Les Conseils Solvay et les débuts de la physique
moderne
Université Libre de Bruxelles
Bruselas, 1995
La enseñanza habitual presenta la física, o cualquier otra rama
de la ciencia, como el desarrollo lógico de una serie de
teorías siempre en buen acuerdo con los resultados
experimentales. La duda entre diversas opciones posibles, el
debate entre diferentes interpretaciones plausibles de un
concepto o un experimento, es decir, una parte sustancial del
método científico y de la aventura de la ciencia desaparecen
para dejar lugar a una avenida elegante y expedita en la que se
suceden éxito tras éxito, ecuación tras ecuación, en un
impecable encadenamiento de demostraciones.
Probablemente, esta simplificación resulta inevitable en la
práctica de la enseñanza, y podría ser compensada parcialmente
con algunas referencias a ciertos momentos especialmente
significativos de la historia de la ciencia. En particular, los
momentos fundacionales de las principales teorías son
especialmente esclarecedores de las vacilaciones, las
inquietudes, la excitación por el cambio de puntos de vista. En
la física de este siglo, los debates más excitantes y
encendidos se produjeron, probablemente, alrededor de los
conceptos básicos de la mecánica cuántica.
Sabios en Bruselas
Naturalmente, los instantes álgidos de estas
discusiones son aquellos en los que confluyen los protagonistas
de los diferentes puntos de vista: la viveza del diálogo, las
informaciones de primera mano aún no publicadas, las
especulaciones erróneas pero iluminadoras, de las cuales
surgirá la buena vía, el apasionamiento de la conversación,...
dan a estos encuentros una intensidad difícilmente superable.
Imagínese el lector una reunión de los veinticinco físicos
más relevantes para discutir, en 1911, la teoría de la
radiación y de los cuantos, o en 1913 la estructura de la
materia o en 1927 sobre electrones y fotones. Tenga presente el
lector que la interpretación cuántica de la radiación
electromagnética nace en 1900 con Planck y en 1905 con Einstein,
que la teoría atómica de Bohr es de 1913, que la ecuación de
Schrödinger y el principio de indeterminación de Heisenberg
fueron formulados en 1926. Las reuniones, pues, se producen muy
poco después de estos descubrimientos decisivos, en plena
excitación y perplejidad. Recuerde el lector que los
protagonistas directos o indirectos de estos descubrimientos son
Einstein, Planck, Mme. Curie, Bohr, Rutherford, Lorentz,
Poincaré, Schrödinger, Heisenberg...: suponga que son ellos los
que acuden a estas reuniones. Tales encuentros serían
comparables a los de Platón con Sócrates, o de Schiller con
Goethe, o de Mozart con Haydn: una confluencia cuyos frutos
llegan hasta nosotros.
¿Existieron en realidad unos encuentros como los mencionados,
acerca de la reciente mecánica cuántica? Efectivamente,
existieron, y tuvieron lugar en Bruselas en los años
mencionados: se trata de las conferencias Solvay, que ocupan un
lugar ineludible en la historia de la física de este siglo.
Sobre estas conferencias se ha organizado recientemente en
Bruselas una interesante exposición, que viajará próximamente
a Barcelona, y que es acompañada por un libro ("Les
Conseils Solvay et les débuts de la Physique moderne",
editado por P. Marage y G. Wallenborn, Université Libre de
Bruxelles, 1995) que describe con rigor, amenidad y buenas
ilustraciones la excitación, la atmósfera, la riqueza de
contenidos de aquellas reuniones.
Solvay y sus fundaciones
Las conferencias Solvay fueron instituidas y financiadas
por Ernest Solvay, el famoso industrial belga que a sus cuarenta
años había amasado una de las principales fortunas de Europa
gracias a su método de fabricación de sosa caústica.
