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Determinismo en la física clásica.
Las obras de Newton y otros autores clásicos se han calificado con frecuencia como deterministas y la doctrina filosófica que se deriva de ellas determinismo científico.
Según ésta, el futuro estaría totalmente definido por el estado actual del universo y por las leyes de la dinámica, que son totalmente conocidas. Si se conociera la posición y velocidad de todas las partículas y la ley física, el estado futuro del universo sólo podría ser uno. Estaría totalmente determinado.
El demonio de Laplace.
El determinismo niega el libre albedrío de la condición humana, sugiriendo que las personas estamos destinadas a seguir un camino predeterminado, escrito incluso antes de nacer. Esta idea ha sido motivo de incomodidad para filósofos y teólogos a lo largo del tiempo. En este contexto, surge el concepto del «demonio de Laplace», un ser hipotético que comprendería completamente el universo. A menudo, se le cita con las siguientes palabras:
Podemos mirar el estado presente del universo como el efecto del pasado y la causa de su futuro. Se podría condensar un intelecto que en cualquier momento dado supiera todas las fuerzas que animan la naturaleza y sus posiciones de los seres que la componen. Si este intelecto fuera lo suficientemente vasto para someter los datos a análisis, podría condensar en una simple fórmula el movimiento de los grandes cuerpos del universo y del átomo más ligero; para tal intelecto nada podría ser incierto y el futuro así como el pasado estarían frente a sus ojos.
Pierre-Simón Laplace (1749-1827). Exposición del sistema del mundo.
Sin embargo, a lo largo de la historia, se han presentado numerosas objeciones al determinismo científico, y estas constituyen el principal motor de este análisis. ¡Entremos en detalle!
La objeción cuántica.
El determinismo científico sobreentiende que es posible conocer con exactitud tanto la posición como la velocidad de las partículas. También considera la partícula como algo existente a pesar de que sus dimensiones son nulas. Finalmente presupone que se conoce la ley física perfecta.
La mecánica cuántica propone por el contrario otras realidades bien distintas:
- En relación con las posiciones y velocidades, el principio de indeterminación de Heisenberg indica que no es posible obtener el conocimiento simultáneo de estas dos magnitudes con precisión infinita. El principio de indeterminación es totalmente válido ya que no se conoce un solo experimento en el que no se cumpla.
- Sobre el concepto de partícula, éste fue abandonado en favor del modelo ondulatorio-corpuscular de la materia a principios del siglo XX. En éste modelo la materia se modela como una onda, no como partícula, y es la base de la mecánica cuántica. La mecánica cuántica evolucionó hacia la teoría de campos cuánticos según avanzó el siglo. En teoría de campos cuánticos se retoma la noción de partícula identificándola como la excitación de un campo cuántico de carácter ondulatorio. En cualquier caso el tamaño de las partículas es perfectamente medible y por ejemplo tenemos que el tamaño del electrón ronda los 10^{-22} m y el del protón es del orden de 10^{-16} m. Se puede leer más sobre este tema en esta misma web aquí, (pasar hasta interferencia con electrones).
- No es posible conocer la ley física perfecta (clásica) desde el momento en que la precisión de las observaciones está limitada por el principio de indeterminación de Heisenberg.
La objeción del caos determinista.
La teoría del caos analiza el comportamiento de ciertos sistemas «clásicos» que presentan una sensibilidad extrema a las condiciones iniciales. Esto significa que incluso una mínima variación en dichas condiciones puede conducir a resultados completamente diferentes.
La evolución de estos sistemas no puede predecirse de manera precisa, ya sea a corto, medio o largo plazo. Esto no se debe únicamente a la limitación de la potencia de los ordenadores, sino también a que las posiciones iniciales que terminan en distintos atractores pueden delimitar fronteras fractales entre las cuencas de atracción. En otras palabras, dadas unas condiciones iniciales, no es posible determinar experimentalmente a qué atractor pertenecen, ya que la frontera fractal impide conocer con exactitud la evolución de este tipo de sistemas.
Un ejemplo típico: El problema de los tres cuerpos
Por ejemplo, el sistema solar, compuesto por numerosos cuerpos celestes, es un sistema caótico. Según las leyes de Newton, las órbitas planetarias son elípticas, pero este cálculo solo considera al Sol y al planeta en cuestión, es decir, es una solución de dos cuerpos que orbitan en un plano. Este enfoque, sin embargo, resulta excesivamente simplista para describir el comportamiento del sistema solar real. Cuando se toma en cuenta la interacción gravitacional entre más de dos cuerpos, las trayectorias se vuelven extremadamente sensibles a las condiciones iniciales.
Un tema de investigación activo es la estabilidad del sistema solar a largo plazo. ¿Podría algún planeta colisionar con otro, ser atraído hacia el Sol o experimentar un cambio drástico en su órbita? ¿Podría algo así sucederle a la Tierra? Los cálculos sugieren que una alteración de apenas unos metros en la posición inicial de la Tierra bastaría para que, después de varios millones de años, su ubicación futura resultara completamente impredecible.
Otro ejemplo: Los péndulos caóticos
Otro ejemplo de un sistema caótico es el péndulo doble al que se le aplica una fuerza sinusoidal. También lo es el doble péndulo que puede girar libremente alrededor de un eje, y que en algunos casos es posible observar en exhibiciones interactivas o simulaciones. Estos sistemas se caracterizan por movimientos aparentemente erráticos e impredecibles que, a pesar de su complejidad, suelen resultar fascinantes para quienes los observan.
De hecho, algunos de estos doble péndulos se fabrican como adornos decorativos, precisamente por su capacidad de captar la atención con movimientos hipnóticos y visualmente atractivos. Su comportamiento, además de ser un deleite estético, es un recordatorio tangible de cómo el caos puede emerger incluso en sistemas mecánicos relativamente simples.
La objeción del teorema de Godel.
El teorema de Godel, en lenguaje muy coloquial, demuestra que es posible que una fórmula no sea deducible matemáticamente. Puede que nunca lleguemos a demostrar teorías físicas que son en sí verdaderas, e incluso puede que esto suceda con la hipotética Teoría del Todo si es que existe. Puedes leer aquí con más detalle sobre el teorema de Godel.
A modo de conclusión
El determinismo científico tuvo su momento de gloria con la física clásica. Su inmaculado modelo de partículas masivas, fuerzas, vectores y energías parecía que la harían imbatible. Sin embargo desde el principio tuvo sus detractores, y con el tiempo tuvo que ceder terreno al caos determinista. Si añadimos la mecánica cuántica con su cuerpo estadístico y el teorema de incompletitud de Godel, obtenemos que el determinismo científico es un modelo caduco, y hoy la física nos presenta un futuro completamente indeterminado.
Lo que personalmente muchos agradecemos. Y con este pensamiento acaba el post. Como siempre cualquier comentario, sugerencia o corrección son bienvenidos.