Cuántica, el experimento continúa

Identificación de bacterias con puntos cuánticos | NCI/NIST | Dominio público

1. Ver cosas que no se ven, un texto de Arnau Riera y fotografías de Miquel Taverna. Con la colaboración del Laboratorio Atomic Quantum Optics (Mitchell Group), Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
2. Reunión cuántica n. 12, una ilustración de María Medem
3. Música irrelevante, un interactivo sonoro de Odil Bright
4. La lección más importante, un poema de Martí Sales

Ver cosas que no se ven

Un texto de Arnau Riera y fotografías de Miquel Taverna. Con la colaboración del Laboratorio Atomic Quantum Optics (Mitchell Group), Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)

Hace cerca de 2.500 años algunos filósofos griegos empezaron a plantearse si un trozo de materia podía ser continuamente roto. Una piedra, por ejemplo, se puede romper en varios pedazos. A la vez, uno de estos pedazos puede ser roto de nuevo. Y así una y otra vez…

Había dos opciones, o bien la materia podía ser continuamente dividida en trozos cada vez más pequeños, o, por el contrario, había un momento en que los trozos ya no podían volver a ser divididos. Demócrito fue partidario de esta segunda opción y a estos pedacitos indivisibles los llamó átomos.

Hasta hace un siglo y medio aproximadamente la humanidad no sabía cuál de estas dos concepciones de la materia, continua vs. discreta, era la correcta. Era una cuestión de gusto o intuición. Si había átomos, estos eran tan pequeños que se hacían invisibles a simple vista e invisibles incluso con cualquier tipo de microscopio óptico.

De pronto, sin embargo, una serie de curiosos comenzaron a experimentar con gases. El juego con diferentes volúmenes, presiones, gases… dio lugar a unas leyes empíricas de los gases. De una forma sorprendente, estas leyes empíricas de los gases resultaban ser las mismas que las que tendrían una cantidad ingente de partículas (átomos) obedeciendo a las leyes de Newton. La teoría cinético-molecular acababa de nacer.

Así es como nos convencimos de que había átomos sin haber visto ninguno.

Los átomos no son ni mucho menos lo único en lo que creemos sin tener ninguna percepción sensorial. La lista es larga: campos magnéticos y eléctricos, ondas de radio, microondas, protones, neutrones y electrones, bosones de Higgs, ondas gravitacionales, infrarrojos, momentos magnéticos, polarizaciones, cuasi-partículas, materia y energía oscuras, agujeros negros…

La historia de la ciencia es la historia de inventar cosas que no vemos para poder explicar lo que sí podemos ver. Utilizamos las leyes de la física para construir aparatos que nos permitan medir con mayor precisión, lo que nos permite realizar nuevos experimentos y descubrir nuevos fenómenos, que nos obligan a inventar nuevas entidades teóricas. Este diálogo permanente entre la teoría, los experimentos y la tecnología acelera el progreso.

Ahora bien, nos conduce hacia un escenario que puede ser incómodo. ¿Podría ser que estuviéramos construyendo un universo de conocimiento autorreferenciado? ¿Podría haber civilizaciones que pudieran explicar la naturaleza con otras entidades abstractas y leyes?

Sea cual sea la respuesta a estas preguntas, hay que reconocer que el edificio de la ciencia es hasta ahora armónico y consistente. Su éxito es abrumador y la forma en que ha aumentado el poder de la humanidad, incontestable.

El magnetómetro óptico de la fotografía, por ejemplo, permite medir campos magnéticos extremadamente débiles, hasta mil millones de veces más pequeños que el generado por un imán de nevera. Lograr este prodigio de la metrología (la ciencia de la medida) no es en absoluto fácil. Dentro de un cubo de 5 mm de lado hay un gas de rubidio. Este gas se ilumina con la luz de un láser que mantiene los átomos (del gas) orientados en la dirección del láser. Ahora bien, la presencia de un campo magnético desvía los átomos de esa orientación. Mediante otro láser se puede medir el ángulo de desviación de los átomos y, de este modo, inferir la intensidad del campo magnético. Son siglos de conocimiento científicos encapsulados en un pequeño aparato de medida.

Calibrar estos aparatos no es tampoco tarea fácil. Hay que utilizar técnicas sofisticadas como la espectroscopia de absorción saturada. Esta técnica permite medir el espectro de absorción de un gas de átomos alcalinos con una resolución altísima, llegando a eliminar la anchura de las líneas de absorción causadas por la velocidad que tienen los mismos átomos dentro del gas. Otra vez, la medida se realiza haciendo pasar un haz láser a través del gas y registrando la intensidad de la luz saliente. Un tratamiento adecuado de estos datos nos dará la información buscada.

Ver significa medir. Y medir significa hoy utilizar aparatos extremadamente sofisticados que incorporan un montón de fenómenos físicos cuyas partes nadie entiende del todo. Esto ocurre en el CERN, donde un solo detector ha sido construido por miles de personas, y ocurre con los aparatos de medida de los laboratorios actuales: espectrómetros de absorción saturada, magnetómetros ópticos, exprimidores de la polarización de la luz… Para avanzar por el camino de la ciencia hace falta sofisticar cada ves más las gafas con las que miramos el mundo. Tanto, que a veces uno puede llegar a dudar de lo que realmente está viendo.

Reunión cuántica n. 12

Una ilustración de María Medem

La ilustración surge tras leer el catálogo de la exposición y entender que la cuántica se rige por reglas que escapan a la lógica habitual con la que razonamos y con la que aparentemente todo funciona. Me pareció bastante sugerente y quise inventar unas supuestas reuniones cuánticas donde las personas invitadas se juntaran y en este espacio todo estuviera regido por las leyes cuánticas. Lo que más me llamó la atención de todo fueron las dificultades implícitas en los procesos de medición y el hecho de que la observación afecte a lo observado.

Música irrelevante

Un interactivo sonoro de Odil Bright

«El proceso irrelevante

En general, se puede evitar la desviación en la selección de elementos de una imagen fortuita, empleando un método que sea independiente […]. De ser posible, el método debe presentar un patrón de selección irregular y no previsible.»

G-Brecht (1966). Chance Imagery

«Música irrelevante» es una pieza interactiva que, a través de una analogía entre las partículas cuánticas y las notas musicales, pretende cuestionar nuestra concepción de la creación musical.

Cuando iniciamos la aplicación, las partículas musicales existen libremente, entrelazadas mediante una misma nota fundamental escogida de forma aleatoria. Sin embargo, cuando intervenimos en ellas, las obligamos a concretarse dentro de un sistema organizado.

Tal sistema o estado musical está representado mediante uno de los siete modos modernos (jónico, dórico, frigio, lidio, mixolidio, eólico y locrio). La posición en la que se hallan las partículas en el momento de la intervención determina el orden en el que sonarán los elementos del modo musical, esto es, una escala y un acorde construidos a partir de una nota fundamental.

Así, mediante la aplicación de principios de la mecánica cuántica a la creación musical, «Música irrellevant» obliga a reflexionar sobre la noción de composición: en un proceso en el que gran parte de las decisiones se delegan al azar, la expresión subjetiva del autor se vuelve irrelevante.

La lección más importante

Un poema de Martí Sales

Diseño y animación de Edgar Riu