingenuas nociones de objetos se comportaban de manera extraña los átomos, que estaban hechos de electrones, protones y neutrones. Estas partículas, que no vi ni experimenté directamente, conformaron la realidad detrás de los objetos que experimenté en el mundo. La realidad física no era lo que parecía a mis sentidos en absoluto. Y los átomos tampoco se comportaban como objetos ordinarios. Por un lado, podía imaginar a los átomos como pequeños sistemas solares, pero por otro lado, sabía que eso estaba mal. Fue fascinante y misterioso. Quería saber más.
Por supuesto, de niño también vi que el sol salía en el este y se ponía en el oeste. Pero en la escuela aprendí que el sol no se levantaba en absoluto, y la tierra no estaba en reposo. En su lugar, la tierra gira sobre su eje y orbita alrededor del sol. Una vez más, la realidad física no era lo que parecía a mis sentidos, sino algo muy diferente. Este cambio de perspectiva era mucho más fácil de imaginar que el comportamiento desconcertante de los átomos.
Cuando tuve la edad suficiente para aprender algunas matemáticas, el fascinante mundo invisible adquirió una nueva dimensión de orden y precisión. Esta realidad física oculta no era simplemente un tipo diferente de sustancia física vaga: era una hermosa estructura matemática que permitía predecir su comportamiento con una precisión asombrosa. Y fue mediante el uso de estas matemáticas que el mundo físico oculto estaba conectado al mundo que podía medir y observar. Las leyes de Kepler podrían usarse para calcular las rutas de los planetas alrededor del sol, y al cambiar el sistema de coordenadas del sol a la tierra, y sabiendo en qué lugar de la tierra estoy posicionado, podría calcular dónde aparecerían los planetas en el cielo. sobre mí. Esto fue una revelación. Al menos a un joven adolescente, de todos modos.
Sin embargo, los átomos todavía eran bastante misteriosos. Las matemáticas del modelo de Bohr eran bastante simples, y pude entender cómo se relacionaban con las longitudes de onda observadas de la luz que absorben los átomos. Pero sabía que el modelo de Bohr no estaba del todo bien, y aún no sabía las matemáticas necesarias para entender realmente la teoría cuántica. Así que decidí estudiar física en la universidad.
Mientras tanto, las matemáticas de la relatividad especial eran lo suficientemente simples como para poder comenzar a incursionar en eso. Y ahí fue cuando sacaron otra alfombra de debajo de mis pies. Esos planetas que se movían en sus órbitas no estaban sentados objetivamente en el espacio y el tiempo, como yo había imaginado. No hubo distancia objetiva entre ubicaciones, ni duraciones objetivas entre eventos. La distancia entre dos planetas depende del marco de referencia que seleccionamos para describirlos. Y no hay un marco de referencia preferido que la naturaleza nos dicte como el objetivamente “real”. Por lo tanto, esto elimina la objetividad de las distancias y duraciones. Sin embargo, de alguna manera, todo está unido de manera coherente, pero a un nivel objetivo más profundo. Las distancias y duraciones que antes parecían objetivamente reales ahora eran apariencias que dependían de la elección de la perspectiva. Ahora había una realidad objetiva aún más profunda, un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, y la elección de un marco de referencia está tomando una “porción” particular de esta realidad más profunda. Entonces, nuevamente, las matemáticas son lo que conecta la realidad oculta más profunda con lo que se puede observar.
Finalmente, después de un par de años de universidad, tomé mi primer curso de mecánica cuántica. Era diferente a cualquier otra física que había aprendido hasta ese momento, especialmente las matemáticas. De repente, hubo infinitos espacios de Hilbert dimensionales y transformaciones de Fourier y observables, sujetadores, kets y amplitudes de probabilidad que no conmutan. Las matemáticas estaban en un nivel de abstracción mucho más alto que cualquier cosa que hubiera visto en la física clásica. Podría relacionarse con las observaciones, pero no había una manera obvia de imaginar de qué se hablaban las matemáticas.
Esto es cuando tomé un curso de filosofía de la física. Pasamos un poco del curso en interpretaciones de la mecánica cuántica. Pero, por desgracia, no se puede encontrar un consenso sobre lo que dice el formalismo mecánico cuántico acerca de la naturaleza de la realidad física. Pero, si bien no dice qué es la realidad, sí dice algo sobre lo que no es la realidad: no es localmente realista. El teorema de Bell, y los experimentos de Bell en particular, demuestran que nuestro mundo físico simplemente no puede entenderse en términos de propiedades objetivamente existentes, a menos que permita que se influyan instantáneamente entre sí de una manera profundamente no local. No es de extrañar que tantos físicos elijan “callarse y calcular”. Simplemente no hay forma de reducir la realidad cuántica a nada que sea comprensible en términos de la intuición física ordinaria de las cosas físicas que existen independientemente en el espacio y el tiempo.
No hay vuelta atrás. La física saca la alfombra de debajo de nuestras nociones ordinarias de la realidad. Y luego saca la alfombra de sus propias nociones. Y hasta nos deja en caída libre, sin una respuesta definitiva a la pregunta de cómo entender de qué hablan las matemáticas. Sin embargo, la estructura matemática está ahí. Y tenemos todos los motivos para creer que, mucho después de que la relatividad y la teoría cuántica hayan sido superadas, seguiremos teniendo una descripción matemática de la realidad física, y estará conectada de manera coherente con las apariencias.