Autodidacta, apasionado por la física-química, la fisiología y
la sociología, Solvay dedicó una parte de su fortuna a fundar
en Bruselas unos institutos de Fisiología y de Sociología y a
sufragar unas reuniones de veinticinco (posteriormente cuarenta)
protagonistas de los progresos más relevantes en algunos
problemas de frontera de la Física y la Química. Solvay
formuló también sus propias teorías en este campo (una teoría
"gravítica" ambiciosa pero un tanto simplista, que no
causó gran impresión en sus ilustres visitantes) y fue ministro
en diversas ocasiones, próximo a un socialismo moderado,
considerando la sociedad como una gran máquina cuyo rendimiento
se tenía que optimizar, para lo cual era necesario aumentar el
nivel de instrucción y las comodidades de todos sus miembros.
En lo que respecta a la Física, las reuniones, además de las ya
mencioadas de 1911, 1913 y 1927 (las que han pasado con mayor
fulgor a la historia), se desarrollaron en 1921 (átomos y
electrones), 1924 (conductividad eléctrica de los metales), 1930
(magnetismo), 1933 (estructura y propiedades de los núcleos),
para limitarnos a las anteriores a la Segunda guerra mundial. Las
reuniones, como hemos dichos, eran muy reducidas, extremadamente
elitistas, lo cual las diferencia notablemente de los congresos
multitudinarios posteriores a los que los científicos nos hemos
acostumbrado. Los textos de las ponencias y de las discusiones se
publicaban en francés. Personajes como el holandés H. Lorentz o
el francés J. Langevin (y actualmente I. Prigogine) estuvieron
al frente del comité organizador que, gracias al apoyo
financiero de Solvay, pudo dedicar todas sus energías a los
aspectos puramente científicos.
Los orígenes de la cuántica en las reuniones Solvay
Esbozaremos muy brevemente los puntos principales de las
reuniones de 1911, 1913 y 1927. Del 30 de octubre al 3 de
noviembre de 1911, en el Hotel Metropol de Bruselas, tras unas
palabras y una breve exposición de Solvay, tenía lugar la
primera reunión bajo el tema de "la teoría de la
radiación y los cuantos". Los hitos básicos son,
recordémoslos, la teoría de la radiación del cuerpo negro
(Planck 1900), la teoría entrópica de la radiación y sus
consecuencias en el efecto fotoeléctrico (Einstein, 1905) y la
teoría del calor específico de los sólidos a baja temperatura
(Einstein, 1907). La reunión Solvay juega un papel decisivo en
la toma de conciencia de la profundidad y radicalidad de los
cambios mencionados, que hasta aquél momento interesaban a tan
solo unas pocas docenas de personas. Antes de la reunión, el
mismo Planck seguía intentando dar una explicación clásica a
su hipótesis cuántica, sin querer admitir aún su carácter
definitivamente revolucionario. En la reunión se pone de
manifiesto hasta qué punto las hipótesis cuánticas son
revolucionarias y cuántas paradojas encierran.
La reunión de 1913 es dedicada a la estructura de la materia. En
1911, Rutherford acaba de proponer su modelo planetario del
átomo, opuesto al modelo anterior de Thomson. El modelo resulta
incomprensible clásicamente, y no es hasta 1913 que Bohr
consigue fundamentarlo sobre unas reglas ad hoc, basadas en las
ideas cuánticas, que explican con éxito impresionante los
espectros atómicos de los átomos con un solo electrón. Sin
embargo, este tema no será tratado con detalle en las
conferencias Solvay hasta 1921, ya que la guerra mundial y sus
secuelas, y las divisiones que ella produce entre los
científicos europeos, interrumpe las reuniones durante ocho
años. La reunión de 1913 toca brevemente el tema de la posible
enstructura de un núcleo atómico y su relación con la
radiactividad natural.
La mecánica cuántica, que conocerá una difusión
extraordinaria con el modelo atómico de Bohr (1913) y la
mecánica ondulatoria de De Broglie (1924), no consigue una base
matemática sólida y consistente hasta los trabajos de
Heisenberg (1925) y Schrödinger (1926). Los debates de Bruselas
sobre la interpretación a dar a la nueva mecánica forma parte
de sus mitos fundacionales y es también un hito en la cultura
europea en general, ya que lo que se debate es la relación entre
ciencia y realidad y la naturaleza de la realidad. De Broglie,
Schrödinger y, sobre todo, Einstein, mantienen un punto de vista
realista, defienden una realidad objetiva, independiente del
observador, y rechazan que la mecánica cuántica sea una teoría
completa. Bohr, Born y Heisenberg defienden apasionadamente el
principio de complementaridad y de indeterminación, es decir,
una realidad profundamente ligada al observador y básicamente
indeterminista. No se alcanzará un acuerdo entre los dos grupos.
Einstein y Bohr debaten agudamente en las reuniones, en las
calles, en los bares, durante comidas y cenas. La discusión se
prolongará durante años y constituye una de las cuestiones más
relevantes de la filosofía de la ciencia de todos los tiempos.
El consejo de 1933 representa un relevo generacional: de las
discusiones sobre las posibles interpretaciones de la mecánica
cuántica se pasa, consolidada ésta, a discutir los nuevos
experimentos sobre física nuclear. La reunión es brillantísima
en cuanto a participantes. De los 40 sabios, 19 han obtenido u
obtendrán posteriormente un premio Nobel. El tema de la reunión
es la estructura del núcleo. Téngase presente que en 1932
Chadwick ha descubierto el neutrón, en Cambridge. Hasta
entonces, muchos científicos creían que el núcleo estaba
compuesto por protones y electrones, con lo cual podrían
explicar fácilmente la emisión de partículas beta
(electrones), pero encontraban problemas con el valor del spin de
algunos núcleos. También en 1932, Anderson descubre el
positrón, o electrón positivo, primera antipartícula
descubierta. Es el momento de emperzar, pues, la teoría nuclear,
pasando del átomo al núcleo. Irene Curie y su marido, F.
Joliot, presentan algunos resultados que les conducirán al
descubrimiento, en 1934, de la radiactividad artificial, trabajo
por el cual recibirán el premio Nobel de física. También en la
reunión de 1933, Pauli propone formalmente el concepto de
neutrino, que hasta entonces sólo había comentado, en una
carta, a algunos amigos. Esta partícula no se descubrirá
experimentalmente hasta unos veinticinco años más tarde:
millones de neutrinos atraviesan la Tierra cada segundo sin
interactuar con ella! Así, la reunión mantiene la actualidad
trepidante de las de 1911, 1913 y 1927. Sin embargo, no se conoce
casi nada de la fuerza nuclear. Pero ésta habría de cambiar el
mundo, apenas doce años más tarde!
Las reuniones Solvay hoy
Las conferencias Solvay no terminaron con la guerra. En
1948 se reemprendían con el tema de "partículas
elementales"; el estado sólido (1951), electrones en los
metales (1954), estructura y evolución del universo (1958),
teoría cuántica de campos (1961) son otros de los temas de las
sucesivas conferencias. Sin embargo, las reuniones científicas
se habían multiplicado por doquier, la investigación se
realizaba en grupos cada vez mayores, y el modelo elitista
inicial de las conferencias Solvay empezó a resultar menos
adecuado, y tuvieron que competir con otras conferencias por los
temas estrella. Bajo la dirección de I. Prigogine, premio Nobel
por sus aportaciones a la termodinámica de procesos
irreversibles, las conferencias se han ido transformando en un
pequeño instituto de estudios avanzados, dedicado especialmente
al estudio de sistemas complejos, caos determinista,
irreversibilidad, a los que Prigogine y su escuela han efectuado
considerables aportaciones, y que constituyen algunas de las
áreas de frontera más fértiles de la física de hoy.
Evocar las conferencias Solvay de Física es, como hemos visto,
zambullirnos en algo más que un recuerdo lejano o un mito
impreciso: es revivir la pugna entre argumentos alternativos,
ideas que han entrado a formar parte de nuestra manera de pensar
la física e ideas que han sido olvidadas, pero la comprensión
de cuyo fracaso nos ayuda a conocer con mayor profundidad la
física y sus relaciones problemáticas con la realidad.
DAVID JOU