ENFONSEM LA MIRADA EN L’ABISME

En Časlav i jo seiem a la sorra a tocar del mar. Hem parlat intensament durant hores i hores. Som a l’illa de Lamma, davant de Hong Kong; hi hem vingut a passar la tarda, per descansar després de la conferència. En Časlav és un dels experts més reconeguts en mecànica quàntica. A la conferència ha presentat l’anàlisi d’un complex experiment imaginari. L’hem debatut una vegada i una altra tot caminant pel senderó que voreja la selva fins a la platja; i hi hem tornat en arribar aquí, vora el mar. Gairebé que estem d’acord en tot. A la platja es produeix un llarg silenci entre nosaltres. Mirem el mar. Aleshores, en Časlav xiuxiueja: «Però realment és possible...? Com hi podem creure? És com si no existís... la realitat...»

Doncs amb els quàntums, som ben bé en aquest punt. Després d’un segle de resultats extraordinaris, després d’haver-nos ofert la tecnologia contemporània i la base per a tota la física del segle XX, si ens la mirem amb atenció, la teoria més reeixida de la ciència ens omple d’estupor, de confusió, d’incredulitat.

Hi va haver un moment en què la gramàtica del món semblava clara: a l’arrel de totes les variades formes de la realitat, semblava que només hi havia partícules de matèria guiades per unes poques forces. La humanitat ja podia considerar que havia aixecat el vel de Maia, que havia vist el fons de la realitat. Però tot plegat no va durar gaire: massa coses que no quadraven.

Fins que un bon dia de l’estiu del 1925 un jove alemany de vint-i-tres anys va anar a passar uns dies de solitud inquieta a una illa ventosa del mar del Nord: Helgoland, l’Illa Sagrada. Hi va trobar una idea que permetia donar compte de tots els fets més tossudament impenetrables i construir l’estructura matemàtica de la mecànica quàntica, la «teoria dels quàntums». Potser la revolució científica més gran de tots els temps. El jove en qüestió es deia Werner Heisenberg. La història d’aquest llibre comença amb ell.

La teoria dels quàntums ha aclarit els fonaments de la química, el funcionament dels àtoms, dels sòlids, dels plasmes, el color del cel, les neurones del cervell humà, la dinàmica de les estrelles, l’origen de les galàxies... Mil i un aspectes del món. És a la base de les tecnologies més recents: des dels ordinadors fins a les centrals nuclears. Enginyers, astrofísics, cosmòlegs, químics i biòlegs l’utilitzen cada dia. Els conceptes bàsics de la teoria els trobem també en els plans dels estudis superiors. I no ha fallat mai. És el cor que batega en la ciència dels nostres dies i, malgrat tot, segueix sent profundament misteriosa. Inquietant d’una manera subtil. S’ha carregat la imatge de la realitat feta de partícules que es mouen al llarg de trajectòries definides, sense aclarir, però, com hem de pensar el món. La seva matemàtica no descriu la realitat, no ens diu «què hi ha». Els objectes distants sembla que estiguin connectats entre ells com per art de màgia. La matèria és substituïda per ones de probabilitat fantasmagòriques.

Qualsevol que s’aturi un moment a preguntar-se què ens diu la teoria dels quàntums sobre el món real en queda perplex. Einstein, que ja n’havia anticipat les nocions i havia encaminat Heisenberg, mai no la va acabar de digerir; Richard Feynman, el gran físic teòric de la segona meitat del segle XX, va escriure que ningú no entén els quàntums.

Però això és la ciència: una exploració de noves maneres de pensar el món. És la capacitat que tenim de qüestionar de continu els nostres conceptes. És la força visionària d’un pensament rebel i crític capaç de modificar els seus propis fonaments conceptuals, capaç de tornar a dibuixar el món des de zero.

Si la raresa de la teoria ens confon, també ens obre diferents perspectives per entendre la realitat. Una realitat més subtil que la del materialisme simplista de les partícules a l’espai. Una realitat feta de relacions, més que d’objectes.

La teoria proposa nous camins per repensar grans qüestions, des de l’estructura de la realitat fins a la naturalesa de l’experiència, des de la metafísica fins a, potser, la naturalesa de la consciència. Avui tot això és objecte d’un debat molt viu entre científics i filòsofs, i de tot plegat en parlo a les pàgines que segueixen.

A l’illa de Helgoland, nua, extrema, fuetejada pel vent del nord, Werner Heisenberg va aixecar un vel entre nosaltres i la veritat; i més enllà d’aquest vel va aparèixer un abisme. La història d’aquest llibre parteix de l’illa on Heisenberg va concebre el germen de la seva idea i s’estén progressivament cap a les qüestions cada cop de més abast plantejades per la descoberta de l’estructura quàntica de la realitat.

ℏℏ

He escrit aquestes pàgines principalment per a qui no conegui la física quàntica i tingui curiositat per entendre, fins allà on ens és possible, què és i quines implicacions té. He intentat ser el més concís possible, prescindint de tots aquells detalls que no siguin essencials per copsar l’essència de la qüestió. També he volgut ser el més clar possible sobre una teoria que és al centre de l’obscuritat de la ciència. Més que explicar com entendre la mecànica quàntica, potser només explico per què és tan difícil d’entendre.

Però el llibre també està pensat per als col·legues, científics i filòsofs, que com més aprofundeixen en la teoria, més perplexos en queden; per tal de continuar, amb ells, el diàleg en curs sobre el significat d’aquesta física torbadora i avançar cap a una perspectiva general. El llibre té nombroses notes destinades a aquells que ja coneixen bé la mecànica quàntica. Diuen amb més precisió el que intento expressar al text de manera més llegidora.

L’objectiu principal de la meva recerca en física teòrica ha estat entendre la naturalesa quàntica de l’espai i del temps. És a dir, fer coherent la teoria dels quàntums amb els descobriments d’Einstein sobre l’espai i el temps. El cas és que he hagut de reflexionar constantment sobre els quàntums. I aquest text és el punt on em trobo avui. Tot i que té presents altres opinions, pren un partit molt clar: se centra en el punt de vista que considero eficaç i que crec que obre els camins més interessants, és a dir, la interpretació «relacional» de la teoria.

Un avís abans de començar. L’abisme del que no sabem sempre és magnètic i vertiginós. I prendre’s seriosament la mecànica quàntica, reflexionar sobre les seves implicacions, és una experiència gairebé psicodèlica. Ens demana que renunciem, d’una manera o d’una altra, a una cosa que ens semblava sòlida i fora de dubtes en la nostra comprensió del món. Ens demana que acceptem que la realitat és profundament diferent de com la imaginàvem; que enfonsem la mirada en l’abisme obert, sense por d’aprofundir en l’insondable.

Lisboa, Marsella, Verona, London (Ontàrio),
2019-2020

Primera part

I. «MIRANT CAP A UN INTERIOR D’ESTRANYA BELLESA»

De com un jove alemany, físic, va trobar una idea estranya de debò que, això sí, descrivia el món molt i molt bé, i del gran enrenou que en va seguir.

L’ABSURDA IDEA DEL JOVENÍSSIM WERNER HEISENBERG: «ELS OBSERVABLES»

«Eren cap a les tres de la matinada quan vaig tenir al davant el resultat final dels meus càlculs. Em vaig sentir profundament pertorbat. Estava tan agitat que ni tan sols podia pensar de dormir. Vaig sortir de casa i vaig començar a caminar lentament en la foscor. Vaig grimpar per una roca que queia a plom sobre el mar, en un extrem de l’illa, i, un cop a dalt, vaig esperar que sortís el sol...»

Sovint he pensat quins devien ser els pensaments i les emocions del jove Heisenberg enfilat a dalt d’aquella roca que dominava el mar, a la nua i ventosa illa de Helgoland, al mar del Nord, mentre mirava la immensitat de les onades, esperant que sortís el sol, després d’haver estat el primer a posar els ulls en un dels secrets més vertiginosos de la natura que la humanitat hagi entrevist mai. Heisenberg tenia vint-i-tres anys.

Havia anat a aquell indret per pal·liar els efectes de l’al·lèrgia que patia. Helgoland – el nom significa ‘illa sagrada’– pràcticament no té arbres i, de pol·len, gairebé que no n’hi ha. «Helgoland amb el seu únic arbre», l’esmenta Joyce a l’Ulisses. Però hi era sobretot per submergir-se en un problema que el tenia obsedit; la patata calenta que Niels Bohr li havia posat a les mans. Dormia molt poc, passava el temps en solitud, intentant fer càlculs que justifiquessin les incomprensibles regles de Bohr. De tant en tant s’aturava per grimpar per les roques de l’illa. En els breus moments de pausa, aprenia de memòria poemes del Divan occidental-oriental de Goethe: un recull en què el més gran poeta alemany canta el seu amor per l’islam.

Niels Bohr ja era un científic de renom. Havia escrit fórmules senzilles, però estranyes, que predeien les propietats dels elements químics, fins i tot abans de mesurar-les. Predeien, per exemple, la freqüència de la llum emesa pels elements escalfats: el color que adquireixen. Un èxit notable. Ara bé, les fórmules eren incompletes: no permetien calcular la intensitat de la llum emesa.

Però, sobretot, aquestes fórmules tenien alguna cosa que era absurda de debò: assumien, sense cap motiu, que els electrons en els àtoms orbitaven al voltant del nucli només en determinades òrbites precises, a determinades distàncies precises del nucli, i amb determinades energies precises; i que després saltaven, com per art de màgia, d’una òrbita a l’altra. Els primers salts quàntics. Però per què només aquestes òrbites? Què són aquests salts incongruents d’una òrbita a l’altra? Quina força desconeguda pot conduir un electró a seguir un comportament tan extravagant? L’àtom és el bloc fonamental de tot. Com funciona? Com es mouen els electrons al seu interior? Ja feia més de deu anys que Bohr i els seus col·legues donaven voltes a aquestes preguntes. En va.

A Copenhaguen, Bohr havia aplegat al seu voltant els joves físics més brillants que havia aconseguit trobar perquè treballessin amb ell, com al taller d’un pintor renaixentista, sobre els misteris de l’àtom. Entre ells hi havia Wolfgang Pauli, boníssim, molt intel·ligent, arrogant, tibat, amic i company d’escola de Heisenberg. Malgrat l’arrogància, Pauli havia recomanat el seu amic Heisenberg al gran Bohr, dient-li que si volia seguir endavant havia de comptar amb ell. Bohr li va fer cas i, la tardor del 1924, va convidar Heisenberg, que era ajudant del físic Max Born a Göttingen. Heisenberg va passar uns mesos a Copenhaguen debatent amb Bohr davant de pissarres plenes de fórmules. El jove i el mestre van fer llargues caminades junts per les muntanyes parlant dels misteris de l’àtom, de física i de filosofia.

Heisenberg estava totalment immers en el problema. L’havia convertit en una obsessió. Ho havia provat tot, com els altres. Però no hi havia res que funcionés. No semblava que cap força racional pogués guiar els electrons a les estranyes òrbites i salts de Bohr. I, malgrat tot, aquelles òrbites i aquells salts duien a fer una bona predicció dels fenòmens atòmics. Desconcert.

Però quan ho veiem tot negre, busquem solucions extremes. A l’illa del mar del Nord, en solitud, Heisenberg va decidir explorar idees radicals. Al cap i a la fi, també eren idees radicals les d’Einstein, amb les quals havia meravellat el món vint anys abans. El radicalisme d’Einstein s’havia demostrat eficaç. Pauli i Heisenberg estaven enamorats de la seva física. Einstein era una llegenda viva. Que potser havia arribat el moment –es preguntaven– de gosar fer un pas igual de radical per sortir de l’atzucac dels electrons en els àtoms? I si eren ells els qui aconseguien fer aquest pas? Quan es tenen vint anys, els somnis no tenen mesura.

Einstein havia demostrat que les conviccions més profundes poden ser equivocades. El que sembla evident pot no ser correcte. Abandonar els supòsits que semblen obvis pot conduir a una millor comprensió. Ens havia ensenyat a confiar només en allò que vèiem, no en allò que crèiem que havia d’existir.

Pauli sovint repetia aquestes idees a Heisenberg. Tots dos joves s’havien embriagat d’aquest dolç verí. Estaven al cas del debat sobre la relació entre realitat i experiència present en la filosofia austríaca i alemanya de principis de segle XX. Ernst Mach, que havia tingut una influència decisiva sobre Einstein, predicava la necessitat de basar el coneixement només en les observacions, alliberant-nos de tota assumpció «metafísica» implícita. Vet aquí tots els ingredients dispars que es barrejaven en els pensaments del jove Heisenberg, com els components químics d’un explosiu, mentre es refugiava a l’illa de Helgoland l’estiu del 1925.

I allí va tenir la idea. Una idea que només es pot tenir en el radicalisme il·limitat dels vint anys. La idea destinada a capgirar tota la física, tota la ciència, tota la nostra concepció del món. Una idea que la humanitat, diria, encara no ha digerit.

* * *

Traducció de Francesc Massana.

* * *



Descobreix més d'Helgoland de Carlo Rovelli aquí.