El gran error de Einstein: "Dios no juega en los dados"

GinebraEl comedor del Hotel Métropole de Bruselas desprendía el aroma habitual de café por las mañanas. Las mentes más brillantes de principios del siglo XX se reunían en torno a las mesas, adentradas en conversaciones intensas y profundas, comentando y rebatiendo las presentaciones que se habían impartido el día anterior durante la última sesión de la quinta conferencia Solvay. Esta serie de encuentros entre científicos eminentes fue impulsada por el químico belga Ernest Solvay, y estaban dedicadas, desde 1911, a profundizar en los problemas más complejos de la física y la química.

Entre los asistentes había un físico que desde hacía más de una década se había ganado la etiqueta de genio revolucionario. Albert Einstein ya había conquistado la eternidad después de provocar un cambio de paradigma en la concepción del Universo al haber sentado las bases de la teoría de la relatividad restringida y de la general. Para el físico alemán, aquella conferencia de 1927 representaba una oportunidad de oro para mostrarse a contracorriente de la nueva hornada de jóvenes físicos que se habían dejado seducir por una nueva teoría que describía al mundo subatómico con un nivel de precisión sin precedentes: la física cuántica.

A pesar de ser uno de sus padres fundadores, para Einstein la mecánica cuántica era una teoría incompleta. No creía que aquélla fuera la descripción última de la naturaleza.

Uno de los principales postulados de la cuántica establece que antes de observarla la posición de una partícula no está definida, sino que se encuentra en más de un lugar siguiendo una serie de probabilidades. "La mecánica cuántica ortodoxa dice que no existe una explicación más profunda de por qué cuando hacemos una medida en un caso sale un resultado y en otro caso sale otro", comenta Enric Pérez, profesor de física de la Universidad de Barcelona y experto en historia de la física. Gran parte de la comunidad científica abrazaba esta descripción probabilística de la naturaleza, pero para Einstein esta visión era una aberración. Con su famosa cita "Dios no juega a los dados", dejó clara su posición.

Esta interpretación incomodaba tanto al físico alemán que iba de un lado a otro del Hotel Métropole intentando convencer al resto de los asistentes de que aquella nueva teoría era incompleta y de que la naturaleza escondía algo más profundo. "Ach, was, das stimmt schon, das stimmt schon" ("¿Cómo dice? Ah, sí, es verdad, es verdad...").

Experimentos mentales

Durante todos los días que duró la conferencia, Einstein ideó varios experimentos mentales que intentaban poner en entredicho algunos de los aspectos de la teoría cuántica. Estos retos iban dirigidos principalmente al físico danés Niels Bohr, otro los ideadores principales de la nueva teoría que vislumbraba un nuevo statu quo donde la incertidumbre dominaba al mundo subatómico.

"Einstein era más realista, mientras que Bohr se convirtió en el defensor de una interpretación ortodoxa de la cuántica, en la que acogía la incertidumbre, la falta de determinismo y la influencia del observador", explica Pérez, quien añade que "el precio a pagar es que a menudo no se pueden construir imágenes cuidadosas de lo que sucede, no puede ser de bien sano y no puede sacarse de lo que ocurre; dónde llegarás, pero no lo que pasa en medio".

En una de las jornadas, Einstein presentó un experimento mental en el que ponía en cuestión el mismo principio de indeterminación de Heisenberg, que no permitía conocer de forma simultánea y con total certeza dos variables como pueden ser la posición y velocidad de una partícula. La presentación del físico alemán, bien elaborada y argumentada, impactó directamente en la línea de flotación de Bohr, que no podía creerse la posibilidad de que Einstein hubiera encontrado, finalmente, una inconsistencia en su teoría.

"Einstein fue buscando vías distintas para encontrar contradicciones internas en los argumentos de Bohr y Heisenberg", comenta Pérez. Esa noche, Bohr no iría a dormir hasta encontrar un contraargumento a ese experimento mental. Y al día siguiente le devolvió la pelota aún con más fuerza, ya que rebatió al físico alemán utilizando la teoría de la relatividad que el propio Einstein había elaborado años antes. Después de ese intercambio, Einstein tuvo que retirarse aceptando que el principio de incertidumbre era una característica inherente a la naturaleza. "Bohr y Heisenberg salieron bien, en esos debates", valora Pérez.

Einstein no se rinde

Einstein estaba herido pero no derrotado. Había perdido esa batalla, pero la guerra sería larga e intensa. El físico alemán se centró entonces en otro de los aspectos más controvertidos de la cuántica: el entrelazamiento entre partículas, en el que dos partículas separadas por una gran distancia pueden afectarse mutuamente. Einstein creía que ese comportamiento no sólo desafiaba a la lógica, sino que atentaba contra el principio que él mismo había construido veinte años atrás según el cual nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. De ahí que, con cierto grado de sarcasmo, llamó a esta propiedad "acción fantasmagórica a distancia".

Siguiendo esta línea, en colaboración con dos físicos de la Universidad de Princeton, en EE.UU., Einstein elaboró ​​la conocida como paradoja EPR (de las iniciales de Einstein, Podolsky y Rosen, autores del trabajo). tipo de información que los físicos estaban pasando por alto y que daría sentido a todo ello. A esta información escondida la llamaron "variables ocultas".

Años después de su muerte, John Bell, un físico del CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas, en Ginebra, elaboró ​​unas relaciones matemáticas que deberían permitir verificar o descartar finalmente la teoría de variables ocultas. "Bell encontró unas relaciones teóricas que permitían distinguir en el laboratorio si el estado de los objetos está determinado antes de la medida o no", explica Pérez. Sin embargo, nadie sabía si esas relaciones matemáticas podrían ser implementadas de forma experimental. "No hace falta estar posicionado respecto a la mecánica cuántica para ver en el artículo de Bell un resultado interesante, porque permitía distinguir experimentalmente entre dos teorías", comenta este profesor de física de la UB.

Tuvieron que pasar varias décadas hasta que los científicos fueron capaces de demostrar, mediante los resultados de Bell y gracias a complejos mecanismos experimentales, que las variables ocultas definitivamente no existían. Las implicaciones de este descubrimiento fueron reconocidas con el premio Nobel de 2022 y representan el punto de partida del desarrollo de las tecnologías cuánticas. "Ya parece bastante aceptado que en la mecánica cuántica existe la no localidad", destaca Pérez.

La mecánica cuántica es así de caprichosa y sólo queda abrazarla. Como resumió el físico Stephen Hawking haciendo alusión a la cita del propio Einstein: "Dios juega a los dados y los echa donde nadie puede verlos".

Una teoría sólida pero incomprensible

La interpretación de la mecánica cuántica es, cien años después, un tema de intenso debate entre físicos y filósofos. "La mecánica cuántica es una teoría muy sofisticada, muy bien hecha y muy bien tramada, a la que se le han intentado encontrar agujeros e inconsistencias –explica Pérez, quien comenta que en el ámbito educativo la vertiente interpretativa de la mecánica cuántica queda en un segundo plano–. Hay profesores de mecánica cuántica que no interpreta".

Para Pérez, este debate debería hacernos replantear qué significa hacer un experimento u observar la naturaleza, de donde se puede aprender de otras ramas de la ciencia que van más allá de la física. “Son problemas que se han planteado previamente en otras ciencias de tipo humanista.

La serie de disputas conceptuales entre Einstein y Bohr dieron lugar a uno de los debates más intensos del siglo XX sobre los cimientos de la naturaleza. Estas conversaciones y posteriores desarrollos experimentales y teóricos trascendieron las fronteras de la física para adentrarse en los aspectos más profundos de la filosofía de la naturaleza.