Ciencia y Religión

Los orígenes de la teoría de complementariedad de Bohr se encuentra en los orígenes de la teoría cuántica. Y para entenderlo, necesitamos considerar la siguiente pregunta: ¿La luz está compuesta de ondas, o de partículas? Desde el punto de vista de la física clásica, se trata de dos entidades completamente diferentes e incompatibles entre sí. Es decir, las ondas no pueden ser partículas, ni las partículas pueden ser ondas.

A principios de la última década del siglo XIX, el consenso era que la luz consistía en ondas, y una de las cuestiones que suscitó fue si estas ondas requerían de un medio para su propagación. La analogía más cercana parecía ser sonido, que consistía en ondas que requieren de un medio para ser propagadas. La analogía parece sugerir que la luz también requiere de un medio. Esto llevó a muchos a postular la existencia de un "éter luminoso" como medio portador de luz. La búsqueda de este éter fue de gran importancia durante la última década del siglo. (Las partículas, por supuesto, no requieren de un medio para viajar).

Sin embargo, la evidencia empezaba a cuestionar el modelo de onda para la luz. Una de las piezas más importantes estaba relacionada con la radiación de cuerpo negro, es decir, la forma en que un cuerpo perfecto irradia energía. La física clásica era imposible de explicar por qué algo que se conoce como "catástrofe ultravioleta" en realidad no ocurre, es decir, por qué un cuerpo negro no emite radiación a una densidad infinita en frecuencias muy altas. Este fenómeno fue explicado por Max Planck en una publicación de 1900 recurriendo a la hipótesis de la "cuantificación" de la energía. Esta hipótesis afirma que la energía de un oscilador no es infinitamente continua, sino que se compone de "paquetes" de tamaño fijo. Planck introdujo una constante fundamental h (ahora conocida universalmente como "constante de Planck") para referirse a la unidad básica de energía. Para un oscilador de recuencia v, la energía del oscilador se puede definir como hv.

Una analogía puede ser útil para explicar esta difícil idea. El punto básico es que la energía resulta ser discreta, y no continua. Esto es como mirar una gran duna de arena en el desierto africano. Desde la distancia, parece lisa, pero a través de un examen más detallado, vemos que se compone de millones de pequeños granos de arena. La energía puede parecer ser continua; pero si examinamos más de cerca, vemos que se compone de pequeños granos. A niveles de energía muy altos, estos paquetes de energía son tan pequeños que tienen un impacto discernible pequeño, o prácticamente nulo. Pero a niveles de energía muy bajos, el efecto es pronunciado.

Otro desarrollo importante fue la explicación que Albert Einstein le dió al efecto fotoeléctrico, en 1905. Einstein argumentó que el efecto fotoeléctrico puede ser concebido como una colisión entre un haz corpuscular de energía incidente y un electrones cerca de la superficie del metal. El electrón sólo puede ser expulsado del metal si los paquetes de luz incidentes (o paquetes corpusculares de energía) poseen suficiente energía para expulsar los electrones. La teoría de Einstein (que no necesita ser explorado con mayor detalle para nuestros propósitos) permitió explicar que:

1. El factor crítico que determina si un electrón es expulsado no es la intensidad de la luz, sino su frecuencia. Tener en cuenta que Planck había argumentado que la energía de un oscilador es directamente proporcional a su frecuencia.

2. Si la energía del fotón incidente es menor que una cierta cantidad (la "función de trabajo" del metal en cuestión) no se emitirán electrones, no importando cuán intenso sea el bombardeo de fotones. Por encima de este umbral, la energía cinética de los fotones emitidos es directamente proporcional a la frecuencia de la radiación. Esto es el principio de conservación de la energía.

Ahora entonces, la luz incidente puede ser tratada como si se tratara de partículas (actualmente llamadas "fotones") con un impulso o energía definida.

La brillante explicación teórica de Einstein para el efecto fotoeléctrico sugirió que la radiación electromagnética tenía que ser considerada como partículas en ciertas condiciones. Y ésta se encontró con intensa oposición, sobre todo porque parecía implicar el abandono de la clásica comprensión prevaleciente de la exclusividad total de ondas y partículas: algo puede ser la una o la otra, pero no ambas. Incluso quienes posteriormente verificaron el análisis de Einstein para el efecto fotoeléctrico se permanecieron muy desconfiados de la idea de "fotones". El mismo Einstein tuvo la precaución de hacer referencia a la hipótesis de los "cuantos" de luz como un punto de vista heurístico, es decir, como algo que era muy útil como modelo para la comprensión, pero sin ningún tipo de existencia necesaria de su parte.

Hacia 1920 estaba claro que el comportamiento de la luz era tal que para ser explicado se requiere el modelo de onda, para algunos aspectos, y el modelo de partícula para otros. La obra de Louis de Broglie sugirió que incluso la materia debía ser considerada como una onda en algún aspecto. Estas teorías llevaron a Niels Bohr a desarrollar su concepto de "complementariedad". Para Bohr, los tanto los modelos clásicos de "ondas" como de "partículas" se requieren para explicar el comportamiento de la luz y de la materia. Esto no significa que los electrones "sean" partículas'' o que "sean" ondas, sino que al margen de lo que sean en última instancia, su comportamiento puede ser descrito sobre la base de modelos de onda o partícula, y que una descripción completa para el comportamiento de la luz se basa en reunir dos aspectos que son, de hecho, formas de representarlo mutuamente excluyentes.

Afirmar dos opciones que se excluyen mutuamente, en vez de tratar de determinar cuál es el superior, no es un expediente intelectualmente perezoso y poco profundo. Como se ha destacado, para Bohr fue el resultado inevitable de una serie de teorías críticas y experimentos que demostraron la imposibilidad de representar la situación de otra manera. En otras palabras, Bohr sostuvo que los datos experimentales de que disponía le obligaron a concluir que el comportamiento de la luz y la materia tenía que representarse utilizando dos modelos aparentemente contradictorios e incompatibles. Éste es el "principio de complementariedad". Ahora bien ¿Cuál es la importancia religiosa del mismo? Vamos a explorar este tema, centrándonos en un área específica de la teología cristiana, que es ampliamente considerada para ilustrar el significado religioso de la Cristología.