Epílogo. Paradojas y cambios de paradigmas

LA mayor parte de las investigaciones científicas de la vida real, así como la mayor parte de las indagaciones detectivescas de la vida real, requieren el diligente y perseverante seguimiento de las pistas para confirmar y completar los detalles de una situación cuyos principios generales ya se conocen. Sin embargo, en numerosas ocasiones de la historia reciente —de manera más notable durante un período que aproximadamente coincide con la época en la que se sitúa la vida ficticia de Sherlock Holmes, es decir, entre 1850 y 1930, aproximadamente— se ha producido un hecho mucho más emocionante que tiene más paralelismos con la ficción detectivesca que con la criminología normal. Las mejores historias de detectives ofrecen nuevos enfoques del argumento que provocan reiteradamente que a todos los personajes, así como a sus actos y acciones, se les contemple desde una nueva perspectiva. Sherlock Holmes le dice a Watson cómo ha encontrado un «enfoque singular» que demuestra la falsedad de las circunstancias superficiales y revela un nuevo paradigma que gobierna las acciones de todos los que están implicados. Así mismo, la historia narrada en estas páginas trata también de los cambios de los paradigmas científicos. En general, se supone que la ciencia procede hacia delante a pasos pequeños pero perseverantes; sin embargo, algunas veces, aunque pocas, en la historia de la ciencia un experimento ha producido un resultado tan paradójico, tan difícil de explicar en términos del orden establecido, que todo el sistema de hipótesis y suposiciones aceptado hasta ese momento ha tenido que ser abandonado en favor de una perspectiva nueva y más precisa.

El primer cambio de paradigma de este tipo fue la comprensión de que la propia Tierra, que siempre se había asumido que estaba fija e inmóvil, no sólo se movía con rapidez a través del espacio sino que, además, rotaba a una velocidad enorme. Aunque el concepto del movimiento de la Tierra ha sido ampliamente aceptado desde los tiempos de Copérnico y Galileo, la prueba definitiva de que es la Tierra, y no la esfera celestial, la que gira fue proporcionada por el péndulo inventado por León Foucault (1819—1868), que aparece en El caso del científico aristócrata.

La siguiente ruptura llegó con la correcta comprensión de la energía. James Prescott Joule (1818—1889) demostró que la energía podía ser transformada libremente de una determinada forma a otra y que, por tanto, el concepto de flogisto no tenía sentido. El primer documento de Joule sobre este tema fue rechazado por la Sociedad Real en el año 1847, pero él se empeñó en difundir sus ideas a través de conferencias y charlas públicas y, a su debido tiempo, sus nociones fueron aceptadas. Este avance tuvo gran importancia práctica, ya que la comprensión de las leyes que gobiernan la transformación de la energía permitió la fabricación de los primeros tractores y máquinas de vapor, así como, con el tiempo, la desaparición de la pesada carga de los trabajos físicos que habían constituido el destino de la raza humana desde la invención de la agricultura. Los detallados acontecimientos de El caso de la energía perdida también están basados en hechos reales. En los años sesenta, dos buzos murieron trágicamente en el mar del Norte en circunstancias muy similares a las que se describen. En los fiordos noruegos pueden producirse olas submarinas, aunque son muy raras.

Igual que ya se sospechaba que la Tierra rotaba mucho antes de que ese hecho pudiese ser demostrado, el concepto de que la materia podía estar compuesta de átomos se remonta a tiempos muy antiguos. Pero se necesitó a Einstein para comprender, a principios del siglo XX, que el movimiento browniano no sólo demostraba la existencia de los átomos, sino que también podía ser utilizado para deducir sus tamaños, como se describe en El caso del doctor preatómico.

En 1903 Henri Becquerel (1852—1908) compartió uno de los primeros premios Nobel con Pierre y Marie Curie por su descubrimiento de la radiactividad, logrado por su observación de las nebulosidades de las placas fotográficas, tal como se describe en El caso del científico saboteado. La investigación de este fenómeno llevó a la comprensión de que, en realidad, los átomos no son indivisibles, sino que están compuestos de otras partículas más básicas, y de que los átomos de un elemento pueden ser transformados en los de otro, algo que echaba por tierra el dogma más básico de la química del siglo XIX.

Muchos investigadores tomaron parte en los experimentos que se realizaron para determinar la velocidad de la luz, como los que se mencionan en El caso de las balas voladoras. El intento de detectar la fuerza de arrastre del éter debido al movimiento de la Tierra descrito por Mycroft fue llevado a cabo por Albert Michelson (1852—1931) y Edward Morley (1838—1923). Por su trabajo, Michelson se convirtió, en el año 1907, en el primer científico norteamericano que recibió el premio Nobel. Todos reconocieron que el único modo de explicar la paradójica constancia de la velocidad de la luz en todos los sistemas de referencia debía ser abandonando los conceptos clásicos referentes al carácter absoluto del espacio y del tiempo.

Albert Einstein (1879—1955) fue el primero en apreciar claramente las implicaciones del nuevo paradigma del «espacio-tiempo elástico» y lo investigó a través de ingeniosos experimentos mentales. Las aparentes paradojas que aparecen en Tres casos de recelo familiar son reelaboraciones de la famosa paradoja de los gemelos de Einstein (aunque en un primer momento la calculó erróneamente) y su menos conocida paradoja del tren, que demuestra que la simultaneidad es un concepto carente de sentido. Einstein también demostró la imposibilidad de que exista una comunicación o transmisión de señales más rápida que la luz, algo que se intenta explicar en El caso del hombre de negocios más rápido, y probó magníficamente que la masa y la energía son equivalentes, como se expone en El caso del anarquista energético. La comprensión de que la materia inerte contiene una inmensa cantidad de energía, que puede ser liberada a través de la fisión o de la fusión de sus átomos, volvió a demostrar que los sutiles cambios en los paradigmas científicos acaban teniendo, a su debido tiempo, inmensas consecuencias prácticas.

El experimento de las dos hendiduras, del que se habla en El caso del sirviente desleal, fue utilizado por primera vez por Thomas Young (1773—1829) para demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz. La fotoemisión de electrones desde metales, así como otros efectos llevados a cabo por Einstein, pareció contradecir esa definición a principios del siglo XX, ya que proporcionó la evidencia de que los fotones tenían una forma parecida a un punto, es decir, a una partícula. La paradoja llevó a la elaboración de una extravagante teoría cuántica, según la cual la naturaleza de la realidad (específicamente, si una entidad se comporta como una partícula localizada o como una onda que se despliega por el espacio) parecía depender del tipo de mediciones y observaciones que se llevasen a cabo. Einstein comentó que intentar comprender algunas de las justificaciones de sus contemporáneos sobre esta descripción era como intentar comprender los procesos del pensamiento de un loco incurable.

El caso de la playa desierta (en el que el famoso gato de Schrödinger hace una aparición estelar sobre la mesa de billar) describe el último intento, llevado a cabo por David Bohm y otros, por presentar una representación racional y lógica de la realidad cuántica. La amenaza para ese tipo de descripción estaba constituida por el problema de que, aparentemente, en un sistema cuántico adecuadamente dispuesto, una medición realizada en un determinado lugar parecía influir en que la partícula se desplazase instantáneamente, sin respetar ni siquiera las limitaciones propias de la velocidad de la luz. Esta famosa paradoja, propuesta en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen, fue aclarada más tarde por John Bell a través de una sucesión de experimentos, el más definitivo de los cuales fue llevado a cabo por Aspect, Dalibert y Roger en 1982. Challenger y Summerlee ponen en práctica una versión simplificada en El extraño caso del gato la señora Hudson. El «efecto del observador» con el que se encuentra Watson cuando intenta prevenir que los gatos invadan la sala de la señora Hudson, se conoce con el nombre de efecto cuántico de Zenón, en honor de ese filósofo griego: se había demostrado que los iones del berilo pueden mantenerse encerrados en un campo magnético simplemente realizando periódicas observaciones de ellos.

La permanente paradoja de la teoría cuántica sigue siendo que cualquier sistema concreto parece desarrollarse en una multiplicidad de formas y trazar cualquier posible secuencia de eventos —por ejemplo, todas las posibles trayectorias de un fotón a través de un sistema óptico— que, sin embargo, se reducen a un único y específico resultado cuando se realiza una «medición», o una interacción con el ambiente externo que lo rodea. Esta reducción, o colapso cuántico, es un suceso mal definido que parece verificarse instantáneamente cuando se realiza una medición, incluso si el sistema incluye elementos muy separados en el espacio. Las reglas matemáticas de la teoría cuántica proporcionan resultados muy precisos, pero no existe una clara representación de la realidad que subyace a esos resultados. Todos podemos recordar que en la escuela nos enseñaron que no tiene ningún mérito ni valor llevar a cabo nuestros deberes de ciencias aprendiéndolos de memoria y repitiéndolos como un loro, es decir, efectuar los cálculos tal como dicen los libros, pero sin entender de verdad porqué el resultado es correcto; y, sin embargo, esa es exactamente la forma de actuar de los físicos modernos.

Desde luego, el debate sobre la interpretación de la teoría cuántica continúa. Adaptando una vieja broma, si se reúne a cuatro físicos para que discutan sobre la naturaleza de la realidad cuántica, es probable que surjan al menos cinco puntos de vista contradictorios entre sí. Un hecho extraordinario es que la teoría de la existencia de varios mundos, propuesta por primera vez por Hugh Everett en 1957 y que decía que cada posible efecto sucedía en realidad en un conjunto de Universos ramificados o unidos en eslabones, es, en realidad, la interpretación que requiere el menor número de hipótesis o suposiciones adicionales para demostrar los hechos. En la actualidad tiene muchos defensores, algunos de los cuales se muestran reacios a discutir el asunto en público por miedo al sensacionalismo. Supuestamente, a un físico del Instituto de Santa Fe se le propuso que demostrase su creencia en la teoría de los varios mundos suicidándose tal como se describe en El caso de los mundos perdidos', prudentemente, declinó el ofrecimiento.

Tal vez, la discusión teórica está generando más acaloramiento que claridad: he caricaturizado esas disputas en la reunión que relata Watson al principio del capítulo 12. La novedad actual es la descohesión, un hábil ardid matemático que demuestra que los estados superpuestos pueden descomponerse y producir un único efecto. Sin embargo, en opinión de muchos, el concepto de descohesión no aporta nada para resolver la cuestión de si los estados superpuestos son «reales» —¿había también, en algún sentido, un gato vivo durante un cierto tiempo en la caja de Schrödinger, aun cuando, finalmente, al abrirla encontramos un animal muerto? ¿Hay, en realidad, un Universo o varios?

Resulta alentador saber que la materia está siendo investigada a través de experimentos cada vez más ingeniosos (¡Es un gran error teorizar antes de conocer los hechos, Watson!). Por ejemplo, la técnica de la «medición imposible» que utiliza Challenger para poner a prueba la bomba anarquista, propuesta por Elitzur y Vaidman en 1993, ha sido llevada a la práctica desde esa época por Antón Zeilinger y sus colegas. De hecho, la técnica se ha perfeccionado tanto que la bomba puede ser examinada con seguridad y con muy pocas posibilidades de que explote. Otros grupos se están concentrando en demostrar la existencia real de los estados superpuestos en relación a sistemas cada vez más grandes, aunque todavía no en lo que se refiere a la famosa alegoría del gato «vivo y muerto» de Schrödinger.

Pero, ¿importa realmente la respuesta? Algunos físicos todavía sostienen que si las matemáticas sirven para todos los propósitos prácticos, y no hay ninguna garantía de que cualquier experimento pueda revelar sin ambigüedades qué interpretación de la teoría cuántica es la correcta, simplemente deberíamos dejar de preocuparnos. Sin embargo, yo creo que la historia demuestra que esta forma de ver las cosas es errónea. Cuando Copérnico introdujo su concepto de Sistema Solar con el Sol en el centro, lo describió como una simple conveniencia matemática que servía para simplificar los cálculos. La cuestión de si la Tierra se mueve «realmente» o no, debería parecer que no necesita deducciones prácticas; sin embargo, en la actualidad, no podríamos entender un fenómeno tan mundano como el clima, sin tener en cuenta el exitoso lanzamiento de naves espaciales y sin comprender el verdadero estado de las cosas. En principio, las transformaciones de la relatividad específica parecieron ser únicamente un eficaz artificio matemático, pero gracias a ellas se llevó a cabo el vital descubrimiento de que la masa es una forma cerrada de energía. Del mismo modo, los útiles artificios matemáticos de la teoría cuántica pueden llevar a una comprensión mucho más profunda cuando sus implicaciones y deducciones puedan ser desarrolladas completamente.

Como el lector puede haber imaginado, yo soy partidario del enfoque de los varios mundos. Hasta la fecha se han propuesto numerosos experimentos para probar explícitamente la hipótesis de los varios mundos. El episodio final del capítulo 12, que se desarrolla en un local del opio, es mi propia extrapolación de un experimento propuesto por Rainer Plaga, del Instituto Max Planck. En contraste con los otros sorprendentes fenómenos descritos en el libro, cada uno de los cuales ya ha sido demostrado en la realidad, este último, tal como se puede deducir del contexto, es todavía una idea altamente especulativa. Aún cuando demuestra que, en principio, es posible hacer una distinción entre las interpretaciones cuánticas y que la hipótesis de los varios mundos es correcta (y muchos físicos despreciarían cada una de estas suposiciones), en realidad seríamos afortunados si fuese factible llevar a cabo un simple experimento con resultados muy bien definidos. Lo he incluido, a riesgo de ser acusado de entrar en terrenos de la ciencia ficción, para recalcar una cuestión muy importante: antes o después, experimentos suficientemente ingeniosos pueden llegar a esclarecer la naturaleza de la realidad cuántica y las deducciones que se deriven de ellos podrían ser muy importantes. No deberíamos asumir todavía que estamos tratando con cambios de paradigmas